Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Phanh Tái Sinh Đến Tiêu Hao Nhiên Liệu Của Xe Hybrid

• Tác giả: Hồ Dương Duy Anh
• Người hướng dẫn: TS. Dương Tuấn Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Phanh Tái Sinh Đến Tiêu Hao Nhiên Liệu Của Xe Hybrid
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Giới thiệu về xe Toyota Corolla Cross
• 1.2. Giới thiệu về hệ thống phanh
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu chung về phanh tái sinh
• 2.2. Tổng quan về phương pháp tích trữ năng lượng hệ thống phanh tái sinh
• 2.3. Mối quan hệ giữa lực phanh tái sinh và phanh thủy lực. Hệ thống phanh tái sinh trên xe Toyota Corolla Cross
• 2.4. Động cơ 2ZR-FXE. Ắc quy Hybrid. Hệ thống điều khiển xe Hybrid
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH CỦA XE TOYOTA COROLLA CROSS HYBRID
• 3.1. Thiết lập chu trình lái xe với điều kiện đường TPHCM. Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab/Simulink (giới thiệu từng block)
• 3.2. Nạp chu trình lái xe thực tế vào mô phỏng để thu thập các kết quả. Dữ liệu thu thập từ thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Ảnh Hưởng Hệ Thống Phanh Tái Sinh Đến Xe Hybrid

Xe hybrid đang ngày càng trở nên phổ biến, một phần nhờ vào khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội. Yếu tố then chốt đóng góp vào điều này là hệ thống phanh tái sinh. Phanh tái sinh không chỉ giúp giảm tốc độ xe mà còn chuyển đổi động năng thành điện năng, nạp lại vào pin. Điều này giúp giảm gánh nặng cho động cơ đốt trong và do đó, giảm tiêu hao nhiên liệu xe hybrid. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của hệ thống phanh tái sinh đến hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu của xe hybrid, đặc biệt là trên các điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam. Các kết quả thu được sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về lợi ích của công nghệ này và tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Theo thống kê, với mẫu xe xăng truyền thống có động cơ khoảng 2.0L sẽ thải ra khoảng 173g CO2/km, nhưng với xe Corolla Cross chỉ là 90g CO2/km.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Xe Hybrid và Phanh Tái Sinh

Từ đầu những năm 1990, xe hybrid đã được nghiên cứu và phát triển nhằm mang lại một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Ngày nay, các nhà sản xuất xe hơi lớn, như Toyota, Honda, liên tục cho ra mắt các thế hệ xe mới có hiệu suất cao và giảm lượng chất thải ra môi trường. Hệ thống phanh tái sinh cũng trải qua một quá trình phát triển liên tục. Ban đầu, nó chỉ được sử dụng trong các ứng dụng hạn chế, nhưng ngày nay đã trở thành một phần không thể thiếu của nhiều xe hybrid và xe điện. Mục tiêu chính là giảm tiêu hao nhiên liệu và tận dụng tối đa năng lượng tái sinh.

1.2. Vai Trò Của Phanh Tái Sinh Trong Tiết Kiệm Nhiên Liệu

Khi xe phanh, động năng thường bị lãng phí dưới dạng nhiệt do ma sát. Hệ thống phanh tái sinh tận dụng động năng này bằng cách chuyển đổi nó thành điện năng và lưu trữ trong pin. Khi xe cần tăng tốc, điện năng này có thể được sử dụng để hỗ trợ động cơ, giảm bớt gánh nặng cho động cơ đốt trong. Quá trình này giúp giảm đáng kể tiêu hao nhiên liệu xe hybrid. Thông qua xe hybrid nhờ có phanh tái sinh, sẽ chuyển hoá năng lượng thừa đó thành điện tích trong pin trong quá trình phanh, giảm tốc và biến đổi ngược lại khi xe tăng tốc.

II. Thách Thức Tối Ưu Hiệu Quả Phanh Tái Sinh Cho Xe Hybrid

Mặc dù phanh tái sinh mang lại nhiều lợi ích, việc tối ưu hóa hệ thống phanh tái sinh vẫn còn nhiều thách thức. Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện lái xe, trạng thái pin, và thuật toán điều khiển. Việc đảm bảo an toàn khi phanh cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Ảnh hưởng của phanh tái sinh đến tuổi thọ pin cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các nhà nghiên cứu liên tục tìm kiếm các phương pháp mới để cải thiện hiệu quả và độ tin cậy của công nghệ phanh tái sinh và tăng hiệu quả phanh tái sinh.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Phanh Tái Sinh

Hiệu quả của hệ thống phanh tái sinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tốc độ xe, mức độ giảm tốc, và trạng thái sạc của pin (SOC). Khi pin đầy, khả năng thu hồi năng lượng sẽ giảm. Điều kiện lái xe, như đường đô thị hay đường cao tốc, cũng ảnh hưởng đến hiệu quả. Thuật toán điều khiển phanh tái sinh đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình thu hồi năng lượng.

2.2. Đảm Bảo An Toàn Khi Sử Dụng Phanh Tái Sinh

An toàn là yếu tố hàng đầu khi thiết kế hệ thống phanh tái sinh. Hệ thống phải hoạt động một cách tin cậy trong mọi tình huống, kể cả khi phanh gấp. Phanh thủy lực thường được sử dụng song song với phanh tái sinh để đảm bảo khả năng dừng xe an toàn. ECU sẽ tính toán và quyết định thời điểm sử dụng phanh tái sinh hoặc phanh cơ khí.

2.3. Ảnh Hưởng Của Phanh Tái Sinh Đến Tuổi Thọ Pin

Việc nạp xả liên tục trong quá trình phanh tái sinh có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin xe hybrid. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm cách giảm thiểu tác động tiêu cực này bằng cách tối ưu hóa chiến lược nạp và quản lý nhiệt độ pin. Điều này bao gồm việc kiểm soát dòng điện nạp và đảm bảo pin hoạt động trong phạm vi nhiệt độ an toàn.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Phỏng Phanh Tái Sinh Trên Xe Hybrid

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của hệ thống phanh tái sinh đến tiêu hao nhiên liệu xe hybrid. Mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm Matlab/Simulink, sử dụng các thông số kỹ thuật của xe Toyota Corolla Cross Hybrid. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ các thử nghiệm lái xe thực tế trên đường phố TP.HCM. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm được so sánh và phân tích để đánh giá độ chính xác của mô hình và đưa ra kết luận về hiệu quả của phanh tái sinh. Phương pháp nghiên cứu là sử dụng Matlab/Simulink với dữ liệu đầu vào là thông số của xe, dựa trên các công thức tính toán được để xuất ra được đồ thị về mức tiết kiệm nhiên liệu khi sử dụng phanh tái sinh trên xe Toyota Corolla Cross

3.1. Xây Dựng Mô Hình Mô Phỏng Phanh Tái Sinh Matlab Simulink

Mô hình mô phỏng được xây dựng chi tiết trên Matlab/Simulink, bao gồm các khối mô phỏng động cơ đốt trong, động cơ điện, pin, hệ thống phanh tái sinh, và hệ thống điều khiển. Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Corolla Cross Hybrid được sử dụng để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Mô hình này cho phép mô phỏng phanh tái sinh trong các điều kiện lái xe khác nhau.

3.2. Thu Thập Dữ Liệu Thực Nghiệm Trên Xe Toyota Corolla Cross

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập bằng cách lái xe Toyota Corolla Cross Hybrid trên các tuyến đường thực tế tại TP.HCM. Các thông số như tốc độ xe, mức độ giảm tốc, trạng thái sạc pin, và tiêu hao nhiên liệu được ghi lại. Chu trình lái xe với điều kiện đường TPHCM.

3.3. Phân Tích So Sánh Kết Quả Mô Phỏng và Thực Nghiệm

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm được so sánh và phân tích để đánh giá độ chính xác của mô hình. Sự khác biệt giữa hai kết quả này được giải thích dựa trên các yếu tố như sai số mô hình, điều kiện lái xe thực tế, và thuật toán điều khiển phanh tái sinh.

IV. Kết Quả Ảnh Hưởng Rõ Rệt Đến Tiêu Hao Nhiên Liệu Xe Hybrid

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống phanh tái sinh có ảnh hưởng đáng kể đến tiêu hao nhiên liệu xe hybrid. Mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy xe hybrid tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống trong điều kiện vận hành tương tự. Mức giảm tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện lái xe, nhưng thường dao động từ 10% đến 30%. Sự khác nhau giữa thực nghiệm và mô phỏng về: tốc độ mô tơ, mô men phanh, mô men của mô tơ, công suất của mô tơ. Mặt khác, có sự khác biệt lớn về Lực phanh tái sinh, SOC. Nguyên nhân là bởi vì sự khác nhau giữa thuật toán mô phỏng của Matlab và thuật toán được lập trình trên xe Toyota Corolla Cross Hybrid.

4.1. Mức Giảm Tiêu Hao Nhiên Liệu Thực Tế Trên Xe Hybrid

Dữ liệu thực nghiệm cho thấy xe Toyota Corolla Cross Hybrid tiêu thụ trung bình 4.2 lít/100km trong điều kiện lái xe hỗn hợp tại TP.HCM. Trong khi đó, xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống có mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình từ 6-8 lít/100km trong điều kiện tương tự. Mức giảm tiêu hao nhiên liệu này là do hệ thống phanh tái sinh giúp thu hồi năng lượng và giảm gánh nặng cho động cơ đốt trong.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Phanh Tái Sinh Trong Các Tình Huống Lái Xe

Hiệu quả của phanh tái sinh thay đổi tùy thuộc vào tình huống lái xe. Trong điều kiện đường đô thị với nhiều lần phanh và tăng tốc, hệ thống phanh tái sinh hoạt động hiệu quả hơn. Trong điều kiện đường cao tốc với tốc độ ổn định, hiệu quả của phanh tái sinh giảm do ít có cơ hội thu hồi năng lượng.

4.3. So Sánh Kết Quả Mô Phỏng và Thực Nghiệm Về Tiêu Hao Nhiên Liệu

Kết quả mô phỏng cho thấy mức giảm tiêu hao nhiên liệu tương tự như kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, có một số khác biệt nhỏ do sai số mô hình và các yếu tố không kiểm soát được trong điều kiện lái xe thực tế.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng Phát Triển Phanh Tái Sinh Tại Việt Nam

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về lợi ích của hệ thống phanh tái sinh và tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam. Với tình hình giá nhiên liệu ngày càng tăng và ý thức bảo vệ môi trường ngày càng được nâng cao, xe hybrid và xe điện có công nghệ phanh tái sinh sẽ ngày càng trở nên phổ biến hơn. Việc phát triển và tối ưu hóa hệ thống phanh tái sinh sẽ góp phần quan trọng vào việc giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải gây ô nhiễm môi trường. Góp phần vào việc phát triển, cải tiến hệ thống phanh tái sinh trên xe Hybrid, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm lượng tiêu hao nhiên liệu hóa thạch.

5.1. Thúc Đẩy Sử Dụng Xe Hybrid và Điện Tại Việt Nam

Chính phủ và các nhà sản xuất ô tô cần có các chính sách và chương trình khuyến khích sử dụng xe hybrid và xe điện. Điều này bao gồm việc giảm thuế, hỗ trợ mua xe, và xây dựng cơ sở hạ tầng sạc điện. Thúc đẩy sử dụng xe hybrid và xe điện sẽ giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải.

5.2. Nghiên Cứu và Phát Triển Công Nghệ Phanh Tái Sinh

Cần đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ phanh tái sinh để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống. Điều này bao gồm việc nghiên cứu các vật liệu mới cho pin, phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến, và tối ưu hóa hệ thống phanh tái sinh cho các điều kiện vận hành đặc thù của Việt Nam.

5.3. Nâng Cao Nhận Thức Cộng Đồng Về Lợi Ích Của Phanh Tái Sinh

Cần nâng cao nhận thức cộng đồng về lợi ích của hệ thống phanh tái sinh thông qua các chương trình giáo dục và truyền thông. Người tiêu dùng cần hiểu rõ về cách thức hoạt động của phanh tái sinh, lợi ích về kinh tế nhiên liệu xe hybrid, và tác động tích cực đến môi trường.

VI. Kết Luận Phanh Tái Sinh Tương Lai Của Xe Hybrid

Nghiên cứu này khẳng định vai trò quan trọng của hệ thống phanh tái sinh trong việc giảm tiêu hao nhiên liệu xe hybrid. Công nghệ phanh tái sinh không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Trong tương lai, phanh tái sinh sẽ tiếp tục được cải tiến và trở thành một phần không thể thiếu của xe hybrid và xe điện. Hiện nay, cho dù một số xe hybrid đã ra đời từ rất lâu, nhưng trên thế giới vẫn còn khá ít những nghiên cứu nói về nguyên nhân tại sao xe sử dụng động cơ xăng lai điện có thể tiết kiệm được nhiên liệu và có thể tiết kiệm được chính xác bao nhiêu.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Về Hiệu Quả Phanh Tái Sinh

Nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống phanh tái sinh có thể giảm tiêu hao nhiên liệu từ 10% đến 30% tùy thuộc vào điều kiện lái xe. Mô hình mô phỏng và dữ liệu thực nghiệm đều cho thấy kết quả tương đồng. Hiệu quả phanh tái sinh đặc biệt cao trong điều kiện đường đô thị.

6.2. Hướng Phát Triển Công Nghệ Phanh Tái Sinh Trong Tương Lai

Trong tương lai, công nghệ phanh tái sinh sẽ tiếp tục được cải tiến để nâng cao hiệu quả, độ tin cậy, và tuổi thọ. Các nhà nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới cho pin, tối ưu hóa hệ thống phanh tái sinh, và tích hợp phanh tái sinh với các hệ thống an toàn khác trên xe.

6.3. Khuyến Nghị Cho Các Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phanh Tái Sinh

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của phanh tái sinh đến tuổi thọ pin, phát triển các thuật toán điều khiển phanh tái sinh thông minh, và mô phỏng phanh tái sinh trong các điều kiện lái xe khắc nghiệt. Luận văn thạc sĩ Trần Cao Cường: sau khi nghiên cứu mô hình trên một chiếc xe tay ga (scooter) cho thấy: Các mô hình thành phần chi tiết cho mô-tơ điện lai được thiết lập sử dụng phần mềm Matlab Simulink thì hiệu suất của hệ thống hybrid được đề xuất nghiên cứu sử dụng trên mô hình theo bốn chu kỳ lái xe cho ra các kết quả mô phỏng xác minh khả năng hoạt động của hệ thống xe lai đề xuất đồng thời hiển thị cả động cơ đốt trong và động cơ điện trong một trạng thái tối ưu trong các điều kiện hoạt động khác nhau.