Chương 1. Tình hình về môi trường và giao thông hiện nay Ô nhiễm không khí hiện đang là vấn đề quan tâm của cả giới, không phải riêng của bất kỳ một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đỗi rõ rệt và ngày càng ảnh hưởng xấu đến con người. Hằng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn nhiên liệu hóa thạch như: than đá, dầu mỏ, khí đốt.
Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Ô nhiễm môi trường từcác phương tiện giao thông đangảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường, ngoài ra còn tạo ra hiện tượng mưa axit làm hủy diệt rừng (nguyên nhân chính gây ra hiện tượng đất trống đồi trọc) và các cánh đồng ảnh hưởng đến năng suất canh tác. Ở Châu Á phương tiện giao thông chủ yếu của người dân cũng là xe máy, bởi vì tính cơ động cao, di chuyển thuận lợi và dễ dàng đỗ xe. Đặc biệt là các thành phố lớn thì lưu lượng xe máy di chuyển với mật độ rất cao (Adak, et al.
Theo Syahri và các cộng sự [2] khí thải từ các phương tiện giao thông ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của con người và chất lượng không khí. Qua kết quả nghiên cứu của ông Châu và các cộng sự [3,4], khí thải từ xe máy ảnh hưởng đến sức khỏe con người nhiều hơn khí thải từ ô tô. Nó là một trong những nguyên nhân gây nên bệnh ung thư, đột biến gien. Tại các thành phố lớn của Việt Namnhư Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, do không gian hạn chế, mật độ dân số cao, cùng với chi phí kinh tế và tính tiện lợi cao hơn các phương tiện giao thông khác, xe máy được sử dụng làm phương tiện di chuyển cá nhân mang tính phổ biến.
Hồ Chí Minh có tới 98% hộ dân thành phố có sở hữu xe máy, tại Hà Nội, xe máy chiếm hơn 87% tổng lưu lượng xe hoạt động trong nội thành [6]. 10 Luan van Hình 1.1: Số lượng ợng xe máy/1.000 máy dân ở các thành phốố của Việt Nam năm 2006 Sự phát triển và ảnh hưởng h của nền kinh tế xã hội ội ở Việt Nam đã làm gia tăng mật độ phương tiện ện giao thông dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó llà sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm ễm môi trường, tr biểu hiện rõ nét nhất của tình trạng ạng nnày là ở các thành phố lớn như Thành Phố ố Hồ Chí Minh và v Hà Nội, ội, những trung tâm kinh tế văn hóa đầu tàu của đất nước.2: Tình hình kẹt xe tại Hà Nộii và TP.HCM Có được những hình ình ảnh về tình hình kẹt xe như trên có sự ự đóng góp đáng kể của sự phát triển phương tiện n cá nhân (số ( lượng ợng xe ô tô lớn) do mức sống cao vvà sự tăng dân số cộng với lượng phương ương tiện ti mang theo của nguồn lao động di cư ư ttừ vùng nông thôn ra thành thị. 11 Luan van Hình 1.3: Thống kê các điểm kẹt xe tại Tp.HCM và Hà Nội Hình 1.4: Gia tăng dân số tại TPHCM và Hà Nội Hình 1.5: Tốc độ tăng trưởng phương tiện của TPHCM và Hà Nội Trong đó các số liệu cụ thể về các loại phương tiện cá nhân là minh chứng rõ nhất gia tăng áp lực về cơ sở hạ tầng giao thông và diện tích đất sử dụng trong giao thông 12 Luan van trong điều kiện dân số đông, diện tích đất nhỏ, một phần nữa các chi phí phát sinh để cải thiện môi trường không khí tăng cao do ảnh hưởng đến môi trường sống.6: Số liệu so sánh các phương tiện cá nhân của TPHCM Và Hà Nội.7 Diện tích đất dành cho giao thông TPHCM và Hà Nội Nguồn phát thải của phương tiện này hiện nay chiếm một phần lớn trong tổng phát thải của các phương tiện giao thông. Ở các đô thị lớn, trong những năm qua, tỷ lệ sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy nhiên lượng xe máy vẫn chiếm tỷ lệ rất lớn.
Lượng khí thải, bụi… gây ô nhiễm cũng tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng của các phương tiện giao thông đường bộ. Việc gia tăng số lượng ô tô, xe máy mỗi năm tăng lượng phát thải các phần tử CO lên 18%, SOx là 24%, NOx lên tới 90% [5]. 13 Luan van Hình 1.8: Tỉ lệ phát thải th của các loại phương tiện ện giao thông ở Việt Nam [6] Sự ự phát thải của các phương ph tiên xe cơ giới ới không chỉ phụ thuộc vvào số lượng mà còn phụ thuộc vào chất lượng ợng các loại xe. Đối với các phương ph tiện ện nh như xe ô tô, xe máy qua nhiều ều năm sử dụng có chất lượng l ợng thấp, hiệu quả sử dụng năng llượng thấp, nồng độ chất gây ô nhiễm và bụi ụi trong khí xả cao… là là nguyên nhân gây ô nhi nhiễm nghiêm trọng.
Xét trên cùng một chiều dài ài quãng đường di chuyển, xe máy có lượng ợng ti tiêu hao nhiên liệu và phát thải thấp hơn so với ới xe ô tô [7]. [ Nhưng xét vềề mặt hiệu quả năng llượng, suất tiêu hao nhiên liệu ệu BSFC (g/kWh) của xe máy lại cao hơn hơn ô tô, nguyên nhân ch chủ yếu là do kết cấu động cơ ơ dung tích nhỏ nh kém tối ưu hơn. Đồng ồng thời xe máy chủ yếu đđược sử dụng trong điều kiện đường thành ành phố ph với phạm vi tốc độ và tải thấp, thay đđổi tốc độ liên tục; do đó động cơ xăng hầu ầu như nh không thể duy trì hoạt động ở vùng hiệu ệu suất cao. C Cùng với việc ệc không thể trang bị bộ xử lý khí thải như như trên xe ô tô nên khí th thải của xe máy chứa nhiều thành phần ần độc hại không được đ xử lý trước ớc khi phát thải trực tiếp ra môi tr trường.
Do vậy, kinh tế nhiên liệu ệu và v giảm thiểu phát thải là bài toán cấp ấp thiết đặt ra đối với phương tiện ện giao thông, đặc biệt là l đối với xe máy, phương tiện ện giao thông phổ biến. Các kết quả nghiên ên cứu c liên quan 1. Các nghiên cứu c ngoài nước Trên thếế giới, các nghiên nghi cứu về mô hình hóa và mô phỏng ỏng xe lai đđã được thực hiện nhiều cho cả ô tô vàà xe máy; trong đó, các nghiên cứu cứu về xe máy lai chủ yếu tập trung ở các quốc gia có lượng ợng phương ph tiện này cao như Trung Quốc, ốc, Đ Đài Loan. Hầu hết các công trình công bố, ố, tuy nhiên, nhi chưa đưa ra được ợc đáp án tổng thể cho bbài toán tối ưu 14 Luan van hóa phân phối công suất trên xe máy lai; hơn nữa, các mô phỏng thực hiện theo các điều kiện vận hành có thể không phù hợp với điều kiện giao thông tại Việt Nam.
Bo-Chiuan Chen và cộng sự đã nghiên cứu xe máy hybrid xăng – điện với động cơ điện đặt trực tiếp ở bánh trước [7]. Bánh sau được dẫn động bằng động cơ đốt trong thông qua hệ thống truyền lực đã được điều chỉnh kết cấu. Cấu trúc của xe là kiểu hybrid song song. Cả hai bánh xe có thể cung cấp lực kéo đồng thời để dẫn động xe khi cần thiết.
Thuật toán Rule – based control được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển phân phối công suất cho xe hybrid đề xuất. Đặc tính kinh tế của xe được đánh giá thông qua mô phỏng trong Matlab/Simulink theo chu trình chạy thử ECE R40. Kết quả cho thấy xe máy hybrid xăng – điện cho hiệu quả tiêu hao nhiên liệu tốt hơn xe nền nhưng không đáng kể. Kết quả chỉ thu được khi mô phỏng theo một chu trình nên chưa thuyết phục.
Nghiên cứu cũng chưa đưa ra được phương pháp phân phối công suất hiệu quả hơn và cũng chưa tính tới cấu hình plug – in hybrid. Karri nghiên cứu mô hình xe hybrid xăng – điện đã bằng phần mềm Matlab/Simulink [8,9]. Xe có cấu trúc hybrid song song, với hai nguồn động lực gồm động cơ đốt trong hai thì dẫn động bánh sau qua bộ truyền lực CVT và động cơ điện đặt đồng trục bánh xe trước. Phương pháp để đánh giá và phát triển phương pháp điều khiển phân phối công suất là mô phỏng trên nhiều chu trình khác nhau.
Các kết quả chỉ ra rằng mô hình được phát triển khả thi và có giá trị. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc phân tích các chế độ hoạt động, sự phân phối công suất trong quá trình chạy theo chu trình. Tính kinh tế nhiên liệu chưa được đánh giá và phương pháp điều khiển tối ưu chưa được xây dựng. Kuen-Bao Sheu cùng cộng sự đã thực hiện mô hình toán học, phân tích và mô phỏng một hệ thống truyền lực mới được xây dựng cho xe tay ga [10].
Điểm nổi bật của hệ thống truyền lực hybrid này là sử dụng một bộ phận phân phối công suất gồm một bộ bánh răng hành tinh một bậc tự do và một bộ bánh răng hành tinh hai bậc tự do để kết hợp sức mạnh của hai nguồn động lực. Mô hình chi tiết các bộ phận được thiết lập trong Matlab/Simulink. Một phương pháp điều khiển phân phối công suất đơn giản được đề xuất. Hiệu quả được đánh giá qua việc mô phỏng theo bốn chu trình đề xuất.
Các kết quả mô phỏng chứng minh xe hybrid đề xuất có khả năng hoạt động hiệu quả dưới nhiều điều kiện khác nhau. 15 Luan van Jinming Liu và Huei Peng đã nghiên cứu hệ thống truyền lực hybrid gồm một bộ bánh răng hành tinh phân chia công suất giữa động cơ đốt trong và động cơ điện [11]. trong bài báo này, tác giả đã phát triển một mô hình động lực học của hệ thống truyền lực THS để xây dựng thuật toán phân phối công suất. Hai thuật toán điều khiển được giới thiệu là: dựa vào phương pháp quy hoạch động ngẫu nhiên, và thuật toán khác là dựa vào phương pháp giảm lượng nhiên liêu tiêu thụ tương đương.
Cả hai thuật toán đều xác định công suất động cơ từ hiệu quả tổng thể xe và sử dụng động cơ điện để tối ưu hóa hoạt động của động cơ đốt trong. Kết quả được so sánh để tạo ra các tiêu chuẩn lý thuyết cho điều khiển tối ưu phân phối công suất hệ thống THS. Các hệ thống truyền lực hybrid kiểu khác không được nghiên cứu trong bài báo này.