Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước thực trạng ô nhiễm môi trường không khí tại các đô thị lớn và sự cạn kiệt của nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch, ngành công nghiệp ô tô toàn cầu đang chuyển dịch mạnh mẽ sang các dòng phương tiện không phát thải (Zero Emission Vehicle). Tại Việt Nam, Quyết định của các cơ quan quản lý và đề xuất từ Sở Giao thông Vận tải TP.HCM đặt ra lộ trình hạn chế và tiến tới cấm xe máy lưu thông trong khu vực nội thành vào năm 2030, cấm toàn bộ xe máy vào năm 2050 nhằm giảm thiểu ùn tắc và khí thải độc hại. Đồng thời, từ ngày 01/01/2022, Việt Nam đã chính thức áp dụng tiêu chuẩn khí thải Mức 5 (tương đương Euro 5) đối với toàn bộ ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới; trong khi thị trường châu Âu chuẩn bị áp dụng tiêu chuẩn Euro 7 từ ngày 01/07/2025.

Trong bối cảnh các hãng sản xuất xe trong nước và quốc tế đẩy mạnh phát triển xe điện, hệ thống truyền động (Powertrain) đóng vai trò trung tâm trong việc truyền và phân phối mô-men xoắn, kiểm soát dòng năng lượng và nâng cao hiệu suất vận hành của phương tiện. Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu hệ thống truyền lực và mô phỏng chu trình lái trên ô tô thuần điện" được thực hiện nhằm làm rõ cơ sở lý thuyết, phân tích cấu tạo phần cứng và xây dựng mô hình toán học mô phỏng hoạt động truyền lực của ô tô điện trong các điều kiện vận hành tiêu chuẩn.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm 4 nhiệm vụ trọng tâm:

  1. Giới thiệu đầy đủ, chính xác về cấu tạo và cách thức hoạt động của hệ thống truyền lực trên ô tô thuần điện (Battery Electric Vehicle - BEV).
  2. Tìm hiểu các phương pháp mô phỏng chu trình lái tiêu chuẩn áp dụng trên xe thuần điện.
  3. Áp dụng phương pháp mô hình hóa và điều khiển vào mô hình thực tế của một dòng xe thuần điện cụ thể, nhằm mô phỏng hoạt động của hệ thống xe điện trong các điều kiện vận hành khác nhau.
  4. Đánh giá hiệu quả của phương pháp mô hình hóa và điều khiển thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật: hiệu suất làm việc, mức tiêu thụ năng lượng (kWh/100km), phản hồi tốc độ và độ ổn định trạng thái pin (SOC).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cấu tạo hệ thống truyền lực trên ô tô thuần điện, các giải thuật điều khiển phân phối mô-men xoắn, hệ thống phanh tái sinh và công cụ mô phỏng động lực học. Dữ liệu thông số kỹ thuật thực tế được trích xuất từ mẫu xe điện thể thao đa dụng VinFast VF8 dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD).

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lịch sử phát triển của xe điện, phân tích chi tiết cấu tạo các phần tử trong hệ thống truyền động (động cơ kéo, bộ biến tần, bộ phân phối điện PDU, bộ sạc Onboard Charger, bộ chuyển đổi DC/DC, bộ kiểm soát VCU, hệ thống pin và BMS); khảo sát nguyên lý làm việc của hệ thống phanh tái sinh; xây dựng mô hình mô phỏng dựa trên phần mềm chuyên dụng và đánh giá hoạt động của xe qua hai chu trình thử nghiệm: Chu trình đô thị/đường cao tốc FTP-75 và Chu trình đạp hết ga WOT (Wide Open Throttle).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của đề tài dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng điện - cơ, động lực học chuyển động thẳng của ô tô và lý thuyết điều khiển tự động. Khung lý thuyết phân tích các thành phần cốt lõi của hệ thống truyền lực xe thuần điện (BEV):

  • Động cơ điện kéo (Traction Motor): Phân tích 4 cấu hình động cơ chính gồm động cơ một chiều có chổi than (DC brushed), động cơ một chiều không chổi than (BLDC), động cơ không đồng bộ 3 pha (AC Induction) và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM). Vận tốc góc và từ trường quay của stato được xác định qua biểu thức $n_1 = \frac{60f_1}{p}$ (trong đó $f_1$ là tần số lưới điện, $p$ là số cặp cực từ).
  • Hệ thống lưu trữ năng lượng (Traction Battery Pack): Nghiên cứu phản ứng hóa học, mật độ năng lượng và đặc tính nạp/xả của 3 công nghệ pin: Pin Nickel-Metal Hydride (NiMH), Pin Lithium-ion (sử dụng cực dương oxit kim loại chuyển tiếp Mn, Co, Ni và cực âm Graphite), cùng công nghệ Pin thể rắn (Solid-state battery).
  • Điện tử công suất và Điều khiển: Khảo sát nguyên lý của Bộ biến tần lực kéo (Traction Inverter) thực hiện nghịch lưu DC-AC và điều khiển điều biến độ rộng xung để thay đổi tần số (quy định tốc độ) và biên độ (quy định mô-men xoắn); Bộ chuyển đổi điện áp một chiều DC/DC Converter; Bộ phân phối điện (PDU); Bộ điều khiển phương tiện (VCU) và Hệ thống quản lý pin (BMS) đảm nhận cân bằng cell, tính toán trạng thái sạc (State of Charge - SOC).
  • Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking): Phân tích cơ chế đảo chiều dòng năng lượng khi phanh/giảm tốc, biến động cơ điện thành máy phát nạp ngược dòng điện về bộ pin, kết hợp điều phối nhịp nhàng với phanh ma sát thủy lực.
Loại động cơ điện Cấu tạo Stator / Rotor Ưu điểm chính Nhược điểm chính Ứng dụng thực tế tiêu biểu
DC có chổi than Stator: Nam châm/cuộn từ;
Rotor: Cuộn dây qua cổ góp		 Mô-men xoắn khởi động lớn, điều khiển đơn giản Kích thước lớn, mài mòn chổi than, cần bảo trì định kỳ Fiat Panda Elettra
DC không chổi than (BLDC) Stator: Dây quấn đa pha;
Rotor: Nam châm vĩnh cửu		 Không cần bảo trì chổi than, hiệu suất cao, phản hồi nhanh, êm Giá thành cao, yêu cầu mạch điều khiển phức tạp, cần cảm biến Hall Toyota Prius
Xoay chiều 3 pha (AC Induction) Stator: Cuộn dây 3 pha lõi thép;
Rotor: Lồng sóc hoặc dây quấn		 Kết cấu bền vững, chi phí sản xuất thấp, tuổi thọ cao Điều khiển tốc độ phức tạp, hiệu suất giảm ở dải tải thấp Tesla Roadster
Đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) Stator: Dây quấn 3 pha;
Rotor: Nam châm vĩnh cửu gắn trục		 Mật độ công suất cao, mô-men đầu ra lớn, tỏa nhiệt thấp Chi phí sản xuất đắt, rủi ro khử từ ở nhiệt độ cao VinFast VF e34, VinFast VF8

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án kết hợp ba phương pháp nghiên cứu chính:

  1. Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thu thập tài liệu kỹ thuật, chuẩn hóa sơ đồ cấu trúc truyền động, các công thức nhiệt - điện và động lực học ô tô từ các công bố khoa học trong và ngoài nước.
  2. Phương pháp thu thập dữ liệu kỹ thuật thực tế: Trích xuất bảng thông số kỹ thuật chuẩn của hệ thống truyền lực, khối lượng, kích thước hình học, thông số lốp và dung lượng pin của dòng xe VinFast VF8.
  3. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập hệ thống mô hình toán học và sơ đồ khối trên nền tảng MATLAB/Simulink (Powertrain Blockset). Thực hiện chạy mô phỏng chu trình lái kiểm thử FTP-75 (thời gian 2474 giây) và chu trình thử nghiệm đạp hết ga WOT (thời gian 60 giây). Dữ liệu đầu ra được ghi nhận qua các khối đo lường để phân tích các đường đặc tính vận hành.

Thiết kế và triển khai mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng hệ thống truyền động xe thuần điện được cấu trúc thành các hệ thống con (Subsystems) liên kết chặt chẽ thông qua các bus tín hiệu:

[Khối Chu trình lái (FTP75 / WOT)] 
[Khối Điều khiển theo dõi tốc độ dọc (Longitudinal Driver Model)] 
[Bộ điều khiển hệ thống truyền động (PCM Subsystem)] 
[Hệ thống động lực học xe và năng lượng (Electric Plant & Drivetrain)]

1. Khối nguồn chu trình lái (Drive Cycle Source)

  • Khối FTP-75 (Federal Test Procedure 75): Chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), tổng thời gian thực hiện 2474 giây, bao gồm 3 pha:
    • Pha 1 (Chạy chuyển tiếp): Thời gian 505 giây, quãng đường 5,78 km, vận tốc trung bình 41,2 km/h.
    • Pha 2 (Pha ổn định): Thời gian 867 giây, bắt đầu sau khi xe dừng nghỉ 10 phút.
    • Pha 3 (Pha lặp lại nóng): Thời gian 505 giây, lặp lại chu trình pha 1 sau khi dừng nghỉ tiếp 10 phút. Tổng quãng đường tích lũy toàn chu trình là 17,86 km với vận tốc trung bình đạt 34,1 km/h.
  • Khối WOT (Wide Open Throttle): Chu trình giả lập trạng thái đạp hết bàn đạp ga trong 60 giây. Thiết lập mô phỏng thực tế: Xe bắt đầu tăng tốc toàn tải từ giây thứ 1 ($t_{wot1}$), duy trì mức tải cao nhất đến giây thứ 30 ($t_{wot2}$) thì nhả hoàn toàn bàn đạp ga để xe giảm tốc tự do và kích hoạt hệ thống phanh.

2. Khối điều khiển theo dõi tốc độ dọc (Longitudinal Driver Model)

Khối này đóng vai trò người lái ảo, nhận tín hiệu tốc độ tham chiếu ($V_{ref}$) từ chu trình lái, tốc độ xe phản hồi thực tế ($V_{fdbk}$) và độ dốc mặt đường ($Grade$). Thuật toán sử dụng bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI) có tích hợp thành phần bù đón đầu Feedforward ($K_{ff}$), thành phần chống bão hòa tích phân Anti-windup ($K_{aw}$) và bù trọng lực ($K_g$):

$$\text{Tín hiệu điều khiển} = \frac{K_{ff} \cdot v_{ref}}{v_{nom}} + K_p \cdot \frac{e_{ref}}{v_{nom}} + \int K_i \cdot \frac{e_{ref}}{v_{nom}} , dt + K_{aw} \cdot e_{out} + K_g$$

Trong đó, sai số vận tốc được xác định qua $e_{ref} = v_{ref} - v$, tín hiệu bão hòa $y_{sat}$ được giới hạn trong khoảng $[-1, 1]$. Bộ lọc thông thấp khử nhiễu sai số vận tốc có hàm truyền:

$$H(s) = \frac{1}{\tau_{err} s + 1} \quad (\text{với } \tau_{err} > 0)$$

Tín hiệu đầu ra chuẩn hóa thành hai lệnh điều khiển độc lập:

  • Lệnh tăng tốc ($AccelCmd$): Nhận giá trị từ $0$ đến $1$ khi $y_{sat} > 0$.
  • Lệnh phanh ($DecelCmd$): Nhận giá trị từ $0$ đến $1$ khi $y_{sat} < 0$.

3. Bộ điều khiển hệ thống truyền động (Powertrain Control Module - PCM)

  • Khối Accel Pedal to Traction Wheel Torque Request: Chuyển đổi độ mở bàn đạp ga và tốc độ vòng quay động cơ thành mô-men xoắn yêu cầu tại bánh xe.
  • Khối Series Regen Braking & Brake Pressure Request: Phân tách lệnh phanh thành mô-men phanh tái sinh nạp cho pin và áp suất phanh thủy lực phân phối đến các cụm phanh đĩa ma sát.
  • Khối Battery Management System (BMS): Tích hợp các thuật toán xác định giới hạn công suất phóng/nạp tức thời (Current Power Limits Calculation), máy trạng thái (State Machine), thuật toán ước lượng dung lượng pin (SOC Estimation) và mạch logic cân bằng điện áp các cell (Balancing Logic).

4. Hệ thống năng lượng (Electric Plant) và Cơ cấu truyền động (Drivetrain)

  • Khối Datasheet Battery: Mô hình hóa bộ pin Lithium-ion theo dữ liệu thực nghiệm thông số nội trở, dung lượng danh định và điện áp hở mạch OCV.
  • Khối Mapped Motor: Sử dụng bảng tra (Lookup Table) hiệu suất và đặc tính mô-men - tốc độ của động cơ điện xoay chiều.
  • Khối Hệ thống truyền lực (Drivetrain): Cấu hình hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian (All-Wheel Drive - AWD) gồm 2 bộ vi sai mở (Open Differential) cho cầu trước và cầu sau, mô hình quán tính quay trục truyền động (Rotational Inertia), độ mềm trục (Axle Compliance), động lực học bánh xe (Wheel Dynamics) và khối thân xe 3 bậc tự do dọc (Vehicle Body 3DOF Longitudinal) có xét đến lực cản lăn, lực cản không khí và tải trọng động phân bố lên hai cầu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ các quy định siết chặt tiêu chuẩn khí thải (Euro 5 tại Việt Nam, Euro 7 tại châu Âu) và định hướng phát triển giao thông xanh tại TP.HCM. Xác định mục tiêu tổng quát, nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng lấy số liệu thực nghiệm là xe điện VinFast VF8, phương pháp nghiên cứu và bố cục tổng thể của đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền lực trên ô tô thuần điện

  • Lịch sử hình thành và phát triển: Tổng thuật các mốc lịch sử từ mô hình sơ khai của Ányos Jedlik (1828), phát minh pin sạc của Gaston Planté (1859), xe điện của Gustave Trouvé (1880), Thomas Parker (1884), mẫu xe đua La Jamais Contente đạt 105,88 km/h (1899), giai đoạn hoàng kim đầu thế kỷ 20 tại Mỹ (chiếm 38% thị phần), giai đoạn suy thoái những năm 1930 và sự trỗi dậy mạnh mẽ từ sau khủng hoảng dầu mỏ thập niên 1970 đến các dòng xe hiện đại (GM EV1, Toyota Prius, Tesla Roadster, Tesla Model 3, Nissan Leaf, Mitsubishi i-MiEV).
  • Phân tích cấu tạo và nguyên lý: Trình bày chi tiết cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm của 4 loại động cơ điện (DC có chổi than, BLDC, AC cảm ứng 3 pha, PMSM); 3 công nghệ pin lưu trữ (NiMH, Li-ion, Pin thể rắn); các khối chức năng PDU, VCU, Inverter, Onboard Charger, BMS và Bộ chuyển đổi DC/DC.
  • Nguyên lý vận hành và Phanh tái sinh: Mô tả dòng truyền công suất xuôi (từ pin qua biến tần biến đổi DC sang AC cấp cho động cơ sinh cơ năng quay bánh xe) và dòng thu hồi năng lượng ngược (động cơ chuyển sang chế độ máy phát khi đạp phanh, sinh mô-men hãm và nạp dòng điện DC ngược lại khối pin). Phân tích tổng hợp ưu điểm và các hạn chế kỹ thuật hiện tại của dòng xe thuần điện (BEV).

Chương 3: Mô phỏng chu trình lái ô tô thuần điện

Giới thiệu chi tiết cấu trúc mô hình hóa hệ thống truyền lực xe điện trong môi trường MATLAB/Simulink Powertrain Blockset:

  • Mô tả định lượng 2 chu trình kiểm thử: Chu trình FTP-75 kéo dài 2474 giây (chia làm 3 giai đoạn) và Chu trình WOT kéo dài 60 giây (tăng tốc tối đa từ giây thứ 1, ngắt ga tại giây thứ 30).
  • Thiết lập giải thuật điều khiển bám vận tốc trong khối Longitudinal Driver Model bằng bộ điều khiển PI có lọc thông thấp và bù Feedforward.
  • Thiết lập các sơ đồ khối chức năng: Powertrain Control Module (tính toán yêu cầu mô-men xoắn, giới hạn công suất, điều khiển phanh tái sinh), Battery Management System (ước lượng SOC, cân bằng cell), Electric Plant (mô hình pin Datasheet Battery, mô hình Mapped Motor, phụ tải điện Accessory Load) và Drivetrain (hệ dẫn động AWD, vi sai cầu trước/cầu sau, thân xe 3DOF Longitudinal).

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Tiến hành chạy mô phỏng hệ thống truyền lực với các thông số cấu hình của xe VinFast VF8 trên 2 chu trình lái FTP-75 và WOT. Trích xuất và phân tích hệ thống các đồ thị kết quả:

  • Đồ thị bám vận tốc: So sánh tốc độ lý thuyết của chu trình lái và tốc độ thực tế của xe.
  • Đồ thị động lực học động cơ điện: Tốc độ vòng quay động cơ (Motor Speed) và Mô-men xoắn tức thời của Motor điện (Motor Torque).
  • Đồ thị hệ thống pin: Mức suy giảm trạng thái nạp (Battery SOC) và Đường đặc tính biến thiên dòng điện phóng/nạp của bộ pin.
  • Đồ thị tiêu hao năng lượng: Mức tiêu thụ năng lượng tức thời và Suất tiêu hao năng lượng tính theo đơn vị chuẩn kWh/100km.
  • Đánh giá sự làm việc của cơ cấu dẫn động AWD, hiệu quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh và tính ổn định của gói pin Lithium-ion.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

Đồ án đã xây dựng hoàn chỉnh mô hình mô phỏng động lực học hệ thống truyền lực ô tô điện trên nền tảng MATLAB/Simulink với đầy đủ các phân hệ điều khiển và cơ cấu chấp hành. Kết quả mô phỏng trên xe VinFast VF8 cho thấy:

Chỉ tiêu đánh giá Chu trình FTP-75 (2474s) Chu trình WOT (60s)
Khả năng bám tốc độ Đường vận tốc thực tế bám sát đường vận tốc tham chiếu trong cả 3 pha tăng tốc, giảm tốc và dừng nghỉ Xe tăng tốc tức thời từ giây thứ 1, đạt tốc độ cực đại và duy trì ổn định đến giây thứ 30 trước khi giảm tốc
Phản hồi mô-men Motor Mô-men xoắn thay đổi linh hoạt theo tải trọng; xuất hiện mô-men âm khi xe phanh giảm tốc Động cơ phát huy mô-men xoắn cực đại ngay từ thời điểm khởi hành nhằm đưa xe đạt vận tốc lớn nhất
Trạng thái nạp pin (SOC) Dung lượng pin giảm dần theo quãng đường vận hành (17,86 km), có các đoạn đường dốc SOC tăng nhẹ khi phanh tái sinh kích hoạt Dòng xả pin đạt giá trị cực đại trong 30 giây đầu, làm sụt giảm nhanh mức dung lượng SOC tức thời
Dòng điện bộ pin Biến thiên linh hoạt giữa trạng thái phóng điện (dòng dương) và nạp lại dòng phanh tái sinh (dòng âm) Duy trì dòng phóng điện lớn liên tục trong suốt giai đoạn tăng tốc toàn tải
Tiêu hao năng lượng Suất tiêu hao được tính toán chuẩn xác theo đơn vị kWh/100km theo chu trình thử nghiệm đô thị/cao tốc Ghi nhận mức tiêu hao năng lượng tối đa trong điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất

Đóng góp của đề tài

  1. Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về cấu tạo, phân loại phần cứng và nguyên lý hoạt động của các cấu phần trong hệ thống truyền động xe thuần điện (BEV).
  2. Xây dựng được bộ công cụ mô hình hóa trực quan, tích hợp thuật toán điều khiển người lái dọc (Longitudinal Driver), quản lý năng lượng bộ pin (BMS) và phân phối phanh tái sinh (Series Regen Braking) bằng công cụ chuyên dụng.
  3. Cung cấp bộ dữ liệu mô phỏng tham chiếu về động lực học và mức tiêu thụ năng lượng cho dòng xe điện VinFast VF8 trong điều kiện vận hành theo tiêu chuẩn quốc tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:
    • Mô hình mô phỏng thân xe mới chỉ dừng lại ở mô hình 3 bậc tự do dọc (Vehicle Body 3DOF Longitudinal), chưa tính toán đến các tương tác động lực học ngang, chuyển động lắc ngang (roll) hay chuyển động quay đứng (yaw) khi xe vào cua.
    • Khối động cơ điện được xây dựng theo dạng bảng tra hiệu suất tĩnh (Mapped Motor), chưa tích hợp đầy đủ các phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ điện từ phi tuyến và ảnh hưởng biến thiên nhiệt độ của cuộn dây stator/rotor.
    • Mô hình gói pin Lithium-ion chưa xét đến ảnh hưởng của hệ thống quản lý nhiệt độ môi trường (Thermal Management System) đến dung lượng xả thực tế trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng mô hình động lực học thân xe lên không gian 14 bậc tự do để đánh giá toàn diện tính ổn định chuyển động khi vừa tăng tốc vừa đánh lái.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa giải thuật điều khiển phanh tái sinh kết hợp chống bó cứng phanh (Regen-ABS) nhằm nâng cao tỷ lệ thu hồi năng lượng trên các bề mặt đường có hệ số bám thấp.
    • Tích hợp hệ thống quản lý nhiệt độ pin và động cơ vào chu trình mô phỏng để đánh giá chính xác mức tiêu thụ điện của hệ thống điều hòa phụ tải trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích dành cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tra cứu có hệ thống về cấu tạo ô tô điện, nguyên lý làm việc của hệ thống pin, động cơ PMSM/BLDC và các mạch điện tử công suất trên xe.
  • Người thực hiện đề tài tốt nghiệp hoặc nghiên cứu về mô phỏng ô tô điện: Tham khảo chi tiết phương pháp xây dựng sơ đồ khối mô phỏng trên MATLAB/Simulink Powertrain Blockset, cách thức thiết lập thông số cho khối người lái PI, khối PCM, BMS và cách trích xuất dữ liệu chu trình FTP-75, WOT.
  • Kỹ sư nghiên cứu phát triển (R&D) xe điện: Tham khảo cấu trúc phân bổ mô-men xoắn hệ dẫn động AWD và phương pháp đánh giá suất tiêu hao năng lượng (kWh/100km).

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài sử dụng số liệu của dòng xe nào để chạy mô phỏng và cấu hình dẫn động là gì?

Đề tài sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của dòng xe thuần điện VinFast VF8. Hệ thống truyền lực được cấu hình theo dạng dẫn động 4 bánh toàn thời gian (All-Wheel Drive - AWD) với hai bộ vi sai mở độc lập phân phối mô-men cho cầu trước và cầu sau.

2. Chu trình thử nghiệm FTP-75 gồm những giai đoạn nào và các thông số vận hành cơ bản ra sao?

Chu trình FTP-75 kéo dài tổng cộng 2474 giây, bao gồm 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: Chạy 505 giây, quãng đường 5,78 km, vận tốc trung bình 41,2 km/h.
  • Giai đoạn 2: Chạy 867 giây sau khi xe tạm dừng 10 phút (khởi động ở nhiệt độ môi trường 20°C).
  • Giai đoạn 3: Chạy 505 giây (lặp lại giai đoạn 1) sau khi đã dừng xe 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn 2. Tổng quãng đường của toàn bộ chu trình là 17,86 km với vận tốc trung bình đạt 34,1 km/h.

3. Trong khối Longitudinal Driver Model, giải thuật nào được dùng để tính toán lệnh tăng tốc và phanh?

Khối Longitudinal Driver sử dụng bộ điều khiển PI kết hợp bù Feedforward ($K_{ff}$), thành phần chống bão hòa tích phân ($K_{aw}$) và bù độ dốc mặt đường ($K_g$). Thuật toán so sánh vận tốc tham chiếu ($v_{ref}$) và vận tốc thực tế ($v$) qua bộ lọc thông thấp $H(s) = \frac{1}{\tau_{err}s + 1}$, sau đó chuẩn hóa tín hiệu bão hòa $y_{sat} \in [-1, 1]$ để xuất ra lệnh tăng tốc ($AccelCmd \in [0, 1]$ khi $y_{sat} > 0$) hoặc lệnh phanh ($DecelCmd \in [0, 1]$ khi $y_{sat} < 0$).

4. Hệ thống phanh tái sinh trên ô tô thuần điện hoạt động theo nguyên lý nào trong mô hình?

Khi người lái đạp phanh hoặc xe giảm tốc, bộ điều khiển PCM sẽ điều khiển động cơ điện chuyển sang chế độ máy phát điện. Động năng từ các bánh xe truyền ngược về làm quay rotor, máy phát biến đổi cơ năng này thành điện năng nạp lại cho gói pin Lithium-ion thông qua bộ biến tần. Đồng thời, sức cản điện từ sinh ra trong quá trình phát điện sẽ tạo mô-men hãm làm chậm xe; nếu yêu cầu mô-men phanh vượt quá khả năng của máy phát, hệ thống phanh thủy lực ma sát sẽ tự động kích hoạt bổ sung.

5. Khối Battery Management System (BMS) trong mô phỏng gồm những phân hệ chức năng nào?

Hệ thống BMS trong mô hình gồm 5 phân hệ chính:

  • Khối tính toán giới hạn dòng và công suất tức thời (Current Power Limits Calculation).
  • Khối máy trạng thái điều khiển (State Machine).
  • Khối ước lượng trạng thái mức năng lượng pin (State of Charge Estimation - SOC).
  • Khối logic cân bằng điện áp các cell (Balancing Logic).
  • Khối xuất tín hiệu điều khiển giao tiếp (BMS Out).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu hệ thống truyền lực và mô phỏng chu trình lái trên ô tô thuần điện" đã hoàn thành việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết toàn diện về các cấu phần phần cứng, hệ thống lưu trữ năng lượng và các thuật toán điều khiển trên xe thuần điện. Bằng việc ứng dụng công cụ MATLAB/Simulink Powertrain Blockset, nhóm tác giả đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng động lực học hoàn chỉnh dựa trên các thông số kỹ thuật của xe VinFast VF8. Kết quả thử nghiệm trên hai chu trình chuẩn FTP-75 và WOT phản ánh chính xác khả năng bám quỹ đạo vận tốc, đặc tính đáp ứng mô-men xoắn của động cơ, sự biến thiên trạng thái nạp SOC và hiệu quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh. Đây là công trình nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, đóng góp nền tảng phương pháp luận và dữ liệu phục vụ học tập, nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô điện.