Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV bằng phần mềm GT-Suite

Khám phá luận văn thạc sĩ về mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV bằng phần mềm GT Suite, ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

• Tác giả: Vũ Tất Tân
• Người hướng dẫn: TS. Dương Thế Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp bằng phần mềm GT-Suite
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: Năm 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Nhiên liệu và ô nhiễm môi trường
• 1.2. Tổng quan về phát triển nguồn động lực cho phương tiện giao thông
• 1.3. Giới thiệu về xe hybrid
• 1.3.1. Nguồn gốc ra đời của xe hybrid
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO XE HYBRID
• 2.1. Các thuật ngữ thường dùng trên xe hybrid
• 2.2. Các phương pháp phối hợp nguồn động lực hybrid
• 2.2.1. Phương pháp phối hợp nối tiếp
• 2.2.2. Phương pháp phối hợp song song
• 2.2.3. Phương pháp phối hợp nối tiếp - song song
• 2.3. Các chế độ làm việc của xe hybrid
• 2.3.1. Chế độ chạy tăng tốc nhẹ
• 2.3.2. Chế độ chạy ổn định
• 2.3.3. Chế độ tăng tốc và leo dốc
• 2.3.4. Chế độ nạp ắc quy khi xe chuyển động
• 2.3.5. Chế độ nạp ắc quy khi xe đứng yên
• 2.4. Đường truyền công suất ở các chế độ làm việc
• 2.4.1. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai trong sơ đồ nguồn động lực kiểu kết hợp
• 2.4.1.1. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ nhiệt
• 2.4.1.2. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ điện
• 2.4.1.3. Khi truyền công suất bằng 2 nguồn công suất
• 2.5. Chiến lược phối hợp nguồn động lực
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE HYBRID KIỂU KẾT HỢP BẰNG PHẦN MỀM GT-SUITE
• 3.1. Giới thiệu về phần mềm GT-Suite
• 3.1.1. Giới thiệu chung
• 3.1.2. Các tính năng chính
• 3.1.3. Các thành phần, mô đun chính của phần mềm
• 3.2. Chiến lược điều khiển nạp điện cho ắc quy
• 3.3. Sơ đồ làm việc của hệ thống truyền lực
• 3.4. Chế độ vận hành của xe HEV sử dụng nguồn động lực kết hợp
• 3.5. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 3.5.1. Các bước xây dựng mô hình
• 3.5.2. Mục đích xây dựng mô hình
• 3.6. Kết quả mô phỏng khi động cơ được lắp trên xe thường và xe hybrid
• 3.7. Tiêu hao nhiên liệu
• 3.8. Phát thải NOx
• 3.9. Phát thải CO
• 3.10. Phát thải HC
• 3.11. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV

Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV bằng phần mềm GT-Suite là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong ngành công nghiệp ô tô. Xe điện hybrid (HEV) kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong, mang lại hiệu suất cao và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng phần mềm GT-Suite giúp mô phỏng và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống động lực này, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến hiệu quả hơn.

1.1. Giới thiệu về xe điện hybrid HEV và công nghệ GT Suite

Xe điện hybrid HEV là sự kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải. Phần mềm GT-Suite cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích động lực học của xe, từ đó hỗ trợ trong việc thiết kế và phát triển xe HEV.

1.2. Lợi ích của việc mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid

Mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid giúp đánh giá hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí độc. Qua đó, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra các giải pháp cải tiến, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu xe điện hybrid HEV

Mặc dù xe điện hybrid HEV mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ này. Các vấn đề như chi phí sản xuất cao, thời gian sạc pin lâu và hiệu suất chưa tối ưu là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Chi phí sản xuất và bảo trì xe điện hybrid

Chi phí sản xuất xe điện hybrid thường cao hơn so với xe truyền thống do công nghệ phức tạp và linh kiện đắt tiền. Điều này ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của người tiêu dùng và cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ.

2.2. Thời gian sạc và hiệu suất năng lượng

Thời gian sạc pin cho xe điện hybrid vẫn là một vấn đề lớn, ảnh hưởng đến tính tiện lợi trong sử dụng. Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện công nghệ pin và hệ thống sạc để nâng cao hiệu suất năng lượng.

III. Phương pháp mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid bằng GT Suite

Phương pháp mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid bằng phần mềm GT-Suite cho phép xây dựng các mô hình động lực học phức tạp. Qua đó, các nhà nghiên cứu có thể phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống động lực trong các điều kiện vận hành khác nhau.

3.1. Các bước xây dựng mô hình mô phỏng trong GT Suite

Quá trình xây dựng mô hình mô phỏng bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật, thiết lập các điều kiện vận hành và chạy các thử nghiệm mô phỏng để thu thập dữ liệu cần thiết cho phân tích.

3.2. Kết quả mô phỏng và phân tích hiệu suất

Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất và giảm phát thải khí độc khi sử dụng xe điện hybrid. Các chỉ số như tiêu hao nhiên liệu và phát thải NOx được cải thiện rõ rệt, chứng minh tính khả thi của công nghệ này.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV

Mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn trong ứng dụng thực tiễn. Các kết quả từ mô phỏng có thể được áp dụng để cải tiến thiết kế xe, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế và phát triển xe HEV

Các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng kết quả mô phỏng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống động lực, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Điều này giúp tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

4.2. Đánh giá tác động môi trường của xe điện hybrid

Mô phỏng cũng giúp đánh giá tác động môi trường của xe điện hybrid, từ đó đưa ra các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm. Việc này không chỉ có lợi cho môi trường mà còn đáp ứng các yêu cầu về quy định khí thải ngày càng nghiêm ngặt.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu xe điện hybrid HEV

Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid HEV bằng GT-Suite mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp bền vững hơn cho vấn đề ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng.

5.1. Tương lai của công nghệ xe điện hybrid

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xe điện hybrid sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất để tăng cường khả năng tiếp cận của người tiêu dùng.

5.2. Định hướng phát triển bền vững cho ngành ô tô

Ngành công nghiệp ô tô cần có những chiến lược phát triển bền vững, tập trung vào việc giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu mô phỏng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện cơ giới đường bộ đang đặt ra thách thức lớn đối với môi trường đô thị và an ninh năng lượng toàn cầu. Tính đến năm 2011, thế giới đã ghi nhận trên 1,015 tỷ ô tô lưu hành, với tỷ lệ trung bình 6,75 người sở hữu 1 phương tiện. Tại Việt Nam, số lượng ô tô đạt khoảng 1,428 triệu chiếc vào năm 2011 với tốc độ tăng trưởng bình quân 10% mỗi năm. Các báo cáo môi trường quốc gia chỉ ra rằng khí thải giao thông đóng góp tới 85% lượng khí CO, 95% lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và chiếm khoảng 70% tổng nguồn gây ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Trước áp lực từ lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 từ ngày 01/01/2018 và sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch, các giải pháp xe thuần điện (EV) vẫn gặp rào cản về thời gian nạp pin kéo dài trên 4 giờ cùng chi phí pin đắt đỏ.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu tập trung vào giải pháp xe điện hybrid (HEV) sử dụng cấu hình phối hợp nguồn động lực kết hợp nối tiếp - song song (Series - Parallel HEV). Mục tiêu cốt lõi của đề tài là thiết lập mô hình mô phỏng hoàn chỉnh hệ thống động lực hybrid trên phần mềm chuyên dụng GT-Suite, xây dựng thuật toán điều khiển phân chia công suất tối ưu và đánh giá định lượng mức tiêu hao nhiên liệu cùng nồng độ phát thải độc hại. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên dòng xe con 5 chỗ, dung tích xy lanh 1998 cm3, so sánh trực tiếp giữa phiên bản xe truyền thống nặng 1500 kg và phiên bản hybrid nặng 1550 kg dưới hai chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn quốc tế là FTP-75 (đô thị) và USHC (xa lộ). Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa học thuật và thực tiễn sâu sắc, cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy để hỗ trợ quá trình nghiên cứu, thiết kế và nội địa hóa công nghệ xe hybrid tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết động lực học ô tô, nguyên lý cân bằng năng lượng và lý thuyết truyền động cơ khí hành tinh. Động cơ đốt trong truyền thống có vùng làm việc tối ưu tương đối hẹp, thường dao động trong khoảng vòng tua 2600 đến 3400 vòng/phút với suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 255 g/kWh. Khi kết hợp với động cơ điện – thiết bị có mô-men xoắn cực đại ngay từ dải tốc độ bằng 0 – hệ thống hybrid cho phép bù đắp các vùng vận hành kém hiệu quả của động cơ nhiệt.

Hệ thống sử dụng cơ cấu phân chia công suất kiểu hành tinh (Planetary Power Split Device), bao gồm bánh răng mặt trời (Sun gear), bánh răng hành tinh (Planet gears) và bánh răng bao (Ring gear), kết hợp với hai máy điện (máy phát điện EM1 và mô-tơ điện EM2). Ba khái niệm trung tâm chi phối toàn bộ hệ thống gồm:

• Chế độ phanh tái sinh (Regenerative Braking): Thu hồi động năng khi giảm tốc chuyển hóa thành điện năng nạp vào bộ tích trữ.
• Trạng thái nạp ắc quy (State of Charge - SOC): Đại lượng kiểm soát mức năng lượng tồn trữ để quyết định chu kỳ đóng ngắt động cơ nhiệt.
• Chiến lược điều khiển bộ điều nhiệt (Thermostat ON-OFF): Tự động kích hoạt động cơ đốt trong vận hành tại điểm tải tối ưu khi SOC giảm dưới ngưỡng cho phép và ngắt động cơ khi pin đầy hoặc khi xe di chuyển tốc độ thấp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô phỏng số thông qua gói phần mềm GT-Suite – công cụ kỹ thuật tiêu chuẩn trong công nghiệp ô tô toàn cầu. Dữ liệu đầu vào bao gồm các thông số vật lý chính xác: động cơ 1998 cm3, nhiệt trị nhiên liệu xăng đạt 4,416 x 10^7 J/kg (44,16 MJ/kg), khối lượng riêng nhiên liệu 756 kg/m3, diện tích cản chính diện 0,8 m2, hệ số cản không khí 0,31 và hệ số cản lăn 0,01.

Mô hình thực nghiệm ảo được thiết lập trên hai kịch bản lái xe chuẩn hóa với tổng thời gian vận hành thu thập dữ liệu là 2639 giây:

• Chu trình FTP-75 đại diện cho giao thông đô thị với tổng quãng đường 17,77 km (11,04 dặm), thời gian 1874 giây, tốc độ trung bình 34,1 km/h qua ba giai đoạn: khởi động lạnh (hệ số 0,43), ổn định (hệ số 1,00) và khởi động nóng (hệ số 0,57).
• Chu trình USHC đại diện cho vận hành xa lộ với chiều dài 16,44 km (10,22 dặm), thời gian 765 giây, tốc độ trung bình 77,4 km/h và tốc độ tối đa đạt 96,4 km/h.

Việc lựa chọn phương pháp mô phỏng trên phần mềm GT-Suite bắt nguồn từ khả năng tích hợp đa miền vật lý (nhiệt động lực học, cơ khí, điều khiển điện tử), cho phép khảo sát toàn diện các trạng thái chuyển tiếp công suất với chi phí thấp và độ chính xác cao trước khi bước vào giai đoạn thử nghiệm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích dữ liệu mô phỏng từ phần mềm GT-Suite cho thấy hệ thống động lực hybrid kiểu kết hợp mang lại ưu thế vượt trội về hiệu quả kinh tế và môi trường so với xe truyền thống:

• Hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu trong đô thị: Trên chu trình FTP-75, xe hybrid giảm suất tiêu thụ nhiên liệu từ mức 8,92 lít/100km của xe truyền thống xuống còn 4,68 lít/100km, tương đương mức tiết kiệm đạt 47,53%. Ở chu trình xa lộ USHC, mức tiêu thụ giảm từ 6,75 lít/100km xuống 5,21 lít/100km, đạt tỷ lệ cải thiện 22,81%.
• Cắt giảm mạnh phát thải khí CO (Carbon Monoxide): Lượng phát thải CO tổng cộng trên chu trình FTP-75 giảm từ 3,12 g/km ở xe thường xuống còn 1,28 g/km ở xe hybrid, giảm tới 58,97% nhờ tính năng tự động ngắt động cơ khi dừng xe và hỗ trợ khởi hành thuần điện.
• Giảm thiểu phát thải hydrocacbon chưa cháy (HC): Phát thải HC trong điều kiện vận hành đô thị giảm 52,17%, từ 0,46 g/km xuống mức 0,22 g/km.
• Kiểm soát nồng độ oxit nitơ (NOx): Phát thải NOx trên chu trình FTP-75 giảm 41,86% (từ 0,43 g/km xuống 0,25 g/km) và trên chu trình USHC giảm 18,75% (từ 0,32 g/km xuống 0,26 g/km).

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của xe hybrid kiểu kết hợp thể hiện rõ nét nhất trong môi trường đô thị thông qua chu trình FTP-75. Nguyên nhân cốt lõi là việc tách rời liên kết cơ khí cưỡng bức giữa tốc độ động cơ và vận tốc bánh xe thông qua cơ cấu hành tinh. Khi xe di chuyển tốc độ thấp hoặc dừng đỗ ngắt quãng, mô-tơ điện đảm nhận toàn bộ lực kéo, loại bỏ hoàn toàn giai đoạn chạy không tải – vốn là trạng thái phát thải CO và HC cao nhất của động cơ đốt trong.

Trong các đồ thị phân tích chuỗi thời gian, đường đặc tính tốc độ vòng tua của động cơ hybrid duy trì ổn định quanh dải tối ưu 2600 - 3400 vòng/phút, triệt tiêu các đỉnh quá độ khi tăng tốc đột ngột. Điều này lý giải tại sao lượng NOx – chất khí sinh ra chủ yếu ở nhiệt độ cháy cực cao khi động cơ chịu tải nặng – lại giảm đáng kể. Kết quả tiêu hao 4,68 lít/100km hoàn toàn tương đồng với các công bố thực nghiệm của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) trên mẫu xe Toyota Prius 2011 (4,6 lít/100km đường phố và 4,9 lít/100km cao tốc). Các bảng so sánh phát thải định lượng và biểu đồ thanh phân bổ tải trọng trong nghiên cứu chứng minh cấu hình hybrid kết hợp là lời giải hoàn hảo cho bài toán giao thông quá tải tại các đô thị Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và chính sách cụ thể nhằm thúc đẩy phát triển công nghệ xe hybrid:

• Hoàn thiện thuật toán quản lý năng lượng thông minh: Nâng cấp chiến lược điều khiển từ phương pháp Thermostat ON-OFF truyền thống sang thuật toán điều khiển mờ thích nghi (Fuzzy Logic Control) hoặc điều khiển dự báo mô hình (Model Predictive Control - MPC). Mục tiêu nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng thêm 5% đến 8%, do các viện nghiên cứu và nhóm kỹ sư phát triển phần mềm ô tô triển khai trong giai đoạn 2024 - 2026.
• Tối ưu hóa khối lượng và công nghệ lưu trữ điện năng: Ứng dụng pin Lithium-ion hoặc pin thể rắn thế hệ mới thay thế ắc quy truyền thống, hướng tới giảm 25% tự trọng khối nguồn điện trước năm 2027 bởi các nhà sản xuất linh kiện phụ trợ cơ khí - điện lực.
• Xây dựng quy chuẩn chu trình thử nghiệm khí thải đặc thù: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Bộ Giao thông Vận tải cần xây dựng bộ chu trình lái xe thực tế tại các đô thị lớn của Việt Nam (Vietnam Urban Driving Cycle) để bổ sung bên cạnh các tiêu chuẩn quốc tế FTP-75 hay USHC, tạo hành lang pháp lý chuẩn xác cho việc kiểm định xe hybrid nhập khẩu và lắp ráp.
• Đầu tư hệ thống bệ thử nghiệm động lực học chuyên dụng: Các trường đại học kỹ thuật và trung tâm nghiên cứu cần trang bị bệ thử bô-bin động cơ Chassis Dynamometer đa trục để kiểm chứng thực nghiệm mô hình GT-Suite với sai số mục tiêu dưới 3% trong vòng 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị học thuật chuyên sâu và khả năng ứng dụng thực tế cao, phù hợp cho các nhóm đối tượng sau:

• Kỹ sư R&D và thiết kế hệ thống truyền lực ô tô: Cung cấp phương pháp luận và quy trình từng bước để xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống động lực hybrid phức tạp trên phần mềm GT-Suite, hỗ trợ rút ngắn thời gian và chi phí thử nghiệm tiền khả thi.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Tài liệu tham khảo chuẩn mực phục vụ giảng dạy các học phần Ô tô điện - Hybrid, Lý thuyết Động cơ đốt trong và Mô phỏng hệ thống động lực.
• Chuyên viên hoạch định chính sách giao thông và môi trường: Cung cấp dữ liệu định lượng chính xác về mức độ cắt giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải (CO, HC, NOx) để xây dựng chính sách thuế tiêu thụ đặc biệt và lộ trình chuyển đổi giao thông xanh.
• Kỹ thuật viên chẩn đoán và sửa chữa ô tô công nghệ cao: Giúp nắm vững nguyên lý truyền dòng công suất cơ - điện, cấu tạo bộ phân chia vi sai và cơ chế nạp điện tự động nhằm tối ưu hóa quy trình bảo dưỡng xe hybrid trong thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Phần mềm GT-Suite có ưu thế gì trong mô phỏng hệ thống động lực hybrid?
GT-Suite cung cấp thư viện mô-đun đa dạng từ động cơ nhiệt, máy điện, hộp số hành tinh đến mạch điều khiển ECU. Phần mềm cho phép mô phỏng chính xác các tương tác phi tuyến tính theo thời gian thực, tính toán chi tiết tổn thất ma sát và phát thải trong 2639 giây thử nghiệm.

Tại sao xe hybrid kiểu kết hợp lại tiết kiệm nhiên liệu vượt trội trong đô thị?
Trong đô thị, xe thường xuyên dừng đỗ và chạy tốc độ thấp. Cấu hình kết hợp cho phép ngắt hoàn toàn động cơ nhiệt, chỉ dùng mô-tơ điện để vận hành, đồng thời kích hoạt hệ thống phanh tái sinh thu hồi động năng, giúp giảm 47,53% nhiên liệu trên chu trình FTP-75.

Chiến lược Thermostat ON-OFF kiểm soát nguồn ắc quy như thế nào?
Thuật toán giám sát mức năng lượng ắc quy liên tục. Khi mức năng lượng giảm xuống dưới ngưỡng giới hạn cho phép, động cơ đốt trong sẽ tự động kích hoạt máy phát điện EM2 để sạc pin và tự động ngắt khi trạng thái tích trữ đạt mức tối đa quy định.

Chu trình thử nghiệm FTP-75 khác biệt như thế nào so với chu trình USHC?
FTP-75 mô phỏng giao thông đô thị kéo dài 1874 giây với vận tốc trung bình 34,1 km/h và nhiều điểm dừng. Ngược lại, USHC mô phỏng cao tốc kéo dài 765 giây với tốc độ trung bình 77,4 km/h và tốc độ cực đại đạt 96,4 km/h.

Xe hybrid kết hợp đóng góp gì cho lộ trình tiêu chuẩn khí thải tại Việt Nam?
Hệ thống giúp cắt giảm tới 58,97% khí CO, 52,17% khí HC và 41,86% nồng độ NOx trong nội đô. Đây là giải pháp công nghệ bản lề giúp các dòng xe thương mại dễ dàng đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 và hướng tới Euro 5.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng hoàn chỉnh nguồn động lực xe hybrid kiểu kết hợp nối tiếp - song song trên phần mềm GT-Suite.
• Thuật toán điều khiển phân chia công suất và chiến lược nạp ắc quy Thermostat ON-OFF chứng minh tính hiệu quả vượt trội trong việc duy trì động cơ nhiệt tại dải làm việc tối ưu 2600 - 3400 vòng/phút.
• Mô hình xác lập mức tiết kiệm nhiên liệu 47,53% trong chu trình đô thị FTP-75 và 22,81% trong chu trình xa lộ USHC so với xe truyền thống trang bị động cơ 1998 cm3.
• Nồng độ các chất phát thải độc hại bao gồm CO, HC và NOx được cắt giảm lần lượt là 58,97%, 52,17% và 41,86% trên địa hình đường phố.
• Nghiên cứu mở ra hướng đi chiến lược cho ngành cơ khí động lực Việt Nam, tạo nền tảng chuyển tiếp vững chắc từ động cơ đốt trong sang kỷ nguyên xe điện hóa toàn diện.

Các tổ chức nghiên cứu, doanh nghiệp sản xuất ô tô và viện hàn lâm có thể ứng dụng trực tiếp mô hình mô phỏng này để triển khai giai đoạn thiết kế mẫu xe hybrid thực nghiệm trong giai đoạn tiếp theo. Hãy kết nối và khai thác ngay nguồn cơ sở dữ liệu số hóa chuyên sâu này để nâng tầm năng lực nghiên cứu phát triển phương tiện giao thông thông minh và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nhiên liệu và ô nhiễm môi trường Theo số liệu thống kê cuối năm 2011, số xe ô tô trên thế giới có khoảng trên 1,015 tỷ xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuối năm 2009 và chủ yếu tập trung ở các nước phát triển như Mỹ (239,8 triệu xe), Trung Quốc (78 triệu xe), Nhật Bản (73,9 triệu xe). Tính trung bình, cứ 6,75 người lại có một người đang sở hữu ô tô.

Ở Việt Nam, số lượng ô tô đang tăng rất mạnh. Tính tới tháng 3 năm 2009 thì số lượng ô tô tại Việt Nam là khoảng 990 nghìn chiếc và tập trung chủ yếu ở hai thành phố lớn là TP Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà Nội như trên hình 1. Theo thống kê mới nhất của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đến tháng 6 năm 2011 là 1,428 triệu xe [2]. Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam Với tốc độ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô tô như hiện nay chính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cũng như lượng tiêu thụ nhiên liệu.

Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn quốc và chiếm khoảng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 70% nguồn gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị lớn thể hiện trên hình 1. Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2011 Tại các đô thị, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối với không khí, đặc biệt là sự phát thải các khí CO, VOC, NO2. Lượng khí thải này tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng và các phương tiện giao thông đường bộ như trên hình 1. Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng khí thải từ xe máy là tương đối nhỏ, trung bình một xe máy xả ra lượng khí thải chỉ bằng 1/4 so với xe ô tô con.

Tuy nhiên do số lượng xe máy tham gia giao thông chiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe đã xuống cấp nên xe máy vẫn là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải như CO và VOCs. Trong khi đó, xe tải và xe khách các loại lại thải nhiều SO2 và NO2 (Hình 1. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loại phương tiện giao thông kém và hệ thống giao thông chưa tốt thì lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường không khí từ giao thông vận tải đang có xu hướng gia tăng. Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng loại.

Nhiều xe đã qua nhiều năm sử dụng nên có chất lượng kỹ thuật thấp, có mức tiêu thụ nhiên liệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn. Ngay tại các thành phố lớn, tỷ lệ những xe đã qua sử dụng nhiều năm vẫn cao thể hiện trong hình 1. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011 Vì vậy với điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông, số lượng, chất lượng các phương tiện giao thông như ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung thì vấn đề tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang là một trong những vấn đề được Nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để cải thiện môi trường cũng như năng lượng.

Trong những năm qua, Nhà nước phải dùng ngân sách để bù lỗ cho xăng dầu để đảm bảo ổn định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cả của các mặt hàng khác. Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới không ổn định, vì thế Nhà nước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng và trong tương lai, mức độ tăng giá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn do nguồn dự trữ dầu thô đã cạn kiệt. Việc sử dụng nhiên liệu khí thay cho nhiên liệu lỏng truyền thống là giải pháp hữu hiệu nhằm giảm bớt sự lệ thuộc vào dầu mỏ hiện nay. Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, khoa học ngày càng được cải tiến để phù hợp với nhu cầu của thời đại, ngành công nghiệp ô tô vẫn không ngừng phát triển, tìm tòi các công nghệ mới để áp dụng trên ô tô phù hợp xu thế của ngày nay là bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.

8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tổng quan về phát triển nguồn động lực cho phương tiện giao thông Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về nồng độ phát thải khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến và chế tạo ra xe điện. Điều đó càng trở nên cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ hiện nay ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Các xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch đều đang tràn ngập trên thị trường và là một trong số những tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi.

Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và của xã hội nói chung. Ô tô sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô dùng động cơ lai (hybrid). Trong số những giải pháp công nghệ trên thì xe sử dụng công nghệ hybrid đang được ứng dụng ngày càng phổ biến và cho hiệu quả cao.

Giới thiệu về xe hybrid 1.1 Nguồn gốc ra đời của xe hybrid Sự bùng nổ dân số, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghiệp, mức sống con người ngày càng nâng cao làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn hơn. Theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%. Lưu lượng xe lớn và chất lượng nhiên liệu sử dụng chưa tốt (hàm lượng benzen khoảng 5% so với 1% ở các nước trong khu vực; hàm lượng lưu huỳnh trong 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] diesel chiếm từ 0,5 ÷ 1% so với 0,05% ở các nước trong khu vực) ngoài ra còn nhiều khí thải độc hại khác như: CO, NOx, PM,… là những nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm [3]. Tiêu thụ xăng dầu là một trong những nguyên nhân phát thải các chất độc hại như CO, hơi xăng dầu (CmHn, VOC), SO2, PM (chất thải rắn), chì, benzen.

Phát thải những chất này liên quan chặt chẽ đến chất lượng xăng dầu. Trong cơ cấu tiêu thụ xăng dầu của quốc gia thì giao thông vận tải chiếm tỷ trọng lớn nhất, là nguồn phát thải lớn nhất các chất khí ô nhiễm kể trên. Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra chúng ta phải thực hiện đồng thời nhiều giải pháp, chẳng hạn như: Siết chặt tiêu chuẩn khí phát thải đối với các loại phương tiện lưu thông (từ ngày 01 tháng 7 năm 2007, toàn bộ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ sẽ phải tuân thủ theo tiêu chuẩn EURO II về khí thải) và đối với tất cả các loại ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 từ 01/01/2018; nâng cao phẩm cấp của nhiên liệu truyền thống bằng cách sử dụng công nghệ hiện đại xử lý sâu trong các nhà máy lọc dầu kết hợp với việc sử dụng động cơ thế hệ mới hoặc sử dụng các loại nhiên liệu “sạch”. Trong đó việc sử dụng xe lai (hybrid) kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong nổi lên như là một sự lựa chọn tối ưu trong thời kỳ mà xe điện vẫn chưa có điều kiện thuận lợi để phát triển.

Định nghĩa về xe hybrid Hybrid nghĩa là lai, xe hybrid (Hybrid Electric Vehicle - HEVs) là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, là một phương tiện giao thông mà được sử dụng bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống “Chứa năng lượng nạp lại được” (Rechargeabe Energy Storage Systemhay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và nguồn nhiên liệu hóa thạch. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau. Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến “Phương tiện giao thông ghép” kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum Hybrid Electric Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PHEV, và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle).

Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh là hybrid Car. So sánh đặc tính tốc độ của động cơ điện và động cơ đốt trong Trên hình 1.6 có thể thấy rằng đặc tính của ĐCĐT khác biệt khá xa so với đặc tính lý tưởng do vậy cần phải dùng hộp số đa cấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt hơn như thể hiện trên hình 1. Điều này làm tăng kích thước, khối lượng và giá thành của hộp số. Đặc tính lực kéo - tốc độ với công suất yêu cầu của động cơ xăng 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Đặc tính lực kéo - tốc độ với hộp số tự động của một xe Trên hình 1.8 ta có thể thấy động cơ đốt trong làm việc tối ưu trong một vùng tương đối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600 [v/ph] tới 3400 [v/ph] với suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 255 [g/kW.