Nghiên cứu phương pháp điều khiển động cơ trên xe điện dẫn động cầu trước

Động cơ in-wheel mang lại nhiều ưu điểm cho xe điện dẫn động cầu trước (FWD). Chúng bao gồm khả năng kiểm soát mô-men xoắn độc lập trên mỗi bánh xe, cải thiện khả năng xử lý và ổn định. Việc loại bỏ các thành phần cơ khí truyền thống như trục truyền động và bộ vi sai giúp giảm trọng lượng và tăng hiệu quả. Theo tài liệu, động cơ in-wheel ngày càng được ưa chuộng do các đặc điểm ưu việt về mô-men, hiệu suất hoạt động và kích thước động cơ.

Hệ thống truyền động của xe điện FWD kết hợp hệ thống điện (động cơ, pin, bộ chuyển đổi) và hệ thống cơ khí (hộp số, bộ vi sai, bánh xe). Bộ điều khiển trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất, tối ưu tốc độ và quãng đường di chuyển. Nghiên cứu phương pháp điều khiển động cơ trên xe điện FWD được ưu tiên vì hiệu quả cao trong tăng tốc, tiết kiệm năng lượng và an toàn. Có sáu cấu trúc điển hình cho hệ thống truyền động xe điện FWD, bao gồm hệ thống một động cơ và hai động cơ.

Hiệu suất của động cơ in-wheel chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, tốc độ, mô-men xoắn và điện áp. Việc duy trì hiệu suất cao trong các điều kiện vận hành khác nhau là một thách thức. Các phương pháp điều khiển cần phải thích ứng với các thay đổi này để đảm bảo hiệu quả năng lượng tối ưu. Theo tài liệu, cần nghiên cứu phương pháp điều khiển động cơ in-wheel IPMSM sử dụng thuật toán MTPA kết hợp với thuật toán FW.

Đảm bảo ổn định xe và an toàn là ưu tiên hàng đầu trong điều khiển xe điện FWD. Các hệ thống như ABS, ESC và kiểm soát lực kéo cần được tích hợp chặt chẽ với bộ điều khiển động cơ. Việc phát hiện và phản ứng nhanh chóng với các tình huống nguy hiểm là rất quan trọng. Nghiên cứu và phát triển phương pháp điều khiển động cơ trên xe điện dẫn động cầu trước có thể giúp tăng cường tính an toàn và ổn định của hệ thống này.

Thuật toán MTPA (Maximum Torque Per Ampere) và FW (Field Weakening) được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của động cơ in-wheel IPMSM. MTPA giúp đạt được mô-men xoắn tối đa với dòng điện tối thiểu, trong khi FW cho phép mở rộng phạm vi tốc độ hoạt động. Việc kết hợp hai thuật toán này giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ. Tác giả sử dụng thuật toán điều khiển tối ưu dòng điện đầu vào đáp ứng mô-men của phụ tải MTPA kết hợp thuật toán suy giảm từ thông FW trên cơ sở phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor FOC để xây dựng cấu trúc điều khiển cho động cơ in-wheel IPMSM trên xe điện.

Bộ quan sát nhiễu mô-men tải (DOB) được sử dụng để ước lượng và bù trừ các nhiễu mô-men tải, giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống điều khiển. DOB đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng mà tải trọng thay đổi liên tục. Bên cạnh đó, tác giả cũng đề xuất bộ quan sát nhiễu mô-men tải DOB để nâng cao chất lượng điều khiển động cơ khi tải thay đổi.

Bộ vi sai điện tử (EDS) hoạt động bằng cách điều chỉnh mô-men xoắn trên mỗi bánh xe dựa trên các thông số như góc lái, tốc độ xe và gia tốc. Khi xe vào cua, EDS sẽ phân phối nhiều mô-men xoắn hơn cho bánh xe phía ngoài và ít mô-men xoắn hơn cho bánh xe phía trong, giúp xe quay vòng dễ dàng hơn. Đồng thời, bộ vi sai điện tử EDS được đề xuất nhằm thay thế cho hệ thống vi sai cơ khí truyền thống, để phân phối mô-men, tính toán tốc độ đặt cho mỗi bánh xe phía trước khi xe di chuyển trên đường cong.

Mô hình động học lái Ackermann-Jeantand được sử dụng để thiết kế EDS. Mô hình này mô tả mối quan hệ giữa góc lái, tốc độ xe và bán kính quay vòng. Dựa trên mô hình này, EDS có thể tính toán mô-men xoắn cần thiết cho mỗi bánh xe để đạt được quỹ đạo mong muốn. Sử dụng mô hình đánh lái Ackermann-Jeantand để thiết kế bộ vi sai điện tử EDS.

Các kịch bản mô phỏng bao gồm xe đi thẳng, vào cua và thay đổi tải trọng. Các thông số như tốc độ, mô-men xoắn, dòng điện và góc lái được theo dõi để đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều khiển. Đề tài sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng, kiểm chứng hiệu quả của cấu trúc điều khiển xe điện đề xuất với kịch bản khi xe đi thẳng và khi xe di chuyển vào cung đường cong (rẽ trái hoặc rẽ phải).

Kết quả mô phỏng cho thấy các phương pháp điều khiển hoạt động tốt và đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất và ổn định. Việc so sánh các phương pháp điều khiển khác nhau giúp xác định phương pháp tối ưu cho từng điều kiện vận hành. Kết quả mô phỏng thu được phù hợp với thực tiễn và có tính ứng dụng tốt.

Việc mở rộng phương pháp điều khiển cho xe điện dẫn động bốn bánh (AWD) sẽ giúp cải thiện khả năng xử lý và ổn định của xe trong các điều kiện lái xe khó khăn. Hệ thống AWD có thể phân phối mô-men xoắn đến cả bốn bánh xe, giúp tăng cường độ bám đường và giảm nguy cơ trượt. Phương hướng phát triển của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều khiển xe điện dẫn động độc lập bốn bánh sử dụng động cơ in-wheel nhằm nâng cao tính ổn định, linh hoạt và an toàn khi lái xe.

Các phương pháp điều khiển thích ứng và học máy có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điều khiển xe điện. Điều khiển thích ứng cho phép hệ thống tự động điều chỉnh các thông số điều khiển dựa trên các điều kiện vận hành khác nhau. Điều khiển học máy có thể được sử dụng để dự đoán các tình huống lái xe và tối ưu hóa các chiến lược điều khiển.