Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ động lực xe hybrid" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Văn Đăng, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Khổng Vũ Quảng và TS Trần Đăng Quốc, bảo vệ năm 2022 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thuộc ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực (Mã số: 9520116).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong bối cảnh phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong (ĐCĐT) tiêu thụ lượng lớn nhiên liệu hóa thạch và là nguồn phát thải chính gây ô nhiễm không khí tại các đô thị, việc nghiên cứu các giải pháp giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại là yêu cầu cấp thiết. Mặc dù xe thuần điện (BEV) là giải pháp hạn chế phát thải trực tiếp, việc thay thế toàn bộ phương tiện ĐCĐT gặp rào cản lớn về kinh tế do nguy cơ loại bỏ dây chuyền sản xuất sẵn có và phụ thuộc vào hạ tầng trạm sạc. Do đó, phát triển xe hybrid (HEV) là giải pháp công nghệ chuyển tiếp phù hợp.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước đây chủ yếu dừng lại ở việc hoán cải từng dòng xe cụ thể hoặc nghiên cứu riêng lẻ các cụm chi tiết; nhiều bí quyết công nghệ phối hợp nguồn động lực của các hãng sản xuất quốc tế chưa được công bố đầy đủ. Khoảng trống nghiên cứu mà luận án tập trung giải quyết là xây dựng một quy trình tính toán, thiết kế và đánh giá hoàn chỉnh cho hệ động lực xe hybrid kiểu hỗn hợp quy mô nhỏ, có sự kết hợp đồng bộ giữa mô phỏng số và kiểm chứng thực nghiệm.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Đưa ra giải pháp công nghệ phối hợp nguồn động lực ĐCĐT – Động cơ điện (ĐCĐ) – Máy phát – Ắc quy và xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ động lực xe hybrid.
  2. Áp dụng giải pháp và quy trình đã xây dựng để tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình hệ động lực trên xe hybrid hai chỗ ngồi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình xe hybrid phối hợp kiểu hỗn hợp với hệ động lực cấu thành từ ĐCĐT (Piaggio 150cc), ĐCĐ, máy phát điện và bộ lưu trữ năng lượng (ắc quy).
  • Phạm vi nghiên cứu: Tính toán thiết kế, chế tạo cụm phối hợp cơ khí (hệ trục, bộ truyền đai thang, bộ truyền biến thiên vô cấp CVT) và mạch điều khiển điện tử; mô phỏng hoạt động theo chu trình vận hành và thử nghiệm trên băng thử phanh dòng điện xoáy tại Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước được điểm lại

Luận án đã khảo cứu hệ thống tài liệu chuyên ngành về các cấu hình xe hybrid (nối tiếp, song song, hỗn hợp) và các chiến lược quản lý năng lượng:

  • Nghiên cứu quốc tế: Điểm lại các công trình của Saurabh Mahapatra về mô hình hybrid hỗn hợp; Heejay Kang (2007) tại MIT về phân tích xe hybrid; Lorenzo Serrao, Simona Onori và Giorgio Rizzoni (2011) về so sánh các chiến lược quản lý năng lượng cho HEV; Aishwarya Panday và Hari Om Bansal (2014) về tổng quan chiến lược tối ưu hóa năng lượng; Farooq Sher và cộng sự (2021) về chiến lược giảm phát thải và nâng cao hiệu quả năng lượng; Maxim Idriss Tametang Meli và cộng sự (2021) về động lực học hệ truyền lực hybrid nối tiếp; Qifang Liu và cộng sự (2021) về quản lý năng lượng dựa trên dự đoán điều kiện lái; các nghiên cứu ứng dụng phần mềm AVL-Cruise của L. Ostoia (2011) và Adrian Iorga (2016).
  • Nghiên cứu trong nước: Luận án của Hồ Sĩ Xuân Diệu (2009) về thiết kế hệ thống động lực ô tô hybrid 2 chỗ ứng dụng LPG; công trình của Nguyễn Văn Định, Nguyễn Văn Nhận, Vũ Thăng Long (2013) về mô hình ô tô hybrid 2 chỗ phục vụ đào tạo tại Đại học Nha Trang; luận án của Vũ Thăng Long (2016) về tối ưu hóa quy mô và tham số điều khiển nguồn năng lượng cho xe hybrid.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trong nước chủ yếu tiếp cận việc hoán cải kết cấu cơ khí hoặc nghiên cứu điều khiển lý thuyết trên phần mềm mô phỏng chung. Luận án của NCS Trần Văn Đăng lựa chọn giải quyết khoảng trống về việc tích hợp hoàn chỉnh quy trình thiết kế cơ khí (CVT, đai truyền, trục trung gian) với thiết kế mạch điều khiển điện tử, kết nối mô phỏng chuyên sâu bằng AVL-Cruise đồng bộ hóa với Matlab/Simulink, và tiến hành kiểm chứng thực nghiệm trên băng tải phanh điện xoáy với các chế độ tải và tỷ lệ trợ lực điện cụ thể.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Lý thuyết cân bằng lực và động lực học ô tô: Thiết lập các phương trình cân bằng lực cản chuyển động của xe gồm lực cản lăn ($F_f$), lực cản không khí ($F_w$), lực cản lên dốc ($F_g$), lực cản quán tính ($F_j$) và lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động ($F_k$).
  • Lý thuyết phối hợp công suất: Phân tích nguyên lý khớp nối mô men, khớp nối tốc độ và khớp nối công suất hỗn hợp.
  • Lý thuyết điều khiển và sạc ắc quy: Xây dựng thuật toán quản lý phân chia công suất dựa trên ngưỡng tốc độ vận hành ($V_1$, $V_2$, $V_3$), trạng thái sạc của ắc quy (SOC - State of Charge), và phân bổ mô men theo nhu cầu vận hành của người lái.
  • Lý thuyết tính toán truyền động cơ khí: Ứng dụng công thức tính toán bộ truyền đai thang hẹp kiểu SPZ theo tiêu chuẩn DIN 7753 / DIN 2215 và bộ truyền biến thiên vô cấp CVT.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và nghiên cứu thực nghiệm:

  • Phương pháp mô phỏng số:
    • Thiết kế kết cấu 3D và kiểm nghiệm ứng suất các chi tiết cơ khí trên phần mềm Autodesk Inventor.
    • Xây dựng thuật toán điều khiển trên Matlab/Simulink và xuất mã nhúng dạng thư viện liên kết động (DLL).
    • Mô phỏng động lực học, tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí xả trên phần mềm chuyên ngành AVL-Cruise thông qua việc tích hợp giao diện đồng mô phỏng (Co-simulation) với Matlab/Simulink.
  • Phương pháp thực nghiệm:
    • Lắp đặt mô hình hệ động lực thực tế lên băng thử tải kiểu dòng điện xoáy (Eddy Current Dynamometer).
    • Đo đạc suất tiêu hao nhiên liệu bằng cân đo chuyên dụng AVL Fuel Balance 733S.
    • Phân tích nồng độ khí xả (CO, HC, NOx) và hệ số dư lượng không khí ($\lambda$) bằng thiết bị phân tích khí thải Horiba Mexa 584L.
    • Đo dòng điện nạp/xả của hệ thống ắc quy bằng ampe kìm chuyên dụng.

Nguồn tư liệu và thông số đầu vào

  • Động cơ đốt trong xăng: Động cơ Piaggio dung tích 150cc, 4 kỳ, 1 xi lanh, làm mát bằng không khí cưỡng bức.
  • Nhiên liệu thực nghiệm: Xăng không chì thương phẩm RON 95.
  • Động cơ điện và máy phát: Động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC) cùng hệ thống ắc quy lưu trữ điện áp 48V.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày tổng quan về thực trạng ô nhiễm môi trường do giao thông vận tải và xu thế phát triển các nguồn động lực thay thế ĐCĐT truyền thống như xe điện (BEV), xe pin nhiên liệu (FCV), xe sử dụng khí nén, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên nén (CNG) và xe hybrid (HEV). Tác giả phân tích chi tiết cấu tạo, ưu nhược điểm của ba cấu hình hybrid cơ bản:

  1. Xe hybrid nối tiếp (Series Hybrid): ĐCĐT chỉ kéo máy phát để nạp điện hoặc cấp điện cho ĐCĐ truyền động bánh xe.
  2. Xe hybrid song song (Parallel Hybrid): Cả ĐCĐT và ĐCĐ cùng kết nối trực tiếp vào hệ thống truyền lực để dẫn động xe.
  3. Xe hybrid hỗn hợp (Series-Parallel Hybrid): Kết hợp linh hoạt giữa hai cấu hình trên thông qua cơ cấu chia công suất.

Chương này cũng tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước về chiến lược quản lý năng lượng, từ đó xác định hướng tiếp cận của đề tài là nghiên cứu hệ động lực hybrid hỗn hợp cho xe 2 chỗ ngồi phù hợp điều kiện đô thị Việt Nam.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế hệ động lực xe hybrid

Chương 2 thiết lập cơ sở lý thuyết và quy trình tính toán thiết kế hệ động lực. Tác giả xây dựng lưu đồ quy trình thiết kế gồm các bước: xác định yêu cầu động học, tính toán công suất nguồn động lực, lựa chọn kết cấu bộ phối hợp công suất, xây dựng thuật toán điều khiển và thiết lập mô hình mô phỏng.

Nội dung trọng tâm gồm phân tích 5 chế độ làm việc cơ bản:

  1. Chế độ chỉ có ĐCĐ làm việc (khởi hành, tốc độ thấp $V < V_1$).
  2. Chế độ ĐCĐT vừa dẫn động vừa nạp điện cho ắc quy (tốc độ trung bình $V_1 \le V \le V_2$, SOC thấp).
  3. Chế độ chỉ có ĐCĐT làm việc độc lập ($V_1 \le V \le V_2$, SOC đạt ngưỡng).
  4. Chế độ phối hợp cả ĐCĐT và ĐCĐ cùng dẫn động (tăng tốc, lên dốc, tốc độ cao $V > V_2$).
  5. Chế độ phanh tái sinh năng lượng (ĐCĐ làm việc như máy phát để nạp lại cho ắc quy khi giảm tốc).

Chương 2 cũng trình bày cơ sở lý thuyết tính toán trong phần mềm AVL-Cruise, các module tính toán động cơ, ắc quy, phanh, bánh xe, quy trình tạo chu trình lái mới thông qua công cụ Random Cycle Generator và phương thức liên kết trao đổi dữ liệu với Matlab/Simulink qua DLL.

Chương 3: Tính toán thiết kế và mô phỏng hệ động lực xe hybrid

Chương 3 thực hiện tính toán thiết kế chi tiết các cụm thành phần và mô phỏng trên phần mềm AVL-Cruise kết nối Matlab/Simulink:

  • Tính toán cơ khí: Thiết kế bộ truyền đai thang hẹp kiểu YO (SPZ Narrow DIN 7753) nối giữa trục ra của bộ biến thiên vô cấp CVT với trục chính, và bộ truyền đai nối giữa ĐCĐ với trục chính; kiểm nghiệm độ bền mỏi và tính toán đường kính trục chính, vị trí lắp ổ lăn trên phần mềm Autodesk Inventor.
  • Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử: Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển, mạch điều khiển ĐCĐT, mạch điều khiển bướm ga, mạch kích hoạt ly hợp và mạch quản lý sạc ắc quy tự động.
  • Mô phỏng chu trình vận hành: Thiết lập mô hình xe hybrid 2 chỗ trên AVL-Cruise với các thông số đầu vào được kiểm soát chặt chẽ.
Thông số mô phỏng trong AVL-Cruise Giá trị Đơn vị
Khối lượng bản thân xe ($G_0$) 450 kg
Bán kính lăn động của bánh xe 285 mm
Diện tích cản chính diện ($F$) 1,35 $\text{m}^2$
Hệ số cản không khí ($K$) 0,35 -
Tỷ số truyền nhỏ nhất của CVT ($i_{\min}$) 0,50 -
Tỷ số truyền lớn nhất của CVT ($i_{\max}$) 2,8726 -
Hiệu suất hệ thống phanh 0,99 -
Điện áp định mức hệ thống ắc quy 48 V

Kết quả mô phỏng cho thấy khi chạy ở chu trình tốc độ 40 km/h và 60 km/h, việc kết hợp ĐCĐ trợ lực giúp ĐCĐT vận hành trong vùng hiệu suất tối ưu, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và hạ thấp nồng độ phát thải các chất ô nhiễm HC, CO, $\text{NO}_x$.

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 4 mô tả quá trình lắp đặt mô hình hệ động lực thực tế lên băng thử tải dòng điện xoáy tại phòng thí nghiệm và tiến hành đo đạc ở các chế độ vận hành khác nhau.

Mô hình thực nghiệm được thử nghiệm tại các dải tốc độ vòng quay động cơ ($n_{\text{đcđt}} = 4000$, $6000$, $7000\text{ v/ph}$) dưới các mức tải mô men khác nhau và các mức trợ lực điện từ ĐCĐ gồm: 0% (chỉ ĐCĐT), 30% ĐCĐ, 50% ĐCĐ và 70% ĐCĐ.

Dữ liệu thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu và phát thải tại 4000 v/ph

Dưới đây là bảng trích xuất số liệu thực nghiệm đo đạc tiêu hao nhiên liệu ($G_{nl}$), mô men trục ra ($M_e$), nồng độ khí xả ($\text{CO}, \text{HC}, \text{NO}_x$) và hệ số dư lượng không khí ($\lambda$) ở chế độ vòng quay 4000 v/ph:

Chế độ hoạt động Điểm đo $G_{nl}$ (kg/h) $M_e$ (Nm) CO (%) HC (ppm) $\text{NO}_x$ (ppm) Lambda ($\lambda$)
Chỉ ĐCĐT hoạt động (0% ĐCĐ) 1 0,600 1,45 0,021 1879 831 1,24
2 0,850 4,02 0,023 2021 974 1,30
3 1,100 6,55 0,026 2137 1020 1,29
4 1,200 9,03 0,027 2027 1146 1,21
5 1,230 10,80 0,030 2234 1257 1,22
ĐCĐT + 30% ĐCĐ 1 0,360 1,33 0,015 1679 610 1,39
2 0,510 3,90 0,0174 1707 723 1,40
3 0,660 6,60 0,018 2032 814 1,447
4 0,720 9,20 0,020 2134 923 1,43
5 0,738 10,90 0,017 2481 866 1,30
ĐCĐT + 50% ĐCĐ 1 0,288 1,30 0,009 1239 509 1,49
2 0,408 4,00 0,011 1415 627 1,51
3 0,528 6,50 0,010 1630 732 1,55
4 0,576 9,30 0,0115 1831 683 1,50
5 0,5904 11,10 0,012 2033 810 1,49
ĐCĐT + 70% ĐCĐ 1 0,2304 1,25 0,004 848 456 1,50
2 0,3264 3,90 0,003 946 647 1,55
3 0,4224 6,30 0,004 1142 619 1,59
4 0,4608 9,50 0,0025 1238 547 1,49
5 0,47232 11,00 0,005 1344 416 1,54

Dữ liệu thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu và phát thải tại 6000 v/ph

Chế độ hoạt động Điểm đo $G_{nl}$ (kg/h) $M_e$ (Nm) CO (%) HC (ppm) $\text{NO}_x$ (ppm) Lambda ($\lambda$)
Chỉ ĐCĐT hoạt động (0% ĐCĐ) 1 1,100 1,45 0,034 1956 832 1,043
2 1,300 4,02 0,050 2006 952 1,000
3 1,600 6,55 0,057 2114 980 0,963
4 1,800 9,03 0,060 2207 987 0,990
5 1,900 11,10 0,068 2174 932 1,010
ĐCĐT + 30% ĐCĐ 1 0,609 1,60 0,020 1655 721 1,222
2 0,680 3,90 0,022 1521 735 1,180
3 0,750 6,40 0,024 1487 788 1,112
4 0,800 8,90 0,026 1600 830 1,100
5 0,900 11,03 0,025 1584 850 1,111
ĐCĐT + 50% ĐCĐ 1 0,400 1,50 0,017 1300 460 1,320
2 0,500 4,00 0,0184 1335 564 1,200
3 0,550 6,50 0,022 1388 602 1,160
4 0,600 9,00 0,020 1403 668 1,190
5 0,700 11,20 0,021 1374 637 1,210
ĐCĐT + 70% ĐCĐ 1 0,020 1,53 0,011 460 239 1,360
2 0,033 3,99 0,010 662 418 1,280
3 0,035 6,30 0,016 825 449 1,140
4 0,038 8,90 0,017 769 507 1,220
5 0,045 11,30 0,015 760 436 1,150

Dữ liệu thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu và phát thải tại 7000 v/ph

Chế độ hoạt động Điểm đo $G_{nl}$ (kg/h) $M_e$ (Nm) CO (%) HC (ppm) $\text{NO}_x$ (ppm) Lambda ($\lambda$)
Chỉ ĐCĐT hoạt động (0% ĐCĐ) 1 1,631 1,70 0,056 1650 998 0,960
2 1,700 4,00 0,072 1728 1028 0,980
3 2,316 6,60 0,0849 1793 1132 0,981
4 2,500 9,00 0,090 1812 1210 0,980
5 2,700 12,00 0,130 1920 1351 0,970
ĐCĐT + 30% ĐCĐ 1 0,680 1,60 0,025 1225 746 0,954
2 0,800 4,10 0,032 1318 842 0,970
3 1,305 6,65 0,035 1256 949 0,986
4 1,500 9,20 0,025 1168 1021 0,970
5 1,700 11,80 0,028 1344 931 0,969
ĐCĐT + 50% ĐCĐ 1 0,360 1,55 0,020 1144 828 0,933
2 0,400 4,30 0,021 1056 711 0,955
3 0,700 6,80 0,026 949 680 0,970
4 0,770 9,10 0,026 952 763 0,980
5 0,900 12,20 0,030 855 718 0,990
ĐCĐT + 70% ĐCĐ 1 0,120 1,51 0,017 842 306 0,992
2 0,180 4,22 0,012 851 409 1,010
3 0,420 6,66 0,018 747 411 0,990
4 0,410 9,05 0,017 650 458 0,998
5 0,440 12,10 0,010 553 526 1,020

So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Tác giả tiến hành đối chiếu giữa kết quả tính toán mô phỏng trên AVL-Cruise và số liệu đo thực nghiệm tại hai chế độ:

  • Chế độ chỉ ĐCĐT làm việc ở $V_{\text{xe}} = 40\text{ km/h}$ ($n_{\text{băng}} = 240\text{ v/ph}$).
  • Chế độ phối hợp cả ĐCĐT và ĐCĐ ở $V_{\text{xe}} = 60\text{ km/h}$ ($n_{\text{băng}} = 360\text{ v/ph}$).

Kết quả đối sánh cho thấy sự tương đồng về quy luật biến thiên giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với các chỉ tiêu tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí xả, khẳng định độ tin cậy của mô hình tính toán đã thiết lập.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về lý luận và thực tiễn

  1. Về lý luận:
    • Xây dựng được quy trình tính toán thiết kế hoàn chỉnh cho hệ động lực xe hybrid kiểu hỗn hợp quy mô nhỏ, tích hợp đồng bộ từ tính toán động lực học, thiết kế cơ cấu phối hợp cơ khí đến thuật toán điều khiển phân bổ năng lượng.
    • Xây dựng phương pháp liên kết giữa phần mềm AVL-Cruise và Matlab/Simulink thông qua giao diện DLL để mô phỏng chính xác các chế độ chuyển tiếp và tiêu hao năng lượng/khí thải theo chu trình thử.
  2. Về thực tiễn:
    • Thiết kế, chế tạo thành công cơ cấu phối hợp công suất cơ khí (kết hợp trục chính, bộ truyền biến thiên vô cấp CVT và hệ thống đai thang hẹp kiểu SPZ DIN 7753 / DIN 2215) cùng hệ thống điều khiển điện tử hoàn chỉnh.
    • Kiểm chứng thành công mô hình trên băng thử tải dòng điện xoáy; cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm định lượng chi tiết chứng minh mức độ suy giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải khi tăng tỷ lệ trợ lực của động cơ điện (30%, 50%, 70%).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đề xuất áp dụng cấu hình phối hợp công suất hỗn hợp sử dụng CVT kết hợp hệ truyền động đai cho các dòng phương tiện cá nhân hoặc xe chuyên dụng cỡ nhỏ 2 chỗ ngồi trong đô thị nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí cục bộ.
  • Ứng dụng quy trình mô phỏng AVL-Cruise kết nối Matlab/Simulink trong công tác nghiên cứu và giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Kỹ thuật Ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Mô hình thực nghiệm được thực hiện trên băng thử tĩnh (băng thử dòng điện xoáy) trong phòng thí nghiệm, chưa tiến hành lắp ráp hoàn chỉnh trên khung vỏ xe để chạy thử nghiệm thực tế trên đường giao thông công cộng.
  • Cơ cấu truyền động cơ khí sử dụng bộ truyền đai và CVT vẫn tồn tại tổn hao ma sát và quán tính cơ khí nhất định trong các pha chuyển đổi chế độ làm việc.

Hướng nghiên cứu phát triển

  • Hoàn thiện việc lắp đặt hệ động lực lên phương tiện hoàn chỉnh để thử nghiệm thực tế trên đường theo các chu trình lái tiêu chuẩn.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa thuật toán quản lý năng lượng theo thời gian thực (Real-time Energy Management Strategy) dựa trên điều kiện dự báo hành trình giao thông đô thị.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Ô tô / Động lực: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp mô phỏng số trên phần mềm chuyên dụng AVL-Cruise kết hợp Matlab/Simulink, phương pháp thiết kế bộ truyền phối hợp công suất và quy trình xây dựng thực nghiệm trên băng thử phanh dòng điện xoáy.
  • Đối với giảng viên và cơ sở đào tạo: Bổ sung học liệu phục vụ các học phần Lý thuyết ô tô, Thiết kế hệ thống truyền lực, Động cơ đốt trong và Phương tiện sử dụng năng lượng mới.
  • Đối với các kỹ sư và nhà phát triển phương tiện giao thông xanh: Cung cấp các thông số kỹ thuật, kích thước bộ truyền đai, đặc tính tiêu hao nhiên liệu và thành phần khí thải cụ thể để tham khảo trong quá trình thiết kế các hệ thống động lực hybrid cỡ nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ đốt trong sử dụng trong mô hình thực nghiệm của luận án là loại nào?

Động cơ đốt trong được sử dụng là động cơ xăng Piaggio dung tích 150cc, 4 kỳ, 1 xi lanh, sử dụng nhiên liệu xăng không chì RON 95, kết hợp với bộ truyền biến thiên vô cấp CVT.

2. Hệ thống truyền động cơ khí phối hợp giữa ĐCĐT, ĐCĐ và trục chính sử dụng kết cấu gì?

Hệ thống sử dụng bộ truyền biến thiên vô cấp CVT từ ĐCĐT kết hợp với hệ thống bộ truyền đai thang hẹp kiểu YO (SPZ Narrow theo tiêu chuẩn DIN 7753 / DIN 2215) để truyền mô men từ trục ra CVT và từ ĐCĐ về trục chính.

3. Thiết bị nào được sử dụng để phân tích thành phần khí xả và đo suất tiêu hao nhiên liệu trong nghiên cứu thực nghiệm?

Luận án sử dụng thiết bị phân tích khí thải Horiba Mexa 584L (đo các thành phần CO, HC, $\text{NO}_x$ và hệ số dư lượng không khí $\lambda$) và thiết bị cân đo tiêu hao nhiên liệu tự động AVL Fuel Balance 733S.

4. Kết quả thực nghiệm tại vòng quay động cơ 4000 v/ph cho thấy sự thay đổi tiêu hao nhiên liệu như thế nào khi tăng mức trợ lực của ĐCĐ?

Ở điểm đo số 1 (mô men $M_e \approx 1,3 - 1,45\text{ Nm}$), tiêu hao nhiên liệu $G_{nl}$ giảm từ $0,600\text{ kg/h}$ (khi chỉ có ĐCĐT) xuống còn $0,360\text{ kg/h}$ (khi có 30% ĐCĐ), $0,288\text{ kg/h}$ (khi có 50% ĐCĐ) và đạt $0,2304\text{ kg/h}$ (khi có 70% ĐCĐ trợ lực).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của NCS Trần Văn Đăng đã xây dựng thành công quy trình tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ động lực cho xe hybrid kiểu hỗn hợp cỡ nhỏ hai chỗ ngồi. Nghiên cứu đã tích hợp công cụ mô phỏng AVL-Cruise với thuật toán điều khiển trên Matlab/Simulink và chế tạo thành công mô hình cơ khí - điện tử thực tế. Kết quả kiểm chứng trên băng thử dòng điện xoáy đã chứng minh tính chính xác của mô hình lý thuyết, xác nhận hiệu quả giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm nồng độ khí thải độc hại ($\text{CO}, \text{HC}, \text{NO}_x$) của hệ thống khi có sự tham gia trợ lực của động cơ điện.