Nghiên cứu tính toán điều khiển động lực học xe điện

• Tác giả: Nguyễn Đăng Khoa
• Người hướng dẫn: Th.S. Lê Thanh Quang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Tính Toán Điều Khiển Động Lực Học Xe Điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kết cấu đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN
• 2.1. Vấn đề về ô nhiễm môi trường
• 2.2. Lịch sử phát triển xe điện
• 2.3. Phân loại xe điện
• 2.4. Thành phần chính của xe điện
• 2.4.1. Nguồn điện trên xe
• 2.4.2. Bộ sạc pin
• 2.4.3. Bộ điều khiển
• 2.4.4. Bộ chuyển đổi DC/DC
• 2.4.5. Bộ biến tần
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PIN
• 3.1. Các lực tác dụng lên xe trong trường hợp tổng quát
• 3.1.1. Lực kéo tiếp tuyến của ô tô
• 3.1.2. Lực bám ở bánh xe chủ động
• 3.1.3. Các lực cản chuyển động của ô tô trên mặt đường
• 3.1.4. Điều kiện để ô tô chuyển động trên đường
• 3.2. Tính toán động lực học trên xe điện
• 3.2.1. Giải pháp thiết kế 1: Hệ thống dẫn động hộp số cơ khí
• 3.2.2. Giải pháp thiết kế 2: Hệ thống dẫn động trực tiếp qua bộ bánh răng trực tiếp đến vi sai
• 3.2.3. Giải pháp thiết kế 3: Hệ thống dẫn động dùng hai loại động cơ điện và hai vỏ truyền
• 3.2.4. Giải pháp thiết kế 4: Hệ thống dẫn động trực tiếp từ hai động cơ
• 3.3. Tính toán và chọn động cơ điện cho xe thiết kế
• 3.3.1. Tính toán tải trọng tác dụng lên từng bánh và xác định trọng tâm xe
• 3.3.2. Tính toán chọn động cơ điện
• 3.3.3. Chọn động cơ điện thiết kế cho xe
• 3.4. Tính toán hệ thống pin trên xe
• 4. CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN PMSM VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN FOC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
• 4.1. Giới thiệu về động cơ PMS
• 4.2. Đặc tính cơ và nguyên lý điều khiển PMSM
• 4.3. Phương trình toán học của PMSM
• 4.3.1. Phương trình toán học trong pha abc
• 4.3.2. Biến đổi abc sang αβ (biến đổi Clarke)
• 4.3.3. Mô hình động cơ trong khung αβ
• 4.3.4. Chuyển tọa độ αβ thành dq (Park Transform)
• 4.3.5. Phương trình hệ trục dq0
• 4.3.6. Phương trình mô men điện từ
• 4.4. Giới thiệu các phương pháp điều khiển trên động cơ điện
• 4.4.1. Phương pháp điều khiển vô hướng V/f
• 4.4.2. Phương pháp điều khiển theo vector
• 4.5. Cấu trúc phương pháp điều khiển động cơ PMS
• 4.5.1. Biến đổi Clark
• 4.5.2. Chuyển đổi Clark ngược
• 4.5.3. Biến đổi Park
• 4.5.4. Chuyển đổi Park ngược
• 4.6. Bộ điều khiển PI
• 4.6.1. Giới thiệu bộ điều khiển PI
• 4.6.2. Các chỉ tiêu đánh giá của bộ điều khiển PI
• 4.6.3. Biểu thức trong miền thời gian t
• 4.6.4. Bộ điều khiển dòng điện
• 4.7. Phương pháp điều chế vector không gian SVM
• 4.7.1. Giới thiệu về phương pháp điều chế vector
• 4.7.2. Không gian vector trong một nguồn điện ba pha
• 4.7.3. Điện áp ra của bộ nghịch lưu ba pha
• 4.7.4. Nguyên lý của phương pháp điều chế vector không gian
• 4.7.5. Các vectơ chuyển mạch cơ sở và các góc Sector
• 4.7.6. So sánh giữa phương pháp Sine PWM và SVPWM (SVM)
• 4.7.7. Các bước thực hiện phương pháp SVM
• 4.7.8. Sự tác động điều khiển FOC trong phương pháp điều chế
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK
• 5.1. Giới thiệu về Matlab/Simulink
• 5.2. Tổng quan về mô hình điều khiển động lực học động cơ PMS trên xe
• 5.3. Khối điều khiển (ECU)
• 5.3.1. Khối biến đổi Park Clark
• 5.3.2. Bộ điều khiển dòng điện
• 5.4. Bộ điều khiển tốc độ
• 5.5. Khối tính toán thời gian điều khiển xung SVPWM
• 5.6. Khối chuyển mạch điện tử- nghịch lưu nguồn áp (Inverter)
• 5.7. Khối động cơ PMS
• 5.8. Khối động lực học thân xe
• 5.9. Khối pin LFP
• 5.10. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển động lực học PMSM trên xe
• 5.10.1. Trường hợp 1: Xe chuyển động trong điều kiện lý tưởng không có ngoại lực
• 5.10.2. Trường hợp 2: Xe chuyển động trong điều kiện có ngoại lực
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu và điều khiển động lực học xe điện

Nghiên cứu và tính toán điều khiển động lực học xe điện đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Xe điện không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn mang lại hiệu suất năng lượng cao hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong. Việc hiểu rõ về động lực học và các hệ thống điều khiển là cần thiết để phát triển các phương tiện giao thông hiện đại.

1.1. Lịch sử phát triển xe điện và động lực học

Lịch sử phát triển xe điện bắt đầu từ những năm 1800, với những cải tiến đáng kể trong công nghệ pin và động cơ điện. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng xe điện có thể giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng.

1.2. Các thành phần chính của hệ thống điều khiển xe điện

Hệ thống điều khiển xe điện bao gồm động cơ điện, bộ điều khiển, và pin. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và độ an toàn của xe.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển động lực học xe điện

Mặc dù xe điện mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc điều khiển động lực học. Các vấn đề như hiệu suất pin, độ bền của động cơ, và khả năng điều khiển chính xác là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Hiệu suất và tuổi thọ của pin trong xe điện

Pin là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất của xe điện. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa công nghệ pin có thể cải thiện đáng kể tuổi thọ và hiệu suất năng lượng.

2.2. Độ chính xác trong điều khiển động cơ điện

Điều khiển động cơ điện đòi hỏi độ chính xác cao để đảm bảo an toàn và hiệu suất. Các phương pháp điều khiển như FOC (Field Oriented Control) đang được áp dụng để cải thiện độ chính xác này.

III. Phương pháp tính toán động lực học xe điện hiệu quả

Để tính toán động lực học xe điện, nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển. Các phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.

3.1. Mô hình động lực học xe điện

Mô hình động lực học giúp phân tích các lực tác động lên xe điện. Việc sử dụng mô hình này cho phép dự đoán hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế.

3.2. Tính toán hiệu suất động cơ điện

Tính toán hiệu suất động cơ điện là một phần quan trọng trong thiết kế xe điện. Các yếu tố như mô men, tốc độ và hiệu suất năng lượng cần được xem xét kỹ lưỡng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu động lực học xe điện

Nghiên cứu về động lực học xe điện không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào việc thiết kế và phát triển xe điện hiện đại.

4.1. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink

Mô phỏng trên Matlab/Simulink cho phép kiểm tra và đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển động lực học xe điện. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất.

4.2. Ứng dụng công nghệ FOC trong điều khiển động cơ

Công nghệ FOC đã được áp dụng thành công trong việc điều khiển động cơ điện, giúp tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong hoạt động của xe điện.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu động lực học xe điện

Nghiên cứu và tính toán điều khiển động lực học xe điện đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của xe điện hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến về công nghệ và hiệu suất.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ xe điện

Xu hướng phát triển công nghệ xe điện đang ngày càng mạnh mẽ, với sự gia tăng đầu tư vào nghiên cứu và phát triển. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và tự lái sẽ đóng vai trò quan trọng.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành công nghiệp ô tô

Nghiên cứu về động lực học xe điện không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Điều này càng khẳng định tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành công nghiệp ô tô.