Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm hệ thống truyền động xe lai có tính đến trường hợp phanh tái sinh

Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm hệ thống truyền động xe lai có tính đến trường hợp phanh tái sinh Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm hệ thống truyền động xe lai có tính đến trường hợp phanh tái sinhNghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm hệ thống truyền động xe lai có tính đến trường hợp phanh tái sinh Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm hệ thống truyền động xe lai có tính đến trường hợp phanh tái sinh

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Hiện nay, sự phát triển của các phương tiện phục vụ con người ngày càng đa dạng và hiện đại, nhưng tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt Do đó, cần tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế, dẫn đến sự ra đời của các loại động cơ sử dụng nhiên liệu mới.

Xe hybrid, hay còn gọi là xe lai điện, là loại phương tiện sử dụng hai nguồn động lực: động cơ đốt trong và động cơ điện Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xe, với một bộ điều khiển thông minh quyết định thời điểm hoạt động của từng động cơ.

Hiện nay, các nhà khoa học trên toàn thế giới đã tiến hành nhiều nghiên cứu về xe lai, tập trung vào tính năng và thiết kế tối ưu cho hiệu suất hoạt động Nghiên cứu về xe lai điện đang được áp dụng cho nhiều loại phương tiện khác nhau, bao gồm xe du lịch, xe bán tải, xe tải, xe buýt điện, xe đạp và xe máy.

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hiệu suất của pin và ắc quy, bao gồm việc tìm kiếm nguồn pin vĩnh cửu, thiết kế hệ thống pin-siêu tụ, cũng như nghiên cứu các phương pháp thu hồi năng lượng bị mất trong quá trình sử dụng.

Trong quá trình sử dụng xe, sự mất mát năng lượng diễn ra rõ rệt khi hãm phanh Hệ thống phanh đĩa hoạt động bằng cách kẹp má phanh vào đĩa phanh, tạo ra lực ma sát để dừng xe, dẫn đến mòn má phanh và đĩa phanh Quá trình này cũng sản sinh ra nhiệt năng lớn, khi động năng của xe chuyển hóa thành nhiệt và thải ra môi trường Điều này không chỉ gây tổn phí năng lượng mà còn làm hao mòn vật liệu của xe.

Năng lượng tổn hao trong quá trình phanh đã được nghiên cứu để thu hồi hiệu quả thông qua các hệ thống phanh tái sinh Hệ thống này tận dụng năng lượng sinh ra khi phanh để nạp vào motor điện hoặc tụ điện, sau đó chuyển đổi và lưu trữ vào pin, ắc quy hoặc tụ điện.

Trong nghiên cứu trước đây, nhóm đã cải tạo xe Honda Lead 110cc thành xe lai 02 bánh và mô hình hóa các hệ thống động lực học của xe Tuy nhiên, nghiên cứu chưa xem xét việc thu hồi phanh tái sinh để nâng cao hiệu quả năng lượng Đề tài này sẽ tập trung vào việc mô phỏng và mô hình hóa hệ thống truyền động xe lai, đồng thời thiết kế hệ thống thu hồi năng lượng từ phanh tái sinh.

Tình hình nghiên cứu có liên quan

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong nghiên cứu của Asaei và đồng sự, một chiếc xe máy động cơ đốt trong 125cc đã được chuyển đổi thành xe điện lai với công suất 6,6 kW cho động cơ ICE và 500W cho động cơ BLDC, sử dụng phần mềm ADVISOR2002 Kết quả cho thấy, xe máy nền với bộ truyền vô cấp (CVT) là lựa chọn tối ưu cho việc cải tạo, nhờ khả năng hoạt động tự động hiệu quả cao Việc sử dụng bộ truyền vô cấp cho phép động cơ đốt trong vận hành nhanh chóng trong các giai đoạn khác nhau khi xe máy hoạt động.

Chung và cộng sự [2] đã tiến hành nghiên cứu về hệ thống truyền động vô cấp điện tử (e-CVT) trên xe máy lai, nhằm mô phỏng hiệu suất so với hệ thống CVT truyền thống Kết quả cho thấy xe máy được đề xuất có hiệu năng lái xe cao hơn và tiết kiệm nhiên liệu tối đa 32% so với xe truyền thống, từ đó mở ra tiềm năng phát triển trong tương lai.

Trong nghiên cứu về Pin và trạng thái nạp (SOC), Hsu và cộng sự đã sử dụng bộ điều khiển điện tử (ECU) để tích hợp động cơ đốt trong 125cc với động cơ điện, tạo ra một hệ thống điện lai có khả năng tự nạp lại pin Kết quả thử nghiệm cho thấy, việc sử dụng ắc quy axit chì có thể nâng cao SOC lên khoảng 4% trong chế độ lai qua bốn chu kỳ lái xe Thêm vào đó, các bài kiểm tra trên đường cho thấy lượng phát thải ô nhiễm của động cơ giảm ở tốc độ thấp hoặc trong điều kiện không tải, đồng thời quãng đường di chuyển của xe máy điện cũng được cải thiện đáng kể.

Jones và cộng sự [4] thì nghiên cứu khảo sát ưu tiên của các hộ gia đình tại

Nghiên cứu tại Hà Nội, Việt Nam đã phân tích việc áp dụng môtơ điện hai bánh trên xe điện thay thế xe máy chạy xăng, cho thấy rằng công nghệ cải tiến và ưu đãi kinh tế, đặc biệt là thuế thu nhập, có ảnh hưởng đáng kể đến việc áp dụng Huang và đồng sự đã mô phỏng khả năng leo dốc của xe tay ga sử dụng pin nhiên liệu, tập trung vào ảnh hưởng của góc dốc, tốc độ leo dốc và trọng lượng người lái đến mức tiêu thụ năng lượng và phạm vi di chuyển tối đa Kết quả cho thấy điện năng tiêu thụ và mức tiêu hao nhiên liệu tăng khi góc dốc, tốc độ lái và trọng lượng người lái tăng Đặc biệt, với khối lượng hydro ban đầu 90g, tốc độ 40 km/h và trọng lượng 60 kg, phạm vi di chuyển tối đa giảm từ 47 km xuống còn 5 km khi góc dốc tăng từ 0 độ lên 40 độ.

Các nghiên cứu đã trình bày phương pháp của các nhà nghiên cứu trong việc sử dụng mô phỏng để chứng minh hiệu quả của việc cải tiến xe nền thành xe lai, với sự chú trọng vào hiệu quả sử dụng năng lượng Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa xem xét đến năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh.

Nghiên cứu của Sheu cho thấy mô hình xe tay ga (scooter) với hệ thống hybrid sử dụng mô-tơ điện lai đã được thiết lập thông qua phần mềm Matlab Simulink Các kết quả mô phỏng từ bốn chu kỳ lái xe xác minh khả năng hoạt động hiệu quả của hệ thống này, đồng thời cho thấy động cơ đốt trong và động cơ điện hoạt động tối ưu trong các điều kiện khác nhau.

Nghiên cứu về phanh tái sinh đã được tiến hành rộng rãi trên các phương tiện như tàu lửa, ô tô điện và xe máy điện Đặc biệt, Frilli và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu trên mô hình tàu cao tốc ETR 1000, cho thấy hệ thống phanh tái sinh mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể Trước đó, nghiên cứu của Li và cộng sự đã chỉ ra rằng đĩa phanh trên tàu có nguy cơ nứt khi hoạt động ở tốc độ 300 km/h và thường xảy ra hiện tượng rạn nứt ở tốc độ 200 km/h khi phanh lặp đi lặp lại Những vấn đề này không chỉ gây nguy hiểm mà còn thúc đẩy nhu cầu phát triển các hệ thống phanh mới, trong đó có phanh tái sinh.

Nghiên cứu của Bjửrnsson và cộng sự tại Thụy Điển cho thấy phanh tỏi sinh có khả năng thu hồi đến 27% tổng năng lượng trung bình từ mỗi bánh xe ô tô trong điều kiện giao thông tại đây Đối với xe điện dẫn động hai bánh trước, Itani và cộng sự đã so sánh hai phương pháp kiểm soát phanh: phanh thường và mô phỏng ECE R13H Kết quả cho thấy phương pháp mô phỏng ECE R13H có thể thu hồi thêm 3,7%, 11,2% và 6,6% năng lượng trên các loại mặt đường có ma sát cao, trung bình và thấp.

Theo nghiên cứu của Junzhj và cộng sự, sau khi thực hiện mô phỏng và kiểm tra vòng lặp HIL trên xe điện minivan dẫn động cầu sau, hiệu quả của phanh tái sinh đạt 47% Kết quả này cho thấy mức tăng 15% so với phương pháp cải tạo trước đó.

Năm phương pháp cơ bản có thể giúp tiết kiệm nhiên liệu, trong đó phương pháp cải tạo đạt mức tiết kiệm lên đến 10%, trong khi các phương pháp cơ bản chỉ đạt khoảng 7% Đối với xe buýt điện, Perrotta và cộng sự đã tiến hành mô phỏng và phân tích mức tiêu thụ năng lượng, đồng thời khám phá tiềm năng phục hồi năng lượng khi phanh thông qua việc sử dụng các siêu tụ.

Trong nghiên cứu về ô tô lai điện, Kim và cộng sự đã sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng và xây dựng mô hình nhằm so sánh hiệu suất của hai phương pháp phanh: phanh tái sinh và phanh thủy lực Kết quả cho thấy, phanh tái sinh có quãng đường phanh ngắn hơn và ít gặp lỗi hơn về góc trượt cũng như hệ số trượt so với phanh thủy lực truyền thống.

Nghiên cứu về phanh tái sinh trên mô hình xe ba bánh cho thấy rằng, theo Boisvet và cộng sự, phanh tái sinh ít bị ảnh hưởng bởi các thay đổi tham số trong mô phỏng Matlab Simulink Clarke và cộng sự cũng chỉ ra rằng việc kết hợp motor điện với động cơ đốt trong giúp giảm đáng kể lượng khí thải Carbon và nâng cao hiệu quả nhiên liệu Kim và cộng sự đã phát hiện ra rằng việc sử dụng thêm một máy phát điện có thể cải thiện hiệu quả phanh tái sinh lên đến 24% so với chỉ sử dụng motor Ngoài ra, một nghiên cứu khác cho thấy rằng 21% năng lượng được lưu trữ trong siêu tụ và 15% trong pin, với tốc độ tích trữ năng lượng tái sinh trên siêu tụ nhanh hơn nhiều so với pin, như được Kim và cộng sự nghiên cứu trên động cơ điện 3000 RPM.

Zou và cộng sự chỉ ra rằng việc lưu trữ năng lượng tái tạo thu được trong quá trình phanh có thể nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng và mở rộng phạm vi lái xe điện Siêu tụ với mật độ công suất cao cho phép chịu đựng dòng điện lớn trong thời gian ngắn, chủ yếu thu thập năng lượng tái sinh Cần điều tra các phương pháp đo lường năng lượng tái sinh để ước lượng hiệu quả chuyển đổi năng lượng và hiệu suất của phương tiện điện Phân tích hệ thống năng lượng phanh tái tạo của siêu tụ sẽ cung cấp một hệ thống đánh giá hữu ích.

Trong quá trình phanh, 6 hồi năng lượng được thiết lập thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu di động USB, cho phép thực hiện các thí nghiệm trong điều kiện phanh khác nhau Kết quả cho thấy hệ thống tái tạo năng lượng có hiệu quả cao hơn khi sử dụng tụ điện siêu cao, đồng thời xác nhận tính hiệu quả của phương pháp đo lường được đề xuất Đặc biệt, hiệu suất chuyển đổi năng lượng tái tạo tối đa có thể đạt tới 88%.

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phần mềm Matlab Simulink trong mô hình hóa và mô phỏng mang lại hiệu quả cao nhất Hơn nữa, năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh có thể được áp dụng cho nhiều loại phương tiện khác nhau thông qua các phương pháp như nạp vào ắc quy, siêu tụ hoặc pin.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu cho thấy việc thu hồi năng lượng tái sinh trong quá trình phanh trên xe hybrid không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn mở ra cơ hội thiết kế xe lai ứng dụng công nghệ phanh tái sinh trong thực tế.

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

1.4.1 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài gồm:

Mô hình hóa động lực học của hệ thống truyền lực và hệ thống lưu trữ năng lượng trong xe gắn máy hybrid được cải tiến bằng cách tích hợp hệ thống phanh tái sinh, giúp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm thiểu tổn thất trong quá trình vận hành.

Bài viết này mô phỏng hoạt động của xe máy lai theo chu trình ECE-R15, xem xét tác động của hệ thống phanh tái sinh Mục tiêu là so sánh hiệu quả hoạt động của xe máy lai trang bị phanh tái sinh với xe nền và xe cải tạo không có hệ thống phanh tái sinh.

- Thiết kế mô hình, hệ thống thu hồi năng lượng từ phanh tái sinh

1.4.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết về xe hybrid, phân loại, cấu trúc và hoạt động của xe hybrid

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết mô hình hóa và mô phỏng

- Nghiên cứu lý thuyết về động lực học khi phanh, giảm tốc

Nghiên cứu lý thuyết về phanh tái sinh giúp hiểu rõ các ưu nhược điểm của hệ thống này Việc phân tích kỹ lưỡng cho phép lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với xe nền, tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao khả năng tiết kiệm năng lượng Hệ thống phanh tái sinh không chỉ cải thiện hiệu quả vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp lưu trữ năng lượng phanh tái sinh là rất quan trọng để hiểu rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp Việc phân tích này giúp lựa chọn phương pháp lưu trữ phù hợp cho thiết kế và mô phỏng, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả năng lượng trong các hệ thống giao thông hiện đại.

- Thực hiện mô hình hóa, mô phỏng xe hybrid bằng Matlab Simulink.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống truyền lực và hệ thống lưu trữ năng lượng trên xe máy hybrid được cải tạo từ xe nền Honda Lead 110cc

- Hệ thống chuyển đổi motor điện 48V-1000W thành máy phát để thu hồi năng lượng phanh tái sinh

- Phần mềm mô phỏng MatlabSimulink để mô hình hóa, mô phỏng xe máy lai

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu lý thuyết sử dụng phương pháp mô phỏng để đưa ra giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của xe máy lai 02 bánh cải tạo từ xe nền Honda Lead 110cc có xét đến thu hồi năng lượng từ phanh tái sinh.

Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết về xe hybrid bao gồm mô hình hóa và mô phỏng hệ thống phanh tái sinh Qua việc tham khảo và sưu tầm tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã được công bố, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về công nghệ này.

1.6.2 Phương pháp tham vấn chuyên gia

Phương pháp chuyên gia là cách tiếp cận dựa vào trí tuệ và kinh nghiệm của đội ngũ chuyên gia có trình độ cao trong một lĩnh vực cụ thể Phương pháp này được sử dụng để phân tích và đánh giá bản chất của các sự kiện khoa học hoặc thực tiễn phức tạp, nhằm tìm ra giải pháp tối ưu cho các vấn đề đó hoặc đánh giá chất lượng của một sản phẩm khoa học.

Phương pháp thu thập thông tin khoa học về sản phẩm giáo dục bao gồm việc nhận định và đánh giá thông qua sự đóng góp của đội ngũ chuyên gia giáo dục có trình độ cao Ý kiến của từng chuyên gia sẽ bổ sung và kiểm tra lẫn nhau, từ đó tạo ra một quan điểm đa số, khách quan về các vấn đề giáo dục.

1.6.3 Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng

Mục đích của nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học cho các bộ phận trong hệ thống nhằm tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời định hướng phương pháp nghiên cứu hiệu quả Nghiên cứu tiến hành tính toán và xây dựng mô hình toán cho hệ thống phanh tái sinh trên xe hybrid, sau đó thực hiện mô phỏng mô hình này bằng công cụ Matlab Simulink.

Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của ba trường hợp: xe nền nguyên bản, xe lai cải tạo và xe lai cải tạo có phanh tái sinh Qua đó, nghiên cứu chứng minh rằng xe lai cải tạo với phanh tái sinh mang lại hiệu suất vượt trội.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khái niệm xe hybrid

Động cơ đốt trong trên xe ô tô truyền thống có thời gian hoạt động lâu dài và hiệu suất tốt nhờ vào nguyên liệu dầu mỏ, nhưng lại gặp phải vấn đề về tính kinh tế và ô nhiễm môi trường Những nhược điểm này đã thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp thay thế, dẫn đến sự ra đời của xe Hybrid.

Xe hybrid, hay còn gọi là xe lai điện, là loại phương tiện sử dụng hai nguồn động lực: động cơ đốt trong và động cơ điện Sự kết hợp này cho phép xe hoạt động một cách tối ưu, với một bộ điều khiển thông minh quyết định thời điểm hoạt động của từng động cơ.

Một lợi ích rõ ràng của xe lai trong điều kiện đường sá Việt Nam là khả năng tiết kiệm năng lượng Khi gặp đèn đỏ hoặc trong tình trạng kẹt xe, xe lai không tiêu tốn công suất vô ích vì động cơ không hoạt động, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.

Xe lai chủ yếu nhằm hỗ trợ động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả, mặc dù không tiết kiệm nhiều nhiên liệu.

12 hơn Trong thời gian gần đây kỹ thuật động cơ đốt trong phát triển ít hơn so với kỹ thuật trên động cơ điện.

Cấu trúc, thành phần của hệ thống truyền lực và lưu trữ năng lượng

Về cơ bản có 3 loại cấu trúc truyền lực hybrid xăng điện khác nhau

Hệ thống truyền lực hybrid điện song song kết hợp động cơ đốt trong và motor điện, cho phép cả hai cung cấp mô-men xoắn cho bánh xe Khi động cơ hoạt động quá mức, nó tạo ra năng lượng động lớn hơn để di chuyển xe, trong khi khi hãm tái sinh, motor điện chuyển đổi thành máy phát để nạp lại nguồn năng lượng cho pin, ắc quy hoặc siêu tụ.

Hình 2.2: Hệ thống truyền lực hybrid kiểu song song [25]

Hệ thống truyền lực hybrid điện kiểu nối tiếp hoạt động bằng cách sử dụng động cơ để dẫn động một máy phát điện Công suất đầu ra của máy phát điện không chỉ được dùng để nạp pin mà còn cung cấp năng lượng cho motor điện Mô men xoắn sau đó được truyền đến các bánh xe thông qua motor điện này.

Hình 2.3: Hệ thống truyền lực hybrid kiểu nối tiếp [25]

Hệ thống truyền lực hybrid kiểu hỗn hợp, mặc dù có cấu trúc, thiết kế và chế tạo phức tạp cùng với chi phí cao, nhưng lại mang đến những ưu điểm vượt trội từ cả hai loại truyền lực truyền thống.

Hình 2.4: Hệ thống truyền lực hybrid kiểu hỗn hợp [26]

Xe hybrid dạng Plug-in-hybrid kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong, cho phép mở rộng phạm vi hoạt động nhờ vào máy phát Với động cơ điện và pin nhỏ, loại xe này giảm chi phí hệ thống và linh hoạt trong việc tối ưu hóa hiệu quả nhiên liệu trong nhiều điều kiện khác nhau.

2.2.2 Các thành phần của hệ thống truyền lực và lưu trữ năng lượng

Các thành phần chính của xe hybrid xăng điện bao gồm động cơ điện, động cơ đốt trong, hệ thống truyền lực, hệ thống lưu trữ năng lượng và bộ điều khiển phân phối công suất Nguồn công suất chính thường là động cơ đốt trong hoặc fuel cells, tùy thuộc vào yêu cầu về động lực học, tính năng lái, mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm Hiện nay, động cơ xăng là lựa chọn phổ biến nhất cho xe máy và xe hơi nhờ vào công suất riêng cao, hiệu suất tốt và dải tốc độ lớn.

Trong hệ thống truyền lực của xe hybrid, nguồn công suất thứ hai thường sử dụng hai loại motor phổ biến: motor điện một chiều không chổi than (BLDC) và motor điện xoay chiều cảm ứng Những loại motor này được ưa chuộng nhờ hiệu suất cao, yêu cầu bảo trì thấp và tuổi thọ dài Xu hướng thiết kế mới trong nguồn động lực điện cho xe hybrid hiện nay là tích hợp các động cơ điện này vào trong bánh xe, mang lại sự cải tiến về hiệu suất và tính năng.

Hệ thống truyền lực trên xe hybrid có các nhiệm vụ sau:

Chuyển đổi moment xoắn và tốc độ quay từ các nguồn động lực để đáp ứng công suất kéo theo yêu cầu của phương tiện

Cung cấp công suất để xe tiến và lùi

Phối hợp công suất của các nguồn động lực là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa kinh tế nhiên liệu và giảm lượng khí thải, đồng thời đáp ứng yêu cầu động lực học Hệ thống lưu trữ năng lượng, một trong những thành phần thiết yếu của xe hybrid, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của xe Các thiết bị lưu trữ năng lượng được đề xuất cho xe hybrid xăng điện bao gồm ắc quy kiềm, ắc quy chì-axit, siêu tụ, pin, bánh đà cao tốc, và hệ thống nén khí hoặc nén thủy lực Tuy nhiên, ắc quy chì-axit, pin Lithium-ion, và siêu tụ hiện đang là những nguồn lưu trữ điện năng phổ biến nhất trên xe hybrid Bộ điều khiển và phân phối công suất cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý hiệu quả năng lượng.

Bộ điều khiển và phân phối công suất là bộ não của xe hybrid, chịu trách nhiệm nhận diện tín hiệu từ cảm biến và người lái để xác định điều kiện hoạt động Từ đó, nó điều chỉnh phân phối công suất từ các nguồn động lực nhằm đáp ứng yêu cầu về hiệu suất động lực học, đồng thời đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Bộ điều khiển phân phối công suất hoạt động dựa trên thuật toán lập trình sẵn, cho phép điều chỉnh hiệu quả trong các chế độ làm việc khác nhau.

Chế độ động cơ đốt trong được áp dụng khi xe hoạt động trong vùng tối ưu về hiệu suất nhiệt, tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải Khi xe đạt đến tốc độ xác định theo đặc tính động cơ, động cơ sẽ khởi động Khi động cơ đạt số vòng quay tối ưu, động cơ điện sẽ ngắt, và xe sẽ được dẫn động hoàn toàn bằng động cơ đốt trong.

Chế độ động cơ điện được sử dụng khi xe khởi hành một mình, vận hành ở tốc độ thấp hoặc trong các khu vực hạn chế ô nhiễm như thành phố Đặc điểm của động cơ điện là có mô men xoắn lớn ở số vòng quay thấp, giúp tiết kiệm nhiên liệu, vì động cơ đốt trong tiêu tốn nhiều nhiên liệu ở tốc độ thấp Việc sử dụng động cơ điện không chỉ tiết kiệm nhiên liệu mà còn không phát sinh khí thải, góp phần bảo vệ môi trường.

Chế độ cả hai động cơ cùng dẫn động xe được sử dụng trong quá trình tăng tốc hoặc leo dốc, giúp tối ưu hóa hiệu suất Khi động cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu, động cơ điện sẽ được khởi động để bổ sung năng lượng Sự kết hợp công suất của cả hai động cơ cho phép xe tăng tốc mạnh mẽ hoặc vượt dốc dễ dàng Nhờ có động cơ điện, công suất cần thiết của động cơ đốt trong giảm xuống, đưa nó trở lại dải tối ưu.

Khi dung lượng lưu trữ (SOC) của nguồn điện giảm đến mức tối thiểu, xe sẽ dừng hoặc hoạt động ở mức tải thấp và trung bình Lúc này, động cơ đốt trong hoạt động kém hiệu quả, và công suất từ động cơ sẽ được chia thành hai nhánh: một nhánh truyền động cho bánh xe, nhánh còn lại kéo máy phát để nạp điện cho bộ nguồn Quá trình nạp lại sẽ tự động ngắt nếu tải của xe tăng, khiến động cơ đốt trong vượt quá vùng công suất tối ưu.

Chế độ phanh tái sinh cho phép xe thu hồi động năng khi thả dốc, giảm tốc độ hoặc phanh Khi đó, năng lượng được chuyển đổi thành điện năng thông qua máy phát hoặc động cơ điện hoạt động như máy phát, giúp nạp lại nguồn điện hoặc lưu trữ vào siêu tụ và pin Năng lượng này sau đó có thể được sử dụng để cung cấp công suất cho động cơ điện khi cần thiết.

Phương pháp cải tạo xe nền Honda Lead thành xe Honda Lead 110cc

Xe máy lai 02 bánh, được phát triển từ nền tảng Honda Lead 110cc, đã được nhóm nghiên cứu của Phạm Tuấn Anh trình bày trong một nghiên cứu trước đó.

2.3.1 Thông số xe Honda Lead nguyên bản

Thông số xe Honda Lead nguyên bản được thể hiện ở bảng dưới:

Bảng 2.1: Thông số của xe Honda Lead 110cc [28]

Tên sản phẩm HONDA LEAD 110

Trọng lượng bản thân 115 kg

Kích thước (Dài x Rộng x Cao) 1.835 mm x 670 mm x 1.125 mm

Khoảng cách trục bánh xe 1.275 mm

Khoảng cách gầm so với mặt đất 120 mm

Dung tích bình xăng 6,5 lít

Phuộc trước Ống lồng, lò xo trụ, giảm chấn thủy lực

Phuộc sau Lò xo trụ, giảm chấn thủy lực

Loại động cơ PGM-FI, Xăng, 4 kỳ, 1 xy-lanh, làm mát bằng dung dịch

Dung tích xi lanh 108 cm3 Đường kính x hành trình pít tông 50 mm x 55 mm

Công suất tối đa 6,4 kW / 7.500 vòng/phút

Cỡ lốp trước/sau Trước: 90/90-12

Mô men cực đại 9,2 N.m / 6.000 vòng/phút

Hệ thống ly hợp Ma sát khô

Dung tích nhớt máy 0,8 lít khi rã máy; 0,7 lít khi thay nhớt

Phanh trước / sau Phanh đĩa/ Phanh cơ

2.3.2 Yêu cầu thiết kế và phương án cải tạo xe

Tùy thuộc vào yêu cầu hoạt động, tính năng của xe nền, công nghệ phù hợp và giá thành, việc lựa chọn phương án cải tạo cần được thực hiện một cách hợp lý.

Xe sau cải tạo cần phải đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật sau:

Xe sau cải tạo cần phải giảm mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ nhiệt và giảm thiểu khí thải ô nhiễm, đồng thời vẫn phải đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật và hiệu suất hoạt động.

18 các tính năng động lực học như của xe trước cải tạo khi sử dụng trong điều kiện giao thông đường bộ tại Việt Nam

- Có kích thước phù hợp các tiêu chuẩn hiện hành quy định bởi luật giao thông đường bộ Việt Nam

Để đảm bảo hiệu quả trong việc cải tạo xe, cần hạn chế thay đổi kết cấu của xe nền Các xe cải tạo nên có kết cấu đơn giản, giá thành cải tạo phải thấp và phù hợp với trình độ công nghệ hiện có tại Việt Nam.

- Ít phải bảo trì, bảo dưỡng

Khi chỉ hoạt động với động cơ điện xe máy lai sau cải tạo phải đáp ứng:

- Xe có khả năng đạt được vận tốc 40 km/h trong điều kiện đường bằng, đầy tải (02 người), và hệ số cản lăn f=0,018

- Ở chế độ hoạt động ở dải vận tốc thấp, xe có khả năng leo được góc dốc 2%

Xe cải tạo có khả năng hoạt động liên tục, di chuyển ít nhất 40 km trong điều kiện giao thông đô thị Việt Nam mà không cần sạc lại ắc quy Phương án cải tạo xe giúp nâng cao hiệu suất và tính năng sử dụng, đáp ứng nhu cầu di chuyển trong thành phố một cách hiệu quả.

Xe Honda Lead 110cc được thiết kế với kết cấu truyền động mà trục bánh xe sau quay cùng cụm bánh xe, nhằm giảm thiểu thay đổi cấu trúc và giá thành trong quá trình cải tạo Hệ thống truyền lực của động cơ đốt trong 110cc giữ nguyên bộ truyền vô cấp dẫn động bánh sau Để tích hợp cho xe máy hybrid, động cơ điện một chiều không chổi than BLDC Hub Motor được lựa chọn do tính tiện lợi trong không gian hạn chế Động cơ BLW-16B của Leaf Motor Technology Co Ltd với công suất 1000W được lắp đặt trực tiếp tại bánh trước.

Bộ lưu trữ nguồn điện được cấu thành từ bốn ắc quy CSB-EVX12300 [30] 12V 30Ah, được mắc nối tiếp và đặt trong hộc chứa đồ của xe, tạo ra khối lượng lớn Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát và phân tích hiệu suất của hệ thống này.

19 đã thay bằng pin Lithium-ion [31] để đạt được hiệu quả cao hơn

Hình 2.5: Đặc tính phóng 1h của cell

Hình 2.6: Đặc tính phóng 5h của cell

Hình 2.7: Đặc tính phóng 10h của cell

Hình 2.8: Đặc tính xả của bộ nguồn 48V-33Ah

Hình 2.9: Đặc tính nạp CC-CV

Hình 2.10: Đặc tính tuổi thọ của bộ nguồn

Bộ pin hoàn chỉnh có khối lượng 10,84kg và kích thước 308 x 183 x 144 mm (Dài x Rộng x Cao), thể tích 8,11 lit bao gồm cả vỏ hộp

Hệ thống hybrid song song với hai bánh được dẫn động bởi hai nguồn động lực độc lập đã được chọn làm phương án thiết kế để cải tạo xe Honda Lead 110cc thành xe máy hybrid.

Hình 2.11: Bố trí các thiết bị lắp trên xe Honda Lead 110cc cải tạo

Hình 2.12: Cấu trúc của xe hybrid sau khi cải tạo [27]

2.3.3 Thông số của xe sau cải tạo

Các thông số cơ bản của xe sau cải tạo được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.2: Thông số của xe Honda Lead hybrid sau cải tạo

Thông số Xe Honda Lead

Xe Honda Lead có phanh tái sinh

Chiều dài cơ sở (mm) 1274 1225 1225

Bán kính bánh xe trước 234,3 mm 203 mm 203 mm

Bán kính bánh xe sau 217 mm 217 mm 217 mm

Hệ thống phanh bánh trước

Hệ thống phanh bánh sau

Dung tích bình xăng 6,5 l 6,5 l 6,5 l Động cơ

4 kỳ, 1 xy lanh, làm mát bằng dung dịch

4 kỳ, 1 xy lanh, làm mát bằng dung dịch

PGM – FI, xăng, 4 kỳ, 1 xy lanh, làm mát bằng dung dịch Đường kính piston 50 mm 50 mm 50 mm

Hành trình piston 55 mm 55 mm 55 mm

Dung tích xy lanh 108 cm3 108 cm3 108 cm3

Công suất cực đại 6,4 kW tại 7500 rpm

7500 rpm Moment cực đại 9,2 Nm tại 6000 9,2 Nm tại 6000 9,2 Nm tại

Hệ thống ly hợp Ma sát khô Ma sát khô Ma sát khô

Hệ thống khởi động Điện Điện Điện

Hệ thống cung cấp điện

Máy phát xoay chiều 3 pha 220

Máy phát xoay chiều 3 pha

220 W tại 5000 rpm Động cơ điện

Loại động cơ điện Động cơ BLDC đặt trong bánh xe trước Động cơ BLDC tích hợp máy phát đặt trong bánh xe trước

Công suất cực đại 1037,72 W/497 rpm

Moment cực đại 24,09 Nm 24,09 Nm Điện áp định mức 48 V 48 V

Ly hợp khô, kiểu ly hợp ly tâm tự động

Ly hợp khô, kiểu ly hợp ly tâm tự động

Ly hợp khô, kiểu ly hợp ly tâm tự động

Tỉ số truyền hộp số

Tỉ số truyền truyền lực cuối cùng 9,432 9,432 9,432

Hệ thống lưu trữ năng lượng Loại ắc quy Ắc quy chì – acid

Số lượng 4 ắc quy mắc nối tiếp

Nguồn điện sạc ắc quy

Máy phát 250W (HEM) hoặc lưới điện dân dụng (PHEV) lưới điện dân dụng (PHEV)

2.4 Cơ sở lý thuyết về phanh tái sinh và các phương pháp lưu trữ năng lượng phanh tái sinh

2.4.1 Công dụng, yêu cầu, phần loại phanh a Khái niệm quá trình phanh

Quá trình phanh là việc sử dụng ngoại lực để tạo ra lực cản cho hệ thống truyền lực của xe, giúp kiểm soát tốc độ giảm dần cho đến khi xe dừng hẳn.

Cơ cấu hệ thống nhằm tạo ra và điều khiển lực cản đó gọi là hệ thống phanh b Công dụng của hệ thống phanh

- Dùng để giảm tốc độ của xe cho đến một tốc độ nào đó hoặc dừng hẳn

- Giữ cố định xe khi dừng xe trong thời gian dài

- Giữ cho xe đứng yên khi dừng xe trên dốc

Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho xe khi di chuyển ở tốc độ cao, giúp lái xe điều chỉnh tốc độ phù hợp với điều kiện di chuyển Điều này không chỉ nâng cao khả năng kiểm soát mà còn cải thiện vận tốc trung bình của xe.

Hệ thống phanh cần đảm bảo chất lượng phanh tốt, tuổi thọ và độ tin cậy cao Việc phân bố mô men trên các bánh xe phải tối ưu để tận dụng triệt để trọng lượng bám khi phanh, bất kể cường độ phanh là như thế nào.

- Mô men phanh phải đủ lớn nhưng kích thước nhỏ gọn;

- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột, đảm bảo gia tốc phanh cực đại, thời gian phanh cực tiểu

- Quá trình phanh êm, không xảy ra hiện tượng tự phanh;

- Dẫn động điều khiển phanh phải nhẹ nhàng

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- Có khả năng dừng xe trong thời gian dài

- Thời gian tác động nhỏ d Phân loại phanh

- Phân loại theo công dụng:

+ Phanh dừng: dùng để giảm tốc độ hoặc dừng xe

+ Phanh đỗ: dùng để đỗ xe trong thời gian dài hoặc dừng xe trên dốc

- Phân loại theo vị trí bố trí

+ Cơ cấu phanh bố trí ở bánh xe: các phanh chính

+ Cơ cấu phanh bố trí ở trục truyền: phanh tay

+ Cơ cấu phanh bố trí ở cơ cấu chuyển hướng: các loại xe xích

- Phân loại theo kết cấu

- Phân loại theo phần tử trợ lực

+ Phanh trợ lực chân không

+ Phanh trợ lực khí nén

+ Phanh không có trợ lực

- Phân loại theo dẫn động phanh

+ Phanh dẫn động cơ khí

+ Phanh dẫn động thủy lực

+ Phanh dẫn đông khí nén

+ Phanh dẫn động thủy – khí (khí nén kết hợp thủy lực)

Khi điều khiển phương tiện giao thông, người lái có thể gặp phải những tình huống bất ngờ như người đi bộ xuất hiện sau vật cản, đường hẹp lại, hoặc các phương tiện quá khổ đi ngược chiều Những hiện tượng này yêu cầu người lái phải phanh xe kịp thời để đảm bảo an toàn Quá trình phanh xe được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau.

Mức độ chú ý và kinh nghiệm của mỗi người ảnh hưởng đến nhận thức về sự nguy hiểm bất ngờ, dẫn đến sự khác biệt trong cảm nhận về tính chất và thời gian phản ứng Trong giai đoạn đầu, khoảng 0,2 giây, cơ thể người lái xe chưa có phản ứng, và phương tiện vẫn hoạt động bình thường.

Giai đoạn nhận thức, hay còn gọi là giai đoạn phản xạ, là thời điểm mà người tham gia giao thông nhận ra một nguy cơ hoặc hiện tượng bất thường có thể gây nguy hiểm cho bản thân hoặc người khác Giai đoạn phản xạ này thường diễn ra qua ba bước khác nhau.

Giai đoạn 1 của phản xạ phòng tránh tai nạn bắt đầu khi người điều khiển phương tiện nhận thức được nguy hiểm Trong khoảng thời gian 0,6 giây, thần kinh trung ương chỉ đạo các cơ bắp thực hiện các động tác như kêu la, đạp phanh hoặc đánh lái Tổng thời gian từ khi nhận thức đến khi thực hiện các biện pháp phanh là khoảng 0,8 giây, trong khi hoạt động của phương tiện vẫn diễn ra bình thường.

Giới thiệu cụm motor điện BLBC

2.5.1 Cấu tạo động cơ BLDC Động cơ BLDC có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự động cơ DC có chổi than, nhưng chức năng của rotor và stator được đảo ngược

Hình 2.24: Cấu tạo động cơ Hub-BLDC [31]

Cấu tạo chính của động cơ BLDC gồm: Rotor, stator, cảm biến vị trí rotor

- Rotor được tạo thành từ một bộ nam châm vĩnh cửu, thường là 3 nam châm với 6 cực từ xem kẽ nhau

Stator là một nam châm điện có thể điều khiển, với mỗi cực từ được tạo thành từ một cuộn dây quấn trên lõi thép từ Số lượng cực từ của stator tương ứng với số cực từ của rotor Độ lớn và chiều của dòng điện trong các cuộn dây có thể được điều chỉnh thông qua Transistor công suất hoặc Mosfet, nhờ vào một bộ điều khiển điện tử Các cuộn dây của stator được kết nối với nhau thành mạch điện ba pha hình sao.

- Cảm biến vị trí rotor thường dùng 3 cảm biến Hall đặt trên stator lệch nhau

Giá trị điện áp của các cảm biến sẽ khác nhau tùy thuộc vào vị trí của rotor, có thể nằm trong (trục quay) hoặc nằm ngoài (vỏ quay như Hub-BLDC) do các nhà sản xuất thiết kế theo mục đích sử dụng.

Động cơ BLDC loại bỏ chổi than và cổ góp, giúp ngăn chặn sự hình thành tia lửa điện Tia lửa này không chỉ làm giảm tuổi thọ động cơ mà còn gây ra nhiễu điện từ, ảnh hưởng tiêu cực đến các hệ thống điều khiển điện tử.

2.5.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC

Khi cung cấp điện cho cuộn dây stator, một từ trường được hình thành trong lõi thép của stator Phương của từ trường sẽ thay đổi tùy thuộc vào cuộn dây được cấp điện và chiều dòng điện.

Hình 2.25: Từ trường tạo ra trên stator [31]

Từ trường của stator tác động lên từ trường nam châm vĩnh cửu trên rotor tạo nên một lực từ làm rotor quay

Hình 2.26: Lực từ trong động cơ BLDC [31]

Để động cơ BLDC hoạt động liên tục, từ trường trong stator cần phải thay đổi liên tục Điều này đồng nghĩa với việc chiều dòng điện trong các cuộn dây cũng phải được điều chỉnh liên tục.

Động cơ DC có chổi than yêu cầu thay đổi chiều dòng điện qua chổi than và cổ góp, trong khi động cơ BLDC sử dụng mạch điều khiển điện tử để thực hiện sự thay đổi này.

2.5.3 Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC

Để rotor quay liên tục theo chiều thuận hoặc ngược, stator cần tạo ra một từ trường quay tương ứng Khi các cuộn dây có chiều dòng điện khác nhau, từ trường cũng sẽ khác nhau Các cuộn dây pha được đặt lệch nhau 120 độ, do đó, tổng hợp từ trường của các cuộn dây sẽ tạo ra từ trường tổng theo quy tắc hình bình hành Để tạo ra từ trường quay, chỉ cần điều khiển đóng ngắt và/hoặc đảo chiều dòng điện qua các cuộn dây theo nguyên lý 6 bước.

Hình 2.27: Nguyên lý tạo từ trường quay 6 bước trong động cơ BLDC [37]

Ba cảm biến Hall Ha, Hb, Hc được bố trí lệch nhau 120 độ nhằm xác định vị trí rotor bằng cách thay đổi mức logic khi gần cực bắc hoặc cực nam của nam châm vĩnh cửu Tín hiệu từ ba cảm biến Hall tạo thành một dãy số nhị phân 3 bit với 8 giá trị từ 000 đến 111 Tuy nhiên, do cách bố trí cảm biến và các cực từ của rotor, không có giá trị nào là 000 và 111, nên tín hiệu trả về chỉ có 6 giá trị từ 001 đến 110.

Hình 2.28: Giá trị trả về của cảm biến Hall ở các vị trí [37]

Trong bất kỳ trạng thái nào, dòng điện tại một cực luôn bằng không, với một cực nhận dòng vào và một cực nhận dòng ra Để rotor quay liên tục, cần đảo trạng thái dòng điện ngay khi cảm biến Hall thay đổi giá trị theo thứ tự: AC → BC → BA → CA → CB → AB → AC.

Giá trị dòng điện của các pha theo tín hiệu trả về của cảm biến Hall Được thế hiện như sau:

Bảng 2.7: Số liệu so sánh công suất phanh tái sinh và tổng công suất phanh

52 Để điều khiển động cơ BLDC quay theo chiều ngược lại, chỉ cần đảo dấu của dòng điện ở các trạng thái tương ứng của bảng 2.7

Động cơ BLDC sử dụng nam châm vĩnh cửu, cho phép hoạt động thuận nghịch Khi hoạt động ở chế độ máy phát, nguyên lý hoạt động của nó tương tự như máy phát xoay chiều.

Ba pha nam châm vĩnh cửu có khả năng thu hồi năng lượng điện phát ra Để chuyển đổi dòng điện này thành dòng một chiều phục vụ việc sạc pin, chỉ cần sử dụng bộ chỉnh lưu với sáu diode.

Lựa chọn mô hình mô phỏng

Chu kỳ thử nghiệm ECE + EUDC, hay còn gọi là chu kỳ MVEG-A, được áp dụng tại thị trường châu Âu (EU) để kiểm tra khí thải và mức tiêu thụ nhiên liệu của các phương tiện vận tải hạng nhẹ theo chỉ thị EEC 90/C81/01 Thử nghiệm được thực hiện trên một hệ thống khung gầm, bao gồm bốn phân đoạn ECE lặp lại liên tục Trước khi tiến hành thử nghiệm, xe cần được chuẩn bị trong ít nhất 6 giờ ở nhiệt độ từ 20-30°C, sau đó khởi động lại và nghỉ trong 40 giây.

Bắt đầu từ năm 2000, thời gian nghỉ đã được loại bỏ, tức là, động cơ bắt đầu từ

0 giây và việc lấy mẫu phát thải bắt đầu cùng một lúc Quy trình khởi động nguội

53 được sửa đổi này được gọi là Chu kỳ lái xe châu Âu mới New European Driving

Cycle (NEDC) hoặc là chu trình thử nghiệm MVEG-B

Thử nghiệm đầy đủ bắt đầu với bốn lần lặp lại của chu trình ECE, hay còn gọi là UDC, được thiết kế để mô phỏng điều kiện lái xe trong thành phố như Paris hoặc Rome Chu trình này đặc trưng bởi tốc độ xe thấp, tải động cơ thấp và nhiệt độ khí thải thấp, giúp đánh giá hiệu suất xe trong môi trường đô thị.

Chu trình ECE-R15 được lựa chọn để mô phỏng vì nó phù hợp với các điều kiện xuyên suốt của đề tài.

- Vận tốc tối đa theo chu trình là 50,4 km/h phù hợp với tốc độ tối đa cho phép tại Thành phố Hồ Chí Minh là 50 km/h

Chu trình hoạt động của phương tiện tại Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay chủ yếu là tăng tốc và giảm tốc liên tục, phù hợp với điều kiện giao thông đô thị nơi đây.

Trên thị trường giao thông Châu Âu, xe điện ngày càng trở nên phổ biến Nghiên cứu và mô phỏng chu trình ECE-R15 đã cho thấy nhiều kết quả khả quan Vì vậy, việc áp dụng chu trình này vào nghiên cứu của đề tài này là hoàn toàn hợp lý.

Cơ sở lý thuyết về mô hình hóa và mô phỏng

2.7.1 Khái niệm và vai trò của mô hình hóa và mô phỏng hệ thống a Các khái niệm

Mô hình hóa là quá trình thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình để thu thập thông tin quan trọng thông qua các thí nghiệm Khi các quá trình trong mô hình đồng nhất với đối tượng gốc theo các chỉ tiêu định trước, mô hình được coi là đồng nhất với đối tượng Điều này cho phép thực hiện các thí nghiệm trên mô hình nhằm thu nhận thông tin về đối tượng một cách hiệu quả.

Mô hình là một sơ đồ thể hiện đối tượng, giúp con người nghiên cứu và thực nghiệm để khám phá quy luật hoạt động của đối tượng đó Nói cách khác, mô hình đóng vai trò như một đối tượng thay thế, phục vụ cho việc nghiên cứu sâu hơn về đối tượng gốc.

Đối tượng bao gồm tất cả các sự vật và sự kiện liên quan đến hoạt động của con người Hệ thống được định nghĩa là tập hợp các đối tượng và sự kiện có mối quan hệ nhất định với nhau Trạng thái của hệ thống phản ánh tập hợp các tham số và biến số dùng để mô tả hệ thống tại một thời điểm và trong những điều kiện cụ thể.

Mô phỏng là quá trình tạo ra mô hình toán học cho một hệ thống thực, cho phép thực hiện các phép tính thực nghiệm nhằm mô tả, giải thích và dự đoán hành vi của hệ thống đó Vai trò của mô hình hóa và mô phỏng rất quan trọng trong việc hiểu rõ các hiện tượng phức tạp và hỗ trợ ra quyết định hiệu quả.

Nghiên cứu hệ thống có thể thực hiện ngay cả khi hệ thống thực chưa được xây dựng, trong đó việc sử dụng mô hình là giải pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật Điều này giúp lựa chọn cấu trúc và thông số tối ưu cho hệ thống một cách hiệu quả.

Việc quan sát, phân tích và đánh giá mức độ đáp ứng của hệ thống khi thay đổi tham số đầu vào, cấu trúc hệ thống và tín hiệu điều khiển là rất quan trọng Những dữ liệu thu thập được sẽ giúp thiết kế hệ thống và lựa chọn các thông số tối ưu, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Trong những trường hợp nghiên cứu trên hệ thống thực gặp khó khăn do chi phí cao, thời gian dài hoặc không thể thực hiện thí nghiệm, phương pháp mô hình hóa và mô phỏng hệ thống trở thành giải pháp hiệu quả.

2.7.2 Phân loại mô hình hóa

Trong phương pháp mô hình hóa thì mô hình phải đạt được hai tính chất cơ bản sau:

- Tính đồng nhất: mô hình phải đồng nhất với đối tượng mà nó thay thế trong hệ thống theo những tiêu chuẩn định trước

- Tính thực dụng: Sử dụng mô hình phải nghiên cứu được các thuộc tính cần nghiên cứu của đối tượng

Để tăng tính đồng nhất cho mô hình, cần đưa vào nhiều yếu tố phản ánh đầy đủ các thuộc tính của đối tượng Tuy nhiên, điều này có thể làm cho mô hình trở nên quá phức tạp, thậm chí không thể tính toán được, từ đó mất đi tính thực dụng Ngược lại, nếu quá chú trọng vào tính thực dụng và xây dựng mô hình quá đơn giản, sẽ dẫn đến sai lệch lớn giữa mô hình và đối tượng thực, gây ra kết quả nghiên cứu không chính xác.

Vì vậy, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà người ta lựa chọn tính đồng nhất và tính thực dụng của mô hình một cách thích hợp

Trong nghiên cứu, mô hình hóa được chia làm hai phương pháp điển hình là mô hình vật lý và mô hình toán học a Mô hình vật lý

Mô hình vật lý là loại mô hình được xây dựng từ các phần tử vật lý, phản ánh các định luật vật lý trong cấu trúc của nó Có hai loại mô hình vật lý: mô hình thu nhỏ, có kích thước nhỏ hơn nhưng giống đối tượng thực, và mô hình tương tự, được tạo ra từ các phần tử khác nhưng mô phỏng các quá trình tương đương của đối tượng thực.

Mô hình toán học là một dạng mô hình trừu tượng, trong đó các thuộc tính được thể hiện qua các biểu thức và phương trình toán học Mô hình này được phân loại thành hai loại chính: mô hình giải tích và mô hình số.

Mô hình giải tích được hình thành từ các biểu thức giải tích, mang lại lợi ích rõ ràng và tổng quát cho người sử dụng Tuy nhiên, mô hình này cũng tồn tại nhược điểm nhất định.

Mô hình 56 thường yêu cầu chấp nhận những giả thiết đơn giản hóa để biểu diễn đối tượng thực bằng các biểu thức giải tích Do đó, loại mô hình này chủ yếu được áp dụng cho các hệ thống tiền định và tuyến tính.

Mô hình số được xây dựng bằng các chương trình chạy trên máy tính và hiện nay, nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và công nghệ thông tin, các mô hình số có khả năng mô phỏng quá trình hoạt động của đối tượng thực đã ra đời Những mô hình này, được gọi là mô hình mô phỏng, có ưu điểm nổi bật trong việc mô tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối tượng thực, giúp chúng gần gũi hơn với thực tế và cho kết quả mô phỏng sát với thực nghiệm.

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự ra đời của nhiều máy tính có khả năng xử lý các bài toán phức tạp nhanh chóng, giúp tiết kiệm thời gian và công sức so với tính toán thủ công Do đó, mô hình mô phỏng đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Phương pháp mô phỏng được ứng dụng vào nhiều giai đoạn khác nhau của việc nghiên cứu, thiết kế và vận hành hệ thống:

Giai đoạn nghiên cứu là bước quan trọng nhằm tính toán và đánh giá các thuộc tính của hệ thống trước khi thiết kế, giúp xác định khả năng của hệ thống trong việc thích ứng với những thay đổi về cấu trúc và tham số.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG LAI CÓ TÍNH ĐẾN PHANH TÁI

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ ĐIỆN BLDC THÀNH MÁY PHÁT