CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯỢNG NHIÊN LIỆU TIÊU THỤ CỦA XE HYBRID
3.3. Thí nghiệm xác định hàm tham số mô hình
3.3.5. Tính toán hiệu suất động cơ đốt trong
Dữ liệu vận hành từ 32 lần thí nghiệm tiếp tục được dùng để tính toán bộ tham số hiệu suất ĐCĐT ứng với bộ thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội. Với từng lần thí nghiệm, hệ số này được xác định theo quy trình 03 bước:
- Bước 1: Tính toán năng lượng đầu ra ĐCĐT.
Tiếp tục lấy ví dụ với quá trình lọc dữ liệu vận hành của xe trên chu trình nội đô thấp điểm ở Hình 3.12 và 3.13. Năng lượng đầu ra ĐCĐT được tính bằng cách tích phân công suất ĐCĐT.
- Bước 2: Tính toán năng lượng đầu vào ĐCĐT.
Tiếp tục áp dụng cho chu trình nội đô thấp điểm trên Hình 3.12 và 3.13.
Năng lượng đầu vào ĐCĐT được tính quy đổi từ nhiên liệu tiêu thụ của xe sang năng lượng tương đương bởi hệ số λ [44].
- Bước 3: Sau khi có kết quả ở hai bước trên, hiệu suất ĐCĐT trong một lần chạy thí nghiệm sẽ được xác định theo công thức 2.21.
Dữ liệu xử lý để tính toán hiệu suất ĐCĐT cho chu trình nội đô thấp điểm nêu trên được thể hiện trên Hình 3.25.
90
v (km/h)
Hình 3.25. Dữ liệu được xử lý để tính hiệu suât động cơ đốt trong trên chu trình nội đô thấp điểm
91
Quy trình 03 bước trên áp dụng để xác định 01 giá trị hiệu suất ĐCĐT ứng với 01 bộ thông số đặc trưng điều kiện giao thông khu vực (𝑣𝑎𝑣𝑔, 𝑣𝑟𝑚𝑐, ã) cho một lần chạy thí nghiệm. Thực hiện việc này 32 lần, thu được bảng giá trị kết quả như trên Bảng 3.14.
Bảng 3.14. Kết quả hiệu suất ĐCĐT của 32 lần thí nghiệm
Lần 𝑣𝑎𝑣𝑔
(m/s) 𝑣𝑟𝑚𝑐
(m/s)
ã (m/s2) 𝜂𝑒(%)
1 28,96 29,27 0,055 33,00
2 21,95 22,63 0,099 37,41
3 22,64 23,57 0,082 31,14
4 20,79 22,78 0,083 35,17
5 13,96 14,11 0,082 34,06
6 14,58 17,28 0,089 34,08
7 4,67 6,11 0,128 29,60
8 4,28 6,28 0,154 29,58
9 4,31 6,70 0,170 28,20
10 4,69 6,20 0,125 28,73
11 5,29 6,84 0,143 30,00
12 4,48 5,98 0,113 29,30
13 3,38 4,75 0,155 28,15
14 4,16 5,51 0,170 30,29
15 3,97 5,23 0,171 29,16
16 3,84 5,00 0,140 27,92
17 2,26 4,20 0,101 25,88
18 3,32 5,98 0,093 26,88
19 2,68 4,71 0,106 26,65
20 3,98 7,01 0,122 27,64
21 3,15 5,26 0,123 28,00
22 4,58 7,70 0,107 27,76
23 3,42 7,12 0,119 27,92
24 3,16 6,57 0,111 27,47
25 4,46 7,56 0,117 27,64
26 3,54 6,74 0,110 27,17
27 3,52 6,45 0,114 28,39
28 3,45 6,80 0,108 26,05
29 3,17 6,19 0,107 25,98
30 3,27 6,79 0,114 25,98
31 4,20 7,46 0,098 28,53
32 4,00 7,04 0,113 27,42
Dữ liệu về hiệu suất ĐCĐT từ 32 lần thí nghiệm, liên quan đến các thông số đặc trưng của điều kiện giao thông, được biểu diễn trên biểu đồ 3D nhằm xác định các phân vùng nổi bật. Kết quả cho thấy sự phân bố của hệ số tái tạo năng lượng liền mạch, không bị phân chia theo dải vận tốc trung bình. Hệ số này chủ yếu chịu ảnh hưởng của vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã). Điều này phù hợp với thực tế, vì hiệu suất ĐCĐT thường được xác định thông qua tốc độ vòng tua ĐCĐT,
92
mà tốc độ vòng tua ĐCĐT ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc trung bình của xe (𝑣𝑎𝑣𝑔). Việc xe huy động công suất ĐCĐT nhanh hay chậm cũng được biểu hiện qua gia tốc xe. Mối quan hệ giữa hiệu suất ĐCĐT và hai thông số đặc trưng được thể hiện qua biểu đồ 3D và đường đồng mức trên Hình 3.26.
Hình 3.26. Quan hệ giữa hiệu suất ĐCĐT và thông số đặc trưng
Khi xem xét mối quan hệ với vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã), các vùng dữ liệu thí nghiệm trống bắt đầu xuất hiện trên biểu đồ, bao gồm:
vùng (𝑣𝑎𝑣𝑔 < 20 m/s, ã < 0,08 m/s2) và (𝑣𝑎𝑣𝑔 > 10 m/s, ã > 0,1 m/s2). Vùng (𝑣𝑎𝑣𝑔
< 20 m/s, ã < 0,08 m/s2) trống dữ liệu vì điều kiện giao thông Hà Nội đòi hỏi người lái thường xuyên phải xử lý tình huống giao thông phức tạp, nên rất khó xảy ra trường hợp xe di chuyển với vận tốc thấp (tức là 𝑣𝑎𝑣𝑔 thấp) mà ít tăng giảm ga (tức là ã thấp). Vùng (𝑣𝑎𝑣𝑔 > 10 m/s, ã > 0,1 m/s2) trống dữ liệu vì trong thực tế vận hành của xe trong điều kiện giao thông Hà Nội, ít có trường hợp nào mà người lái thường xuyên tăng giảm ga liên tục với cường độ cao ở vận tốc lớn.
Kết quả thể hiện trên Hình 3.26 phù hợp với thực tế chuyển động của xe hybrid và các nghiên cứu trước đó về hiệu suất ĐCĐT trên xe hybrid [57]. Cụ thể,
Goodness of fit:
SSE: 25,87 R-square: 0,9486
Adjusted R-square: 0,9405 RMSE: 0,8991
93 𝜂𝑒 thường
94
nằm trong khoảng từ 20-40%, đồng thời nếu 𝑣𝑎𝑣𝑔 và ã tăng thì 𝜂𝑒 tăng. Điều này cho thấy với điều kiện giao thông khu vực mà ĐCĐT thường xuyên hoạt động ở vòng tua cao và người lái tác động thường xuyên lên bàn đạp ga/bàn đạp phanh, thì xe hybrid có ĐCĐT đạt hiệu suất cao hơn. Bên cạnh đó, kết quả trên Hình 3.26 có thể được giải thích thông qua kết quả về tỷ lệ thời gian ĐCĐT hoạt động ở vòng tua hiệu quả như sau:
- Theo nghiên cứu của Toyota [58], ĐCĐT chạy chu trình Atkinson trên xe hybrid khi hoạt động tại 1000-2500 vòng/phút sẽ đạt hiệu suất và hiệu quả nhiên liệu cao, như mô tả trên Hình 3.27.
Hình 3.27. Đường đặc tính ĐCĐT chạy chu trình Atkinson trên xe hybrid [58]
- Hình 3.28 mô tả mối quan hệ giữa thời gian ĐCĐT hoạt động ở vòng tua 1000-2500 vòng/phút sau mỗi lần thí nghiệm. Từng chấm đen trên đồ thị là kết quả của mỗi lần thí nghiệm trên một kịch bản lộ trình bất kỳ. Kết quả thí nghiệm tại Hình
3.28 cho thấy hầu hết thời gian ĐCĐT hoạt động ở vòng tua từ 1000-2500 vòng/phút trong các lần thí nghiệm. Lần thí nghiệm có vận tốc trung bình càng cao và gia tốc đặc trưng càng thấp thì tỷ lệ này càng tăng, chứng minh rằng nếu xe thường xuyên duy trì vận tốc cao và ít thay đổi vận tốc thì ĐCĐT hoạt động càng hiệu quả.
0.2 0.1 0.15
ã (m/s2) 0.05
0 100 80 60 40 20 0
40 20 30
vavg (m/s) 10
0 100 80 60 40 20 0
Thời gian ĐCĐT ở vòng tua 1000-2500 vòng/phút (%) Thời gian ĐCĐT ở vòng tua 1000-2500 vòng/phút (%)
95
Hình 3.28. Quan hệ giữa thông số đặc trưng điều kiện giao thông và thời gian ĐCĐT hoạt động ở vòng tua hiệu quả
96
Như vậy, ĐCĐT trên xe hybrid thường xuyên hoạt động ở hiệu suất cao, nên kết quả hiệu suất ĐCĐT thường trong dải từ 26-36% như trên Hình 3.26 là phù hợp.
Từ kết quả thực nghiệm trong Bảng 3.14, sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến [47], hiệu suất ĐCĐT được biểu diễn dưới dạng một hàm phụ thuộc vào hai thông số đặc trưng như sau:
𝜂𝑒 = 𝑝00 + 𝑝10. ã + 𝑝01. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝20. ã2 + 𝑝11. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔 +
𝑝02. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 (3.7)
Trong đó giá trị các hệ số như sau:
𝑝00 = 24,12 𝑝10 = -24,51
𝑝01 = 1,163 𝑝11 = 1,019
𝑝20 = 149 𝑝02 = -0,03067
Phương trình 3.7 sẽ là hàm tham số 𝜂𝑒 cho mô hình áp dụng trên xe hybrid điện hỗn hợp di chuyển trong điều kiện giao thông Hà Nội.