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
3.3.4. Tính toán hệ số tái tạo năng lượng
Dữ liệu vận hành từ 32 lần thí nghiệm được sử dụng để tính toán bộ tham số hệ số tái tạo năng lượng tương 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 tái tạo trên 01 chu trình (𝐸𝑡𝑡).
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. Để tính toán năng lượng tái tạo, dựa trên định nghĩa hệ số tái tạo năng lượng ở Chương 2, cần xác định các điều kiện hoạt động của xe có sinh ra năng lượng tái tạo và bóc tách các dữ liệu liên quan. Theo phân tích chế độ làm việc ở Chương 2, xe hybrid chỉ tái tạo năng lượng khi xe giảm tốc, mô-tơ MG2 sinh công suất âm và động cơ đốt trong (ĐCĐT) tắt hoàn toàn. Do đó, các dữ liệu vận hành thỏa mãn điều kiện này (mô-tơ MG2 có công suất âm, xe giảm tốc và vòng tua ĐCĐT bằng không) trong Hình 3.12 và 3.13 sẽ được giữ lại. Từ đó, năng lượng tái tạo trong một chu trình sẽ được tính bằng tích phân theo công thức 2.19. Dữ liệu xử lý để tính toán năng lượng tái tạo được trình bày trên Hình 3.22.
- Bước 2: Tính toán năng lượng phanh cần thiết trên 01 chu trình (𝐸𝑝).
Tiếp tục với quá trình xử lý dữ liệu trên chu trình nội đô thấp điểm ở Hình 3.12 và 3.13. Để tính toán năng lượng phanh yêu cầu, dựa trên định nghĩa quá trình phanh ở Chương 2, cần xác định các điều kiện hoạt động của xe khi có nhu cầu phanh và lọc ra các dữ liệu liên quan. Theo đó, khi xe giảm tốc và công suất quán tính vượt quá công suất cản tổng cộng, hệ thống phanh sẽ bắt đầu hoạt động. Do đó, các dữ liệu vận hành đáp ứng điều kiện này (xe giảm tốc và công suất quán tính lớn hơn công suất cản tổng cộng) được giữ lại. Từ các dữ liệu này, năng lượng phanh yêu cầu trong một chu trình sẽ được tính bằng tích phân theo công thức 2.18. Dữ liệu xử lý để tính toán năng lượng phanh được trình bày trên Hình 3.23.
- Bước 3: Sau khi tính toán được năng lượng tái tạo và năng lượng phanh ở hai bước trên, hệ số tái tạo năng lượng trong một lần chạy thí nghiệm sẽ được xác định theo công thức 2.20.
85
v (km/h)
Hình 3.22. Dữ liệu được xử lý để tính năng lượng phanh tái tạo trên chu trình nội đô thấp điểm
86
v (km/h)
Hình 3.23. Dữ liệu được xử lý để tính năng lượng phanh yêu cầu trên chu trình nội đô thấp điểm
87
Quy trình 03 bước trên áp dụng để xác định 01 giá trị hệ số tái tạo năng lượng 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 3.13.
Bảng 3.13. Kết quả hệ số tái tạo năng lượng của 32 lần thí nghiệm
Lần 𝑣𝑎𝑣𝑔
(m/s) 𝑣𝑟𝑚𝑐
(m/s)
ã (m/s2) 𝑘𝑡𝑡
1 28,96 29,27 0,055 0,907
2 21,95 22,63 0,099 0,934
3 22,64 23,57 0,082 0,998
4 20,79 22,78 0,083 0,939
5 13,96 14,11 0,082 0,863
6 14,58 17,28 0,089 0,916
7 4,67 6,11 0,128 0,746
8 4,28 6,28 0,154 0,785
9 4,31 6,70 0,170 0,817
10 4,69 6,20 0,125 0,757
11 5,29 6,84 0,143 0,729
12 4,48 5,98 0,113 0,779
13 3,38 4,75 0,155 0,664
14 4,16 5,51 0,170 0,704
15 3,97 5,23 0,171 0,751
16 3,84 5,00 0,140 0,662
17 2,26 4,20 0,101 0,650
18 3,32 5,98 0,093 0,665
19 2,68 4,71 0,106 0,787
20 3,98 7,01 0,122 0,702
21 3,15 5,26 0,123 0,712
22 4,58 7,70 0,107 0,794
23 3,42 7,12 0,119 0,794
24 3,16 6,57 0,111 0,794
25 4,46 7,56 0,117 0,743
26 3,54 6,74 0,110 0,720
27 3,52 6,45 0,114 0,685
28 3,45 6,80 0,108 0,686
29 3,17 6,19 0,107 0,718
30 3,27 6,79 0,114 0,737
31 4,20 7,46 0,098 0,781
32 4,00 7,04 0,113 0,737
Dữ liệu về hệ số tái tạo năng lượng từ 32 lần thí nghiệm trên Bảng 3.13, 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 bậc ba (𝑣𝑟𝑚𝑐) và gia tốc đặc trưng (ã). Điều này phù hợp với thực tế, vì trong quá trình phanh tái tạo, sự thay đổi vận
88
tốc (được đại diện bởi 𝑣𝑟𝑚𝑐) và cường độ tăng giảm ga (đại diện bởi ã) mới là yếu tố quan trọng nhất cho việc tái tạo năng lượng, trong khi vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) ít ảnh hưởng đến quá trình này. Mối quan hệ giữa hệ số tái tạo năng lượng và hai thông số đặc trưng được thể hiện qua biểu đồ 3D và đường đồng mức trên Hình 3.24.
Hình 3.24. Quan hệ giữa hệ số tái tạo năng lượng và thông số đặc trưng
Khi xem xét mối quan hệ với vận tốc trung bình bậc ba (𝑣𝑟𝑚𝑐) và gia tốc đặc trưng (ã), các vùng dữ liệu thí nghiệm trống bắt đầu xuất hiện trên biểu đồ, bao gồm: vùng (𝑣𝑟𝑚𝑐 < 20 m/s, ã < 0,1 m/s2) và (𝑣𝑟𝑚𝑐 > 10 m/s, ã > 0,1 m/s2). Vùng (𝑣𝑟𝑚𝑐 < 20 m/s, ã < 0,1 m/s2) trống dữ liệu vì điều kiện giao thông Hà Nội phức tạp, người lái thường xuyên phải chuyển làn, dừng đèn giao thông, tránh né phương tiện đông đúc, nên rất khó xảy ra trường hợp xe di chuyển với vận tốc ổn định (tức
Goodness of fit:
SSE: 110,4 R-square: 0,9416
Adjusted R-square: 0,9308 RMSE: 2,022
89 là 𝑣𝑟𝑚𝑐 thấp) và
90
ít tăng giảm ga (tức là ã thấp). Vùng (𝑣𝑟𝑚𝑐 > 10 m/s, ã > 0,1 m/s2) ít hoặc trống dữ liệu vì thực tế ít có trường hợp người lái thường xuyên tăng giảm ga liên tục với mức độ biến thiên vận tốc lớn xuyên suốt cả hành trình.
Từ kết quả thực nghiệm trên Bảng 3.13, sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến [47], hệ số tái tạo năng lượng được biểu diễn dưới dạng một hàm phụ thuộc vào hai thông số đặc trưng như sau:
𝑘𝑡𝑡 = 𝑝00 + 𝑝10. ã + 𝑝01. 𝑣𝑟𝑚𝑐 + 𝑝20. ã2 + 𝑝11. ã. 𝑣𝑟𝑚𝑐 +
𝑝02. 𝑣𝑟𝑚𝑐2 (3.6)
Trong đó giá trị các hệ số như sau:
𝑝00 = 0,8342 𝑝10 = -4,018
𝑝01 = 0,01657 𝑝11 = 0,1269
𝑝20 = 13,69 𝑝02 = -0,0005133
Phương trình 3.6 sẽ là hàm tham số 𝑘𝑡𝑡 cho mô hình áp dụng trên xe hybrid điện hỗn hợp di chuyển trong điều kiện giao thông Hà Nội.