CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯỢNG NHIÊN LIỆU TIÊU THỤ CỦA XE HYBRID
3.2. Thiết bị và cấu hình thí nghiệm
Để thực hiện các bài thí nghiệm được liệt kê trong Bảng 3.4, cần chuẩn bị các thiết bị và cấu hình thí nghiệm phù hợp. Yêu cầu cụ thể về thiết bị và dữ liệu cần thiết cho từng bài thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.5. Những tham số mô hình được tính toán theo công thức đã trình bày trong mục 2.3. Từ đó, hàm tham số mô hình được xây dựng biến đổi theo đặc trưng điều kiện giao thông khu vực, với phương pháp trình bày trong mục 2.3.
Bảng 3.5. Yêu cầu về thiết bị và dữ liệu thí nghiệm
TT Thí nghiệm Dữ liệu cần thu thập Thiết bị sử dụng
1
Xác định hàm tham số Hệ số tái tạo năng lượng (𝑘𝑡𝑡)
- Vận tốc xe (𝑣)
- Tốc độ vòng tua ĐCĐT (𝑛𝑒) - Thời gian hoàn thành chu trình (𝑇) - Mô men môtơ MG2 (𝑇𝑀𝐺2)
- Tốc độ vòng quay môtơ MG2 (𝑛𝑀𝐺2)
- Máy tính thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành của xe qua cổng OBD-II (Tần số lấy mẫu: 100 Hz)
2
Xác định hàm tham số Hiệu suất động cơ đốt trong (𝜂𝑒)
- Công suất tức thời ĐCĐT (𝑃𝑒) - Tổng nhiên liệu tiêu thụ đo được cuối hành trình (𝐹𝐶)
- Thời gian hoàn thành CTDC (𝑇)
- Máy tính thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành của xe qua cổng OBD-II (Tần số lấy mẫu: 100 Hz)
- Bộ đo nhiên liệu tiêu thụ
3
Xác định hàm tham số Hiệu suất hệ thống cơ điện (𝜂𝑐𝑑 )
- Hiệu điện thế của Pin (𝑈𝑝𝑖𝑛) - Cường độ dòng điện của Pin (𝐼𝑝𝑖𝑛) - Mô men máy phát MG1 (𝑇𝑀𝐺1)
- Tốc độ vòng quay máy phát MG1 (𝑛𝑀𝐺1) - Mô men môtơ MG2 (𝑇𝑀𝐺2)
- Tốc độ vòng quay môtơ MG2 (𝑛𝑀𝐺2)
- Máy tính thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành của xe qua cổng OBD-II (Tần số lấy mẫu: 100 Hz)
4 Kiểm chứng mô hình
- Tổng nhiên liệu tiêu thụ đo được cuối hành trình (𝐹𝐶)
- %SOC trước và sau khi hoàn thành chu trình
- Quãng đường xe hoàn thành chu trình
- Máy tính thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành của xe qua cổng OBD-II (Tần số lấy mẫu: 100 Hz)
- Bộ đo nhiên liệu tiêu thụ
Để thực hiện các yêu cầu trên, luận án đề xuất cấu hình thí nghiệm như sau:
a) Hệ thống thiết bị thu thập dữ liệu vận hành của xe:
Một laptop được cài đặt sẵn phần mềm thu thập dữ liệu vận hành Techstream, kết nối với hệ thống mạng CAN của xe qua cổng OBD-II thông qua bộ chuyển đổi dữ liệu GTS TIS3 OTC, giúp thu thập dữ liệu vận hành tức thời. Sơ đồ lắp đặt hệ thống này thể hiện trên Hình 3.2.
Hình 3.2. Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị thu thập dữ liệu vận hành xe
65
Hệ thống này gồm các thành phần như sau:
- Cổng OBD-II, thuộc hệ thống chẩn đoán lỗi OBD (On-Board Diagnostics), thường được lắp đặt gần chân phanh trên ô tô, có chức năng theo dõi và điều chỉnh một số hoạt động của phương tiện. Hình 3.3 minh họa vị trí của cổng OBD-II trên xe cùng cấu trúc các chân kết nối. Cổng này mang lại nhiều tiện ích, bao gồm đọc lỗi, lưu trữ thông tin mã lỗi, ghi lại dữ liệu hiện thời, kiểm tra mức khí thải, … [51].
Trong thí nghiệm, cổng OBD-II được sử dụng để kết nối và lưu trữ dữ liệu vào máy tính thí nghiệm.
Hình 3.3. Hình ảnh mô tả cổng OBD-II [51]
- Một bộ chuyển đổi dữ liệu GTS TIS3 OTC là thiết bị nối giữa xe và máy tính, hỗ trợ các chức năng chẩn đoán, đọc lỗi, giải mã tập tin CAN chứa dữ liệu vận hành hiện thời từ ECU thành dữ liệu lưu trữ về máy tính. Hình ảnh mô tả và các chức năng của bộ chuyển đổi được trình bày trên Bảng 3.6.
Bảng 3.6. Hình ảnh và tính năng của bộ chuyển đổi dữ liệu GTS TIS3 OTC [52]
- Bao gồm Mô-đun giao diện phương tiện (VIM): cổng giao tiếp giữa ECU và phần mềm chẩn đoán Global Techstream
- Hỗ trợ chẩn đoán, lập trình lại xe - Giải mã bản tin CAN
- Hỗ trợ tất cả các giao thức truyền thông chẩn đoán cần thiết (K-Line ISO 9141 / KWP 2000 ISO 14230-4 / SAE J1850 PWM / SAE J1850 VPW / CAN 2.0B ISO 11898 / CAN ISO 15765-4)
- Nguồn 12/24V
- Hỗ trợ cổng USB PC và cổng DLC3 (OBD-II).
- Máy tính laptop thu thập dữ liệu có thông số kỹ thuật như trên Bảng 3.7.
Máy tính được cài đặt phần mềm thu thập dữ liệu Techstream với giao diện như trên Hình
3.4. Dữ liệu có thể lưu trữ lại và xuất thành dạng file excel để phân tích dữ liệu vận
66 hành của xe như Hình 3.5.
67
Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật máy tính laptop thu thập dữ liệu
Hệ điều hành Window 10
Kích thước màn 15,6 inch Loại RAM và dung lượng DDR4 16GB
Loại CPU Intel Core i7-1255U (thế hệ thứ 12/10 nhân 12 luồng/ 4,7 GHz, 12MB)
Pin 41Wh 3 Cell
Cổng giao tiếp
1x Đầu nối nguồn 1x HDMI 1.4 2x USB 3.2 Gen 1
1x Khe cắm thẻ SD 1x USB 2.0
1x Cổng tai nghe Kích thước 16,96 x 358,50 x 235,56 mm (C x R x S )
Trọng lượng 1,66 kg
Hình 3.4. Giao diện phần mềm thu thập dữ liệu của xe
Hình 3.5. Tập dữ liệu thu thập về máy tính
Phần mềm Techstream trên máy tính có thể thu thập được các dữ liệu của xe như mô tả trên Bảng 3.8. Phần mềm này hỗ trợ đọc/phân tích dữ liệu vận hành tức thời, trích xuất từ cổng OBD-II trên xe [53]. Những dữ liệu vận hành trong Bảng 3.8 được trích từ cổng OBD-II thu thập về máy tính [54], trong đó:
68
+ Tín hiệu vận tốc xe có được từ cảm biến tốc độ gắn tại bánh xe.
+ Tốc độ vòng tua ĐCĐT lấy từ cảm biến vị trí trục khuỷu.
+ Hiệu điện thế và cường độ dòng điện của pin được thu thập từ các cảm biến đo tại pin.
+ Công suất tức thời ĐCĐT được ECU xác định dựa trên đặc tính của động cơ do Nhà sản xuất cung cấp.
+ Các dữ liệu về mô men và tốc độ vòng quay mô tơ/máy phát MG1 và MG2,
%SOC trước và sau khi hoàn thành CTDC được trích xuất từ cổng OBD-II trên xe.
+ Thời gian hoàn thành chu trình dựa trên bộ đếm của phần mềm thí nghiệm.
Dữ liệu qua cổng OBD-II không có áp suất và lượng phun nhiên liệu, chỉ có thời gian phun, do đó cần thiết phải lắp thêm thiết bị đo lượng tiêu thụ nhiên liệu.
Bảng 3.8. Danh mục dữ liệu có thể trích xuất từ cổng OBD-II [54]
Thiết bị Dữ liệu thu thập
Máy tính thu thập và lưu trữ dữ liệu vận hành của xe qua cổng OBD-II (Tần số lấy mẫu:
100 Hz)
- Vận tốc xe (𝑣)
- Tốc độ vòng tua ĐCĐT (𝑛𝑒) - Công suất tức thời ĐCĐT (𝑃𝑒) - Mô men máy phát MG1 (𝑇𝑀𝐺1) - Tốc độ vòng quay máy phát MG1
(𝑛𝑀𝐺1)
- Hiệu điện thế của Pin (𝑈𝑝𝑖𝑛) - Cường độ dòng điện của Pin (𝐼𝑝𝑖𝑛) - Mô men môtơ MG2 (𝑇𝑀𝐺2)
- Tốc độ vòng quay môtơ MG2 (𝑛𝑀𝐺2) - Thời gian hoàn thành chu trình (𝑇) - %SOC trước và sau khi hoàn thành
CTDC
b) Hệ thống thiết bị đo lượng tiêu thụ nhiên liệu của xe:
Hệ thống này nhằm mục đích đo chính xác lượng tiêu thụ nhiên liệu của xe thí nghiệm, với sơ đồ lắp đặt hệ thống thể hiện trên Hình 3.6.
Hình 3.6. Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị đo lượng tiêu thụ nhiên liệu cùa xe Hệ thống này gồm các thành phần như sau:
69
- Một bộ đo DFL-3x-5bar (hãng Kistler) được lắp nối tiếp trên đường cấp nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến ĐCĐT để thu thập dữ liệu nhiên liệu tiêu thụ của xe. Thông số kỹ thuật của bộ đo Kistler được thể hiện ở Bảng 3.6 [55].
Bảng 3.9. Thông số kỹ thuật bộ đo nhiên liệu Kistler DFL-3x-5bar [55]
Thông số kỹ thuật Giá trị Đơn vị
Dải đo Lưu lượng 0,5 … 250 l/h
Nhiệt độ nhiên liệu -20 … +75 0C
Áp suất nhiên liệu 0 … 6 bar
Sai số
Lưu lượng nhiên liệu
(Dải đo: 1 – 50 l/h) ±0,5 %
Cảm biến nhiệt độ Theo loại K – DIN IEC
584 Class 1 0C
Áp suất nhiên liệu ±0,25 hoặc ±0,15 %
Độ nhạy ±0,2 %
Áp suất làm việc 0 … 0,5 bar
Độ chia nhỏ nhất 0,33 cm3
- Bộ đo được lắp nối tiếp với bộ xử lý tín hiệu nhằm chuyển đổi thành tín hiệu số đưa về máy tính thu thập dữ liệu. Thông số kỹ thuật của bộ xử lý dữ liệu được thể hiện ở Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Thông số kỹ thuật bộ xử lý tín hiệu [55]
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp làm việc 10 … 24 VDC Nhiệt độ làm việc -20 … +70 0C
Độ ẩm 80%
Tín hiệu đầu ra
Tín hiệu số 1 (Nhiên liệu tiêu thụ):
500 … 10.000 xung/cm3 Tín hiệu số 2
(Lưu lượng): 1 … 10.000 Hz/l/h Tín hiệu analog
(Lưu lượng)
0 … 10V (10 … 1.000 mV/l/h) CAN
Nhiên liệu tiêu thụ (lít)
Lưu lượng (l/h)
70
- Máy tính thu thập dữ liệu có cấu hình như đã trình bày trên Bảng 3.7, được cài đặt phần mềm KiCenter nhằm thu thập dữ liệu xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu của xe [56]. Giao diện của phần mềm được thể hiện trên Hình 3.7. Dữ liệu có thể lưu trữ lại và xuất thành dạng file excel để phân tích như Hình 3.8.
Hình 3.7. Giao diện phần mềm thu thập dữ liệu xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ [56]
Hình 3.8. Tập dữ liệu thu thập về máy tính
Tổng hợp hai hệ thống thiết bị thí nghiệm nêu trên, luận án đề xuất sơ đồ tổng quan cấu hình thí nghiệm như trên Hình 3.9. Hình ảnh lắp đặt thiết bị thí nghiệm thực tế được thể hiện trên Hình 3.10.
68
Hình 3.9. Sơ đồ lắp đặt toàn bộ các thiết bị thử nghiệm
69
Hình ảnh xe thí nghiệm Thí nghiệm đo lượng nhiên liệu tiêu thụ với bộ đo Kistler
Lắp đặt các dây dẫn xăng qua bộ cảm biến DFL Hình 3.10. Một số hình ảnh thử nghiệm thực tế
70