MỤC LỤC
MỤC LỤC……………………………………………………………........................................I
DANH SÁCH HÌNH…………………………………………….…...................................…...ii
MỞ ĐẦU………………………………………………………………......................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU TRÊN XE LX450H...2
1.1. Tổng quan bộ truyền động. ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,2
1.2. Giới thiệu về xe LX450H năm sản xuất 2012.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,,4
1.3. Kết cấu bộ truyền động trên Lexus RX 450h.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,7
1.4. Nội dung đề tài ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,18
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH..,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,1
2.Xây dựng mô hình hệ thống truyền động trên xe Lexus RX450H..,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,,1
2.1.Cấu trúc hệ thống truyền động,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,1
2.2.Mô hình hóa và mô phỏng bộ điều khiển động cơ.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,,2
2.2.1.Động cơ không đồng bộ 3 pha dựa trên lý thuyết,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,...,,2
2.2.2.Phương pháp điều chế động rộng xung SPWM..,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,,,,,3
3. Xây dựng mô hình động học của xe.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,,,9
3.1. Khối tính toán lực kéo (Ft) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,...,,,,,,,10
3.2. Khối tính toán lực cản lăn (Frr) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..,,,,,,,,11
3.3. Khối tính toán lực cản khí động học ( Fad),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,...,,,,,,,12
3.4. Khối tính toán lực quán tính ( Fac) ............................................................................12
3.5. Khối tính toán lực cản dốc ( Fhc) ..............................................................................13
4.Mô phỏng hệ thống truyền động điện của Lexus RX450H trên Matlab Simulink .........14
4.1.Mô phỏng bộ điều khiển động cơ điện........................................................................14
4.1.1.Xây dựng mô hình toán học.....................................................................................15
4.1.2.Xây dựng mô hình điều khiển PID...........................................................................18
4.2.Mô phỏng hệ thống truyền động điện trên ô tô...........................................................18
4.3.Kết quả mô phỏng. .....................................................................................................23
CHƯƠNG III: CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ TRUYỀN ĐỘNG HYBRID...................................1
3.1 Giới thiệu sơ lược về mô hình......................................................................................1
3.2.Nguyên lý hoạt động của mô hình thu nhỏ...................................................................3
3.2.1 Board Arduino UNO R3 Atmega 328P........................................................................4
3.2.2. Board Arduino Nano..................................................................................................5
3.2.3.Mạch điều khiển động cơ DC.....................................................................................7
3.2.4.Màn hình hiển thị OLED 0.96 inch..............................................................................7
3.2.5.Động cơ DC và động cơ không đồng bộ 3 pha BLDC...............................................8
3.2.6.Mạch giảm áp DC XL4015..........................................................................................9
3.2.7.Cảm biến tiệm cận hồng ngoại ................................................................................10
3.2.8.Cầu chỉnh lưu 3 pha..................................................................................................11
3.2.9.Biến trở.....................................................................................................................12
3.3.Các bước chế tạo lắp ráp mô hình..............................................................................12
3.3.1.Thiết kế bàn đạp phanh điện, phanh cơ và bàn đạp ga............................................13
3.3.2.Thiết kế hộp điều khiển.............................................................................................14
3.3.3.Thiết kế mô hình xe Lexus Rx450H..........................................................................16
3.4.Thử nghiệm các chế độ làm việc trên mô hình............................................................18
KẾT LUẬN…………………………………………………………..............................…........24
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………….....................................25
PHỤ LỤC……………………………………………………….........................…...…........….26
MỞ ĐẦU
Trong thời gian gần đây, rất nhiều ứng dụng xe lai điện đã được phát triển để giải quyết về năng lượng và ô nhiễm môi trường gây ra bởi việc sử dụng những phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong đóng vai trò như động cơ phát động. Những ưu điểm vượt trội của xe lai điện có thể kể đến như hiệu suất cao và thân thiện hơn với môi trường.
Trong khi trên thế giới, một số xe điện đã được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như bắt đầu đưa vào sản xuất thương mại thì nền công nghiệp nước ta mới chỉ dừng lại ở khả năng lắp ráp và sửa chữa những ô tô sử dụng động cơ đốt trong thông thường. Nắm bắt được xu thế ngày càng sử dụng nhiều hơn những phương tiện thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng, chính phủ ta đã có những quan tâm đến những ứng dụng xe điện đầu tiên, đặt nền móng cho nền công nghiệp ô tô trong tương lai. Triển vọng về sự phát triển của xe điện trong tương lai đã thôi thúc học viên lựa chọn đề tài: “Thiết Kế Bộ Truyền Động Xe Hybrid dựa trên xe cơ sở Lexus Rx450H năm sản xuất 2012” với mục đích nghiên cứu các mô hình mô tả chuyển động của ô tô điện và đề xuất các thuật toán điều khiển để nâng cao độ bám đường trong khi xe chạy.
Do thời gian thực hiện đề tài hạn hẹp cũng như hạn chế về kiến thức và điều kiện thực nghiệm, báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì thế, kính mong nhận được những lời nhận xét, đánh giá và góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để bài báo cáo này được hoàn thiện hơn.
Với sự tìm hiểu, cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn: Thạc Sĩ…………….., đã giúp em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20..
Sinh viên thực hiện
………………….
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU TRÊN XE LX450H
1.1. Tổng quan bộ truyền động
Trong thời đại mà quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên toàn cầu như ngày nay, nhu cầu về năng lượng là vô cùng to lớn.Chính vì thế , việc tiết kiệm nhiên liệu, năng lượng, đảm bảo an toàn về môi trường luôn là yêu cầu hàng đầu được đặt ra cho mỗi quốc gia và mỗi ngành công nhiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô vốn luôn yêu cầu phải thay đổi từng ngày.Giải pháp đưa ra chính là kết hợp một cách linh hoạt giữa động cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả. Xe lai điện Hybrid ra đời như một cứu cánh để giải quyết vấn đề đó.
Vì vậy, nhóm đã thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm bộ truyền động Hybrid trên xe RX450H năm sản xuất 2012” để có thể thử nghiệm được một số chế độ hoạt động của động cơ trên xe lai điện giúp tối ưu hệ thống, tiết kiệm nhiên liệu. Nhóm đã xác định đối tượng thực hiện nghiên cứu là chiếc xe Lexus Rx450H năm sản xuất 2012.
* Các phương pháp truyền động hybrid:
Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ Hybrid thành 2 loại chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song. Hệ thống Hybrid kết hợp (nối tiếp/song song).
- Tổ hợp ghép nói tiếp:
Hybrid nối tiếp: Nguồn động lực chính xoay bánh xe là động cơ điện.Trong khi động cơ đốt trong chỉ làm nhiệm vụ phát ra điện để nạp pin và cung cấp cho động cơ điện. Động cơ đốt trong kéo mát phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe.
- Tổ hợp ghép song song:
Hybrid song song: Cả hai nguồng động lực( điện và xăng) đều được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập và đồng thời. Bánh xe có thể xoay một cách riêng biệt bằng động cơ điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai. Động cơ điện có 2 chức năng: một là chuyển hóa điện năng từ pin thành cơ năng. Hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng nạp lại cho pin.
1.2. Giới thiệu về xe LX450H năm sản xuất 2012
Lexus RX 450H là một chiếc xe SUV (Sport Utility Vehicle) sang trọng của hãng xe hơi Nhật Bản Lexus, thuộc tập đoàn Toyota. Được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2005 và hiện đang được sản xuất tại Nhật Bản, Mỹ và Canada (Hình 1.5).
Xe được trang bị nhiều tính năng tiên tiến như hệ thống an toàn và hỗ trợ lái xe, hệ thống giải trí cao cấp, hệ thống điều hòa tự động và nhiều tính năng khác. Với sự kết hợp giữa hiệu suất tốt và thiết kế sang trọng, Lexus RX 450h là một trong những mẫu xe SUV lai hiện đại và được yêu thích trên thị trường.
1.3. Kết cấu bộ truyền động trên Lexus RX 450h
Hệ truyền động xe điện hybrid là sự kết hợp 2 loại động cơ gồm động cơ nhiên liệu và pin công suất cao, nhằm mang tới trải nghiệm lái xe tối ưu như (hình 1.8 và 1.9).
* Hệ thống truyền lực:
- Động cơ xăng: Lexus RX 450h được trang bị động cơ xăng V6 DOHC 3.5L như (hình 1.10), sản sinh công suất đáng kể. Đây là nguồn năng lượng chính cho xe khi hoạt động ở tốc độ cao hoặc khi cần thêm sức mạnh.
- Hộp số trên trên xe Lexus RX450H: Hộp số là một thành phần cực kì quan trong của xe, cấu tạo của hộp số trên xe Hybrid rất khác biệt so với những hộp số thông thường. Sự khác biệt này được thể hiện qua (hình 1.11, 1.12 và 1.14).
MG1, MG2 và MGR là động cơ nam châm vĩnh cửu dòng điện xoay chiều nhỏ gọn, nhẹ và hiệu quả cao.
Khi cho dòng điện xoay chiều ba pha chạy qua các cuộn dây ba pha của cuộn dây stato thì trong động cơ điện tạo ra từ trường quay. Bằng cách điều khiển từ trường quay này theo vị trí và tốc độ quay của rôto, các nam châm vĩnh cửu được cung cấp trong rôto sẽ bị hút bởi từ trường quay, do đó tạo ra mô-men xoắn.
Mô-men xoắn được tạo ra dành cho tất cả các mục đích thực tế tỷ lệ với lượng dòng điện và tốc độ quay được điều khiển bởi tần số của dòng điện xoay chiều.
* Các chế độ vận hành xe Lexus RX450H:
Hệ thống cùng với lực tạo ra từ động cơ kết hợp với các thành phần động cơ điện MG1, MG2 và MGR phù hợp với điều kiện lái xe. Các ví dụ đại diện cho các sự kết hợp khác nhau được mô tả dưới đây.
1.4. Nội dung đề tài
Qua 4 ý trên có thể kết luận hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu: Bộ truyền động hybrid của Lexus RX 450h giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Xe có thể hoạt động ở chế độ toàn bộ điện (EV mode) trong khoảng ngắn hoặc ở chế độ hybrid để kết hợp động cơ xăng và điện để giảm tiêu thụ nhiên liệu.
Như vậy, bộ truyền động trên Lexus RX 450h cung cấp sự kết hợp giữa hiệu suất cao, khả năng tiết kiệm nhiên liệu, và khả năng lái mượt mà, tạo nên một trải nghiệm lái xe thoải mái và thân thiện với môi trường.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH
2.Xây dựng mô hình hệ thống truyền động trên xe Lexus RX450H
2.1.Cấu trúc hệ thống truyền động
* Hệ truyền động cơ khí:
Hệ truyền động cơ khí (hình 2.1) là một trong những thành phần quan trọng trên xe Lexus 450H đã được trình bày kỹ tại Chương I. Bên cạnh đó không thể không kể đến một thành phần cũng vô cùng quan trọng đó là hệ truyền động điện trên xe. Vì vậy, trong chương II này sẽ tập trung trình bày về hệ thống truyền động điện trên xe Lexus Rx450H.
* Hệ truyền động điện:
Hệ thống truyền động điện được đề cập là hệ thống trên xe Lexus RX450H.Các thành phần chính được khảo sát trên hệ thống gồm có nguồn DC 288V cung cấp điện năng cho hệ thống vận hành,bộ điều khiển động cơ, động cơ không đồng bộ 3 pha.Một mô hình tải thực tế cũng được đặt vào động cơ để khảo sát.
Cấu trúc tổng thể của quy trình chuyển đổi năng lượng trong xe cho nguyên cứu được trình bày trong (hình 2.2).
2.2.Mô hình hóa và mô phỏng bộ điều khiển động cơ
2.2.1.Động cơ không đồng bộ 3 pha dựa trên lý thuyết
Động cơ không đồng bộ 3 pha là sự lựa chọn phù hợp cho ứng dụng trên ô tô điện.Vì tính ổn định, công suất lớn, ít bảo trì và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt.Do đó, loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các ứng dụng phục vụ đời sống.Tuy nhiên, khi ứng dụng trên các phương tiện giao thông lại gặp nhiều khó khăn.Do không có nguồn xoay chiều đủ công suất cung cấp cho động cơ hoạt động liên tục.
2.2.2.Phương pháp điều chế động rộng xung SPWM
Điều chế độ rộng xung sin là quá trình thay đổi độ rộng của các xung trong một chuỗi xung. Độ rộng này tỉ lệ thuận với sóng điều khiển dạng sin. Giá trị của song điều khiển càng lớn thì xung thu được càng rộng.Sóng mang có thể ở dạng tam giác.Sóng điều khiển có thông tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra.
Nếu giá trị vin(t) lớn hơn vx(t) tại thời điểm t, bộ so sánh A kích hoạt IGBT T1 sang trạng thái On và T2 ở trạng thái OFF.Ngược lại T1 ở trạng thái OFF và T2 ở trạng thái ON.Tương tự, nếu giá trị vin(t) lớn hơn vv(t) tại thời điểm t, bộ so sánh B kích hoạt IGBT T3 sang trạng thái ON và T4 ở trạng thái OFF.Ngược lại,T3 ở trạng thái OFF và T4 ở trạng thái ON.
- Sự tạo ra điện áp xoay chiều hình Sin
Trong trường hợp bộ nghịch lưu ba pha ở hình 2.6, ba IGBT song song điều khiển ba pha phải được tạo lệch nhau về pha một phần ba chu kì của nó.
3. Xây dựng mô hình động học của xe
Các thông số tính toán cơ bản:
Phương trình mô tả chuyển động của xe được biểu diễn như sau:
𝐹Kéo ≤ ZFcản
𝐹𝑡 = 𝐹𝑟𝑟 + 𝐹𝑎𝑑 + 𝐹𝑎𝑐 +Fhc
3.1. Khối tính toán lực kéo (Ft)
Các bánh xe chuyển đổi momen xoắn do động cơ tạo ra thành lực tịnh tiến nhờ ma sát tạo ra bởi lốp của chúng.
L = 50/2 = 25cm =0.25m.
Gr - là tỉ số truyền động , Gr = 9,73
=> Ft = 38,92.T (N)
3.2. Khối tính toán lực cản lăn (Frr)
Frr là lực cản lăn tạo ra do ma sát của lốp xe khi tiếp xúc với với bề mặt đường trong quá trình lăn bánh.Lực cản lăn được xác định bởi phương trình:
𝐹rr = 𝐶rr. 𝑀𝑣. 𝑔. cos(𝛼)
=> 𝐹rr = 0,02.2110.9.81.cos(20)= 398 N
3.3. Khối tính toán lực cản khí động học ( Fad)
𝐹𝑎𝑑 là lực cản khí động học. Giá trị phụ thuộc vào cấu trúc phía trước của xe và được xác định bởi phương trình:
𝐹𝑎𝑑 = 𝜌𝛼 𝑐𝑎𝑑 𝐴𝑓(𝑣𝑣 + 𝑣𝑤𝑖𝑛𝑑)2
𝐹𝑎𝑑 = 0,39. (𝑣𝑣 + 𝑣𝑤𝑖𝑛𝑑)2
Để xây dựng khối tính toán lực cản khí động học ta sử dụng khối Subsystem có 1 đầu vào là vận tốc V của xe, đầu ra chính là lực cản khí động học Fad. Sơ đồ khối tính toán lực cản khí động học trong môi trường Simulink như 2.17.
3.5. Khối tính toán lực cản dốc ( Fhc)
Fhc là lực cản do trọng lực tạo ra khi xe lên dốc:
Fhc = Mv.g.Sin (𝛼)
Trong đó:
Mv - là lhối lượng xe
g - là gia tốc trọng trường
𝛼 - là góc nghiêng tạo bởi mặt đường và mặt phẳng ngang;
Fhc = 2110.9,81. Sin (20)
=> Fhc = 7079.5 N
Như vậy ta có: 38,92.0,8.T = 0.39.V2 + 2515,14.a + 398 + 7079.5
=> 38,92.0,8.T = 0,39.V2 + 2515,14.a + 7477,5
Ta sử dụng phương trình (5) để xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống mô hình trên Simulink.Các thông số động học trên xe Lexus RX450H được tính toán dựa trên thông số của nhà sản xuất.
4. Mô phỏng hệ thống truyền động điện của Lexus RX450H trên Matlab Simulink
4.1. Mô phỏng bộ điều khiển động cơ điện
Lexus RX450H sử dụng động cơ cảm ứng ba pha không đồng bộ.Nhưng điều này đòi hỏi điều khiển toán học và điện tử phức tạp nhưng sẽ cho ta hiệu quả cao.Nên để đơn giản sẽ sử dụng động cơ DC có chổi than và biểu diễn toán học sao cho phù hợp với động cơ Lexus RX450H nhất có thể.
4.1.1. Xây dựng mô hình toán học
+ Sự sụt áp trên điện trở ir = I*R
+ Sự sụt áp trên cuộn cảm IL= L * (di/dt)
Theo định luật Kirchhoff, tổng của tất cả các điện áp trên một đường dẫn kín trong mạch bằng 0 nên ta có:
V= I(t). R+ L.(di/dt) + E(t) (1)
Momen xoắn trong động cơ điện một chiều có thể được viết như sau:
T(t) = Kt. I(t)
Nhận xét:
+ So sánh với đồ thị đường đặc tính động cơ điện hình 2.20 thì kết quả mô phỏng ở trên đã phù hợp với đường đặc tính tốc độ và momen của động cơ điện theo lý thuyết.
+ Ô tô Lexus RX450H đạt vận tốc 100km/h với 4 s mô hình chưa phù hợp với thực tế về phương diện khả năng tăng tốc vì chưa xây dựng bộ điều khiển PID cũng như mô hình mới mô phỏng một động cơ điện một chiều trên xe.Để chính xác cần xây dựng thêm bộ điều khiển PID, mô phỏng động cơ xăng kết hợp với một động cơ điện phía sau.Khi đó mô hình sẽ sát với thực tế nhất.
4.1.2. Xây dựng bộ điều khiển PID
Mô hình Matlab Simulink tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu được xây dựng như Hình 2.21. Trong đó nguồn đưa vào biến tần được biểu diễn dưới dạng nguồn một chiều lý tưởng, thông qua việc điều khiển thứ tự kích xung đưa vào các IGBT.
4.2. Mô phỏng hệ thống truyền động điện trên ô tô
Sơ đồ Simulink mô phỏng hệ truyền động được xây dựng như hình 2.23.Trong đó, bao gồm các khối bộ nghịch lưu, tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu, đặc tính quãng đường di chuyển, động cơ không đồng bộ ba pha.
Tần số sóng mang (Carrier wave) trong mô hình ở hình 2.25 bằng 5kHz. Tốc độ động cơ được cài đặt bằng 800vg/ph trong khoảng thời gian 0-4s và thay đổi theo hàm nấc từ 800 lên 1460vg/ph tại thời điểm 4s. Mô men động cơ cũng được cài đặt theo động lực học của xe theo hàm bậc.
Dạng sóng điện áp ở hình 2.23 đến 2.24 cho thấy điện áp cấp cho động cơ có dạng sóng vuông và thay đổi độ rộng theo biên độ hình sin. Do có điện cảm của động cơ, điều này làm cho dòng điện động cơ tựa theo hình sin ở hình 2.23 đến 2.24 mặc dù còn nhiều sóng hài. Trong mô hình không sử dụng bộ lọc ngõ ra để tránh làm sụt áp trên bộ lọc.
4.3. Kết quả mô phỏng
Theo trên hình 2.34 ta thấy đường đặc tính phóng đại tốc độ và momen của động cơ ở chế độ không tải khi mới khởi động trong khoảng 0.1 giây, tốc độ động cơ giảm mạnh đồng thời momen động cơ cũng tăng mạnh nhằm thắng được momen cản tĩnh ban đầu của động cơ. Sau khoảng 1 giấy tốc độ và mô men động cơ dần ổn định và đáp ứng yêu cầu tốc độ đạt ra.
Theo trên hình 2.35 và 2.36 ta thấy đường đặc tính phóng đại tốc độ và momen của động cơ ở chế độ quá tải khi mới khởi động trong khoảng 0.05 giây, tốc độ động cơ giảm mạnh đồng thời momen động cơ cũng tăng mạnh nhằm thắng được momen cản tĩnh ban đầu của động cơ. Sau đó do lực cản quá lớn, động cơ không đáp ứng được, vận tốc bắt đầu giảm mạnh, nếu vượt quá đường đặc tính lý thuyết của động cơ, động cơ sẽ hỏng.
CHƯƠNG III: CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ TRUYỀN ĐỘNG HYBRID
3.1 Giới thiệu sơ lược về mô hình
* Mô hình truyền động thực tế trên xe:
Mô hình truyền động thực tế trên xe như hình 3.1.
* Mô hình thu nhỏ:
Mô hình thu nhỏ gồm 3 khối chính: Khối bàn đạp, khối điều khiển và khối xe.Mô hình mô phỏng hệ thống truyền động xe điện với tỉ lệ 1:160 so với xe cơ sở.
Mô hình mô phỏng thực tế hệ thống truyền động trên xe điện.Dòng điện 12V sẽ được lấy từ pin qua mạch điều khiển rồi đến động cơ.Với các chế độ vận hành khác nhau cho phép người lái có thể dễ dàng điều khiển xe trên mọi địa hình.Ngoài ra, khi người lái đạp bàn đạp ga sẽ hiển thị được tốc độ thông qua màn hình OLED để người lái có thể kiểm soát được tốc độ của mình và điều khiển xe một cách an toàn hơn.
* Nguyên lý hoạt động của mô hình:
Mô hình tổng quan nguyên lí hoạt động của thiết bị gồm các khối chức năng như hình 3.3.
- Nguyên lý hoạt động:
Ta cấp nguồn 12V cho mạch BTS7960 để điều khiển động cơ:
+ Khi nhấn Start, Arduino Uno sẽ nhận tín hiệu và chuyển tới mạch điều khiển động cơ. Ta tiến hành đạp bàn đạp ga thì động cơ bắt đầu quay và tốc độ sẽ được hiển thị trên màn hình Oled 2.
+ Trong khi động cơ đang quay , ta chọn một trong hai chế độ ECO hoặc SPORT để phù hợp với từng địa hình.Lúc này tín hiệu sẽ truyền về Arduino và chuyển tới mạch điều khiển động cơ để điều khiển tốc độ theo mong muốn của người lái.
+ Khi muốn đảo chiều quay của động cơ, ta cho động cơ dừng hẳn lại sau đó nhấn nút Lùi khi đó Arduino sẽ đọc tín hiệu và chuyển tới mạch điều khiển làm đảo chiều quay của động cơ.
3.2. Chọn linh kiện cho mô hình thu nhỏ
* Các linh kiện được lựa chọn như sau:
+ Board Arduino UNO R3 Atmega 328P
+ Board Arduino Nano x 2
+ Mạch điều khiển động cơ BTS7960
+ Màn hình hiển thị Oled 0.96 inch x2 có module I2C
+ Động cơ DC 3 pha không chổi than
+ Động cơ DC
+ Cảm biến hồng ngoại( cảm biến tiệm cận)
+ Ắc quy 12V
+ Cầu diode chỉnh lưu
3.2.1 Board Arduino UNO R3 Atmega 328P
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
3.2.3.Mạch điều khiển động cơ DC
BTS7960 là một mô-dun điều khiển động cơ DC, cầu H dòng cao tích hợp đầy đủ cho các ứng dụng truyền động động cơ cần sử dụng dòng cao. Mạch này chứa một MOSFET bên cao kênh p và một MOSFET bên thấp kênh n, với một vi mạch trình điều khiển tích hợp trong một gói. Việc giao tiếp với vi điều khiển được thực hiện dễ dàng nhờ vi mạch điều khiển tích hợp có các đầu vào mức logic, bảo vệ chống quá nhiệt, quá áp, quá dòng và ngắn mạch...
3.2.5. Động cơ DC và động cơ không đồng bộ 3 pha BLDC
Động cơ 775 12VDC 10000rpm 1 ổ bi phía trước, 1 ổ bi phía sau. Động cơ có thể dùng làm động cơ cho robot, làm mô hình học tập, chế tạo các loại máy khoan mini cầm tay, Khoan mạch điện tử, máy mài mini, mắt cắt gỗ, sắt, meka… Làm máy bơm nước mini, máy hút bụi, máy thổi bụi, và các loại máy khác. Có thể sử dụng được điện áp 12-24VDC.
3.2.7. Cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp).Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến vật cản hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,….
3.2.9. Biến trở
Chiết áp đơn 100K được sử dụng rộng rãi trong các mạch công suất, âm li,... Biến trở volume hoạt động như một điện trở có khả năng thay đổi trở kháng khi vặn núm điều chỉnh. Biến trở volume 3 chân, 2 chân ngoài được nối vào Vcc và Gnd, chân giữa sẽ cho ra 1 giá trị điện áp nằm trong khoảng 0 (V) đến Vcc (V).
3.3. Các bước chế tạo lắp ráp mô hình
3.3.1. Thiết kế bàn đạp phanh điện, phanh cơ và bàn đạp ga
+ Thiết kế bàn đạp phanh và bàn đạp ga trên phần mềm Solidwork.
+ Vật liệu: Mica
+ Phương pháp gia công: cắt laser mica và ghép nối chúng bằng keo.
3.3.3. Thiết kế mô hình xe Lexus Rx450H
+ Thiết kế mô hình xe Lexus Rx450H trên phần mềm Solidwork.
+ Vật liệu: Mica
+ Phương pháp gia công: cắt laser mica và ghép nối chúng bằng keo.
3.4. Thử nghiệm các chế độ làm việc trên mô hình
* Các hoạt động của mô hình:
- Chế độ Eco: Khi chọn chế độ Eco, chương trình điều khiển sẽ hiểu và chọn tốc độ, gia tốc như đã lập trình sẵn. Khi nhận được tín hiệu từ bàn đạp ga, xe bắt đầu di chuyển tùy vào tín hiệu của biến trở đưa cho Ecu mà tốc độ xe sẽ thay đổi.
- Chế độ Sport: Khi chọn chế độ Sport, chương trình điều khiển sẽ hiểu và chọn tốc độ, gia tốc như đã lập trình sẵn. Khi nhận được tín hiệu từ bàn đạp ga, xe bắt đầu di chuyển tùy vào tín hiệu của biến trở đưa cho Ecu mà tốc độ xe sẽ thay đổi.
- Chế độ Reverse (Lùi): Khi chọn chế độ Lùi, chương trình điều khiển sẽ hiểu và đảo chiều động cơ.
- Chế độ regenerative - braking(phanh tái sinh): Khi đạp phanh xe sẽ kích hoạt chế độ phanh tái sinh để giảm tốc.
KẾT LUẬN
Đề tài “Thiết Kế Bộ Truyền Động Xe Hybrid dựa trên xe cơ sở Lexus Rx450H năm sản xuất 2012” được ứng dụng từ lý thuyết các môn cơ sở chuyên ngành, môn ô tô công nghệ mới, vẽ kỹ thuật, kỹ thuật chế tạo máy, chi tiết máy, …
Đây là ý tưởng không phải là mới, mô hình hóa và mô hình khối trong matlab/simulink đã chứng minh là phương pháp hiệu quả trong việc khảo sát về năng lượng, đặc tính của hệ thống truyền động trên ô tô hybrid. Đây là hướng nghiên cứu mới có ý nghĩa khoa học cao góp phần vào việc nghiên cứu giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm khí thải cho các xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong và hệ thống truyền lực truyền thống. Hướng nghiên cứu này là phù hợp với xu thế bởi lẽ cũng khá nhiều những công trình nghiên cứu liên quan được tham khảo và trích dẫn.
Quá trình nghiên cứu đề tài đã đạt được các kết quả sau:
- Mô phỏng chương trình tính toán truyền động.
- Thiết kế mô hình hệ thống truyền động.
- Lập trình chương trình điều khiển các chế độ thu hồi năng lượng cho mô hình hoạt động.
- Mô hình thu nhỏ đã đáp ứng gần đúng các yêu cầu so với xe thực tế, việc điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc lập trình trong hộp điều khiển ở các chế độ và lực tác dụng .
Bên cạnh đó, việc thiết kế mô hình còn nhiều hạn chế về mặt thời gian và kinh phí, em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô và các bạn để có thể hoàn thiện, tối ưu mô hình hơn. Từ đó em có thể dùng mô hình trong môi trường giáo dục để giúp các bạn tìm hiểu, hiểu rõ về khả năng thu hồi năng lượng trên xe hybrid cũng như cách vận hành, điều khiển tốc độ động cơ của loại xe này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tài liệu kết cấu xe LX450H
[2]. Cao Trọng Hiền, Đào Mạnh Hùng (2010), Lý thuyết ô tô, Nhà xuất bản Giao thông Vận Tải.
[3]. Mô phỏng hóa hệ thống truyền động ô tô điện, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Đại học Đà nẵng.
[4]. Đỗ Văn Dũng (2013), Trang bị điện & điện tử ô tô hiện đại, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.
[5]. Mechanicalfarm. (2022), Regenerative Braking System Project Report. Được truy lục từ Mechanicalfarm.com.
PHỤ LỤC
1. Lập trình trên Arduino Uno( điều khiển động cơ bằng xung PWM và giao tiếp với Arduino Nano)
#define RPWM 3 // define pin 3 for RPWM pin (output)
#define R_EN 4 // define pin 2 for R_EN pin (input)
#define R_IS 5 // define pin 5 for R_IS pin (output)
#define LPWM 6 // define pin 6 for LPWM pin (output)
#define L_EN 7 // define pin 7 for L_EN pin (input)
#define L_IS 8 // define pin 8 for L_IS pin (output)
#define CW 1 // chạy nghịch
#define CCW 0 //chạy thuận
2. Lập trình trên Arduino Nano 1
#include "U8glib.h"
U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE|U8G_I2C_OPT_DEV_0);
int xmax=128;
int ymax=62;
int xcenter=xmax/2;
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"