Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế độ lớn và tham số điều khiển nguồn năng lượng hệ động lực xe hybrid

Luận án xây dựng mô hình tối ưu hóa và phát triển giải thuật để tối ưu hóa độ lớn của các nguồn năng lượng và tối ưu hóa các tham số điều khiển nguồn năng lượng của hệ động lực ô tô hybrid, nhằm nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, giảm phát thải các chất độc hại có trong khí thải của ICE.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế độ lớn và tham số điều khiển nguồn năng lượng hệ động lực xe hybrid BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VŨ THĂNG LONGNGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ ĐỘLỚN VÀ THAM SỐ ĐIỀU KHIỂN NGUỒNNĂNG LƯỢNG HỆ ĐỘNG LỰC XE HYBRID Ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận Khánh Hòa, 2015 1 MỞ ĐẦU1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn đề tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường do khíthải của động cơ đốt trong (ICE) đã và đang là áp lực rất lớn đối với các nhà thiếtkế và chế tạo xe cơ giới. Với trình độ công nghệ hiện có và nếu chỉ xét từ góc độbảo vệ môi trường thì xe chạy bằng động cơ điện (EM) là giải pháp triệt để nhấtcho tình trạng ô nhiễm bởi khí thải của xe cơ giới hiện nay. Thực tế đã có hàng loạtmẫu xe cơ giới chạy bằng điện được sinh ra từ các tấm pin mặt trời gắn trực tiếptrên xe hoặc chạy bằng điện từ ắcqui đã được thiết kế và chế tạo. Tuy nhiên, nếu xétmột cách toàn diện, trong đó có cả khả năng phải huỷ bỏ hàng ngàn dây chuyền chếtạo và lắp ráp xe cơ giới hiện nay thì xe chạy bằng ICE vẫn là loại phương tiện giaothông cơ giới có vị trí độc tôn và hàng triệu chiếc xe chạy bằng ICE ở khắp nơi trênthế giới vẫn sẽ là những hình ảnh quen thuộc cho nhiều thế hệ mai sau. Phát triển xe hybrid được xem là một trong những giải pháp quá độ nhằm tiếtkiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm mức độ gây ô nhiễm môi trường bởi khí thải củaICE trang bị trên xe cơ giới. Trong tiếng Anh, từ hybrid có nghĩa là lai/ ghép/ kết hợp, thuật ngữhybrid vehicle được định nghĩa là phương tiện di động có hệ thống động lực đượccấu thành từ hai hoặc nhiều nguồn động lực khác biệt nhau. Các loại phương tiện diđộng như: xe đạp điện chạy bằng cách đạp pedal và bằng EM, ô tô được trang bị cảđộng cơ xăng và EM để dẫn động bánh xe chủ động, xe lửa được trang bị cả EM đểchạy bằng điện lưới và động cơ diesel để chạy ở những khu vực không có lưới điện,máy bay được trang bị động cơ phản lực để bay và EM để di chuyển trên đườngbăng, tàu ngầm điện-diesel được trang bị EM để chạy khi tàu lặn và động cơ dieselđể chạy khi tàu nổi trên mặt nước, v.v. đều được xếp vào đối tượng hybridvehicle. Ô tô hybrid có hệ động lực được cấu thành từ động cơ xăng và EM đã đượcchế tạo từ những năm cuối thế kỷ XVIII và đã tạo được ấn tượng mạnh đối với 2khách hàng và giới kỹ nghệ gia ở giai đoạn đầu mới phát triển do đạt được các tínhnăng vượt trội so với ô tô truyền thống (ô tô chỉ được trang bị một loại nguồn độnglực, hoặc là ICE hoặc là động cơ đốt ngoài hoặc là EM). Tuy nhiên, do vận hành vàsửa chữa đơn giản hơn, giá thành động cơ xăng và diesel ngày càng giảm do đượcsản xuất hàng loạt, nguồn cung xăng dầu ngày càng dồi dào với giá rẻ, v.v., ô tôtruyền thống đã chiếm lĩnh gần như toàn bộ thị trường của ô tô hybrid trong giaiđoạn trước 1990. Dưới áp lực ngày càng tăng của yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và cáctiêu chuẩn về khí thải ngày càng khắt khe, ô tô hybrid lại được quan tâm trở lại từđầu những năm 1990 và đã phát triển nhảy vọt cho đến nay. Bên cạnh những ưuđiểm vốn có của phương án hybrid, những tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo,điện-điện tử, thông tin, v.v. cũng được xem là yếu tố quan trọng góp phần làm nênthành công của ô tô hybrid hiện đại. Toyota được xem là hãng chế tạo ô tô tiên phong và thành công nhất tronglĩnh vực phát triển ô tô hybrid hiện đại. Dòng ô tô hybrid thương mại hiện đại đầutiên có tên Toyota Prius được bán ở thị trường Nhật Bản vào năm 1997. Đến tháng6 năm 2013, khoảng 3 triệu Toyota Prius đã được bán ở 80 quốc gia và khu vực.Hiện nay, hầu hết các hãng chế tạo ô tô hàng đầu trên thế giới đều đã cho ra đời cáccác mẫu ô tô hybrid của mình và ô tô hybrid đã được khẳng định là một phần củathị trường ô tô hiện nay và trong tương lai. Trong quá trình thiết kế ô tô truyền thống, công suất cực đại của động cơđược xác định trên cơ sở một số tính năng kỹ thuật của ô tô, ví dụ: tính năng độnglực học, tính năng việt dã, v.v. được đặt ra khi thiết kế. Đối với ô tô hybrid, cácnguồn động lực khác nhau không những phải có độ lớn sao cho tổng công suất dochúng đồng thời cung cấp cho bánh xe chủ động phải bằng công suất cực đại củađộng cơ ở ô tô truyền thống có tính năng kỹ thuật tương đương, mà công suất củamỗi nguồn động lực còn phải được lựa chọn sao cho cả hệ thống làm việc với cácchỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - môi trường cao nhất có thể. Trong quá trình khai thác kỹ thuật, giải pháp hybrid hóa ô tô chỉ có thể đạtđược mục tiêu khi tối ưu hóa được các chế độ làm việc của các nguồn năng lượng, ...