Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ô tô Hybrid kiểu song song

91 377 0
  • Loading ...
1/91 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 20/03/2015, 08:18

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ NGÔ VĂN SƠN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐỘNG CƠ DC BRUSHLESS CHO MÔ HÌNH ÔTÔ HYBRID KIỂU SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành Công Nghệ Cơ điện tử Nha Trang, tháng 06 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ NGÔ VĂN SƠN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐỘNG CƠ DC BRUSHLESS CHO MÔ HÌNH ÔTÔ HYBRID KIỂU SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành Công Nghệ Cơ điện tử CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. PGS. TS. NGUYỄN VĂN NHẬN 2. KS. NGUYỄN VĂN ĐỊNH Nha Trang, tháng 06 năm 2013 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGÔ VĂN SƠN Lớp: 51CKCD Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ôtô Hybrid kiểu song song. Số trang: 78 Số chương: 04 Hiện vật: 02 Báo cáo, 02 đĩa CD, 01 mô hình ôtô Hybrid NHẬN XÉT KẾT LUẬN Nha Trang, Ngày Tháng Năm 2013 Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh viên: NGÔ VĂN SƠN Lớp: 51CKCD Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ôtô Hybrid kiểu song song. Số trang: 78 Số chương: 04 Hiện vật: 02 Báo cáo, 02 đĩa CD, 01 mô hình ôtô Hybrid NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN KẾT LUẬN Nha Trang, Ngày Tháng Năm 2013 Cán bộ phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) Nha Trang, Ngày Tháng Năm 2013 Chủ tịch hội đồng (Ký và ghi rõ họ tên) Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ i LỜI CÁM ƠN Sau một thời gian nghiêm cứu với lỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các quý Thầy cô và bạn bè thân quen, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong thời gian quy định. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy trong bộ môn Cơ điện tử, cũng như các Thầy cô trong Khoa cơ khí trường Đại học Nha Trang đã hết lòng truyền đạt, giảng dạy cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học. Các Thầy đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em được học tập, nghiên cứu, sử dụng thiết bị bộ môn để hoàn thành đồ án tốt và nhanh nhất. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới hai Thầy Nguyễn Văn Nhận và Nguyễn Văn Định. Các Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và góp ý trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Xin cảm ơn các bạn bè lớp 51CKCD đã giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến giúp em hoàn thiện bài khóa luận này. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý Thầy cô trong nhà trường, các bạn bè người thân đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc tốt đẹp nhất. Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ÔTÔ HYBRID 1 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1.1. Ôtô Hybrid là gì? 2 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của ôtô Hybrid 2 1.1.3. Các bộ phận chính của ôtô Hybrid 3 1.1.4. Ưu nhược điểm của ôtô Hybrid 5 1.1.4.1. Ưu điểm 5 1.1.4.2. Nhược điểm 5 1.1.5. Phương pháp truyền động 6 1.1.5.1. Hệ thống truyền động nối tiếp 6 1.1.5.2. Hệ thống truyền động song song 7 1.1.5.3. Hệ thống truyền động kết hợp 8 1.2. XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA ÔTÔ HYBRID 9 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 11 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14 2.2.1. Cơ sở lý thuyết phần cơ khí 14 2.2.1.1. Động lực học bánh xe 14 2.2.1.2. Thiết kế, chế tạo 21 2.2.2. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 25 2.2.2.1. Cơ sở lý thuyết 25 2.2.2.2. Thiết kế 44 2.2.2.3. Lưu đồ giải thuật điều khiển 56 CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 59 3.1. SẢN PHẨM THỰC TẾ 60 3.2. CHẠY THỬ VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ ỔN ĐỊNH 62 3.2.1. Kiểm tra trước khi đưa vào hoạt động 62 3.2.1.1. Kiểm tra ắc quy 62 3.2.1.2. Kiểm tra mạch điều khiển 63 iii 3.2.1.3. Kiểm tra phần cơ khí 64 3.2.1.4. Kiểm tra động cơ (điện và xăng) 64 3.2.2. Mô hình ô tô lúc hoạt động 64 3.2.2.1. Khi ô tô chạy ở tốc độ trung bình 64 3.2.2.3. Khi ô tô tăng tốc hoặc lên dốc 65 3.2.2.4. Khi ô tô giảm tốc và xuống dốc 65 3.2.2.4. Khi ô tô vào khúc cua 65 3.2.2.5. Chế độ sạc của ắc quy 65 3.2.3. Xác định một số thông số tính năng cơ bản của mô hình ôtô hybrid 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 67 4.1. KẾT LUẬN 68 4.1.1. Kết quả đạt được 68 4.1.2. Kết quả chưa đạt được 68 4.2. ĐỀ XUẤT 68 4.2.1. Đề xuất phần cứng 68 4.2.2. Đề xuất phần mềm 69 4.2.4. Đề xuất cả hệ thống 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 71 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song 3 Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của ôtô Hybrid kiểu hỗn hợp 3 Hình 1.3: Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền động trên ôtô 4 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống truyền động nối tiếp 6 Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống truyền động song song 7 Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp 8 Hình 1.7: Toyota Prius 10 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống mô hình ôtô Hybrid 12 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống truyền động của mô hình ôtô Hybrid 13 Hình 2.3: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khi chuyển động lên dốc trong trường hợp tổng quát 14 Hình 2.4: Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi 16 Hình 2.5: Mô tả các loại góc của bánh xe 17 Hình 2.6: Góc camber 18 Hình 2.7: Sự thay đổi góc camber khi quay vòng 19 Hình 2.8: Sơ đồ biến dạng của đất khi bánh xe chủ động lăn 19 Hình 2.9: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi chuyển động 20 Hình 2.10: Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc 22 Hình 2.11: Sơ đồ chân vi điều khiển atmega8 27 Hình 2.12: Sơ đồ chân 28 Hình 2.13: Cấu tạo và hình dáng của DIODE bán dẫn. 29 Hình 2.14: Điện trở 29 Hình 2.15: Hình ảnh thực tế 30 Hình 2.16: Tụ điện phân cực và không phân cực 30 Hình 2.17: Ký hiệu của Transistor 31 Hình 2.18: Transistor 31 Hình 2.19: Linh kiện OPTO 31 Hình 2.20: Linh kiện IRF9540 32 Hình 2.21: Sơ đồ chân của RƠLE 32 v Hình 2.22: Cấu tạo của encoder 33 Hình 2.23: Hai kênh A và B lệch pha trong encoder 34 Hình 2.24: Encoder quang tuyệt đối với 8 track. 35 Hình 2.25: Encoder quang tương đối có 3 track 35 Hình 2.26: Sức phản điện động dạng hình thang 36 Hình 2.27: Mặt cắt bằng của một BLDC 37 Hình 2.28: Stator động cơ BLDC 37 Hình 2.29: Rotor động cơ BLDC 38 Hình 2.30: Động cơ Brushless có cảm biến Hall 38 Hình 2.31: Nguyên lý của Hall Sensor khi không có từ trường 38 Hình 2.32: Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường 39 Hình 2.33: Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ 39 Hình 2.34: Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC 40 Hình 2.35: Trạng thái của Hall sensor và 3 dây pha của BLDC 40 Hình 2.36: Phương pháp khởi động động cơ đốt trong tự động 44 Hình 2.37: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 45 Hình 2.38: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 46 Hình 2.39: Sơ đồ nguyên lý khối khởi động động cơ đốt trong 47 Hình 2.40: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD 48 Hình 2.41: Sơ đồ nguyên lý khối phân áp đóng ngắt động cơ 48 Hình 2.42: Sơ đồ nguyên lý mạch nhận tín hiệu từ encoder 49 Hình 2.43: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 50 Hình 2.44: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển 51 Hình 2.45: Sơ đồ nguyên lý khối công suất của mạch sạc bình ắc quy 52 Hình 2.46: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý áp đầu vào từ máy phát điện 53 Hình 2.47: Sơ đồ mạch in của bộ sạc 54 Hình 2.48: Sơ đồ mạch in của bộ điều khiển trung tâm 55 Hình 2.49: Lưu đồ giải thuật khởi động động cơ đốt trong 56 Hình 2.50: Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong với động cơ điện brushless DC 57 vi Hình 2.51: Lưu đồ gải thuật sạc pin 58 Hình 3.1: Mô hình ôtô Hybrid 60 Hình 3.2: Mạch công suất điều khiển BLDC 60 Hình 3.3: Khối điều khiển trung tâm 61 Hình 3.4: Mạch sạc ắc quy 48VDC 61 Hình 3.5: Mạch điều khiển trung tâm 62 Hình 3.6: Kiểm tra bình ắc quy 62 Hình 3.7: Kiểm tra mạch điều khiển 63 Hình 3.8: Kiểm tra động cơ điện 64 [...]... lượng cho ắc quy Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mô men lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường 3 Hình 1.1: Một dạng tô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song 1.1.3 Các bộ phận chính của tô Hybrid Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của tô Hybrid. .. MCU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG MẠCH CÔNG SUẤT MOTOR BRUSHLESS DC Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống mô hình tô Hybrid 13 ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ BÁNH BÁNH TRƯỚC TRƯỚC TRÁI PHẢI ẮC QUY MẠCH SẠC ĐỘNG CƠ LY MÁY PHÁT ĐỐT TRONG HỢP ĐIỆN BÁNH SAU TRÁI VI SAI BÁNH SAU PHẢI Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống truyền động của mô hình tô Hybrid Năng lượng điện Lực dẫn động Nội dung: Phân tích các yếu tố ảnh hướng tới chuyển động của tô. .. PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cho mô hình tô Hybrid dựa trên tính toán lý thuyết và kết hợp tham khảo những mô hình có sẵn trên thị trường Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên mô hình tô Hybrid được thể hiện trong hình 2.1 CẢM BIẾN ẮC QUY BỘ ĐIỀU KHIỂN MOTOR BRUSHLESS DC MẠCH SẠC MÁY PHÁT ĐIỆN VI ĐIỀU KHIỂN... của motor điện Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như tô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe Khi tô chạy trên xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc tô còn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện Ưu điểm của hệ thống: Công suất của ô tô sẽ mạnh hơn do... thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình tô Hybrid kiểu song song”, là sự kết hợp giữa thiết kế, chế tạo cơ khí với điều khiển tự động, nhằm tạo ra một sản phẩm hoàn thiện có ứng dụng cao trong đời sống với tiêu chí hạn chế ô nhiễm môi trường đến mức nhỏ nhất Mục đích lớn nhất của đề tài là giúp sinh viên làm chủ được công nghệ mới, hoàn thiện kỹ năng, củng... kiểu hỗn hợp 1 Động cơ đốt trong 2 Máy phát điện 3 Ắc quy cao áp 4 Bộ chuyển đổi 5 Động cơ điện một chiều 6 Bộ chia công suất 7 Hộp giảm tốc 4 Hình 1.3: Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền động trên tô Động cơ đốt trong: Là nguồn động lực chính trong động cơ Hybrid, có nhiệm vụ dẫn động trực tiếp bánh xe chủ động và nạp điện cho ắc quy cao áp, có thể sử dụng động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ. .. men Bộ phận điều khiển: Điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện Tức là lúc nào thì chỉ động cơ đốt trong hoạt động, lúc nào thì chỉ động cơ điện hoạt động hoặc lúc nào thì cả động cơ đốt trong và động cơ điện đồng thời hoạt động Hệ thống xử lý khí thải: Khí thải của động cơ luôn là vấn đề được đặt ra tô Hybird có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu,... lượng trở lên Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của tô Hybrid tô hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được... diện của tô v0: Vận tốc tương đối của tô so với không khí Lực cản quán tính: Do tô chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc, lúc giảm tốc) làm xuất hiện lực quán tính 2.2.1.2 Thiết kế, chế tạo a Bài toán thiết kế Yêu cầu đặt ra Thiết kế mô hình tô theo nguyên lý hoạt động của tô Hybrid kểu song song theo các thông số sau: - Tải trọng: 2 người - Tốc độ tối đa: 45km/h - Xe phải có tính động lực cao,... hoạt động của động cơ và của mô tơ điện tiến hành lần lượt) Ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực là động cơ đốt trong và bánh xe Năng lượng được chuyển đổi từ hóa năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rôto của máy phát, máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe 7 Ưu điểm của hệ thống này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động . THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐỘNG CƠ DC BRUSHLESS CHO MÔ HÌNH ÔTÔ HYBRID KIỂU SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành Công Nghệ Cơ điện. khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình tô Hybrid kiểu song song”, là sự kết hợp giữa thiết kế, chế tạo cơ khí với điều khiển tự động, nhằm tạo ra một sản. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ NGÔ VĂN SƠN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐỘNG CƠ DC BRUSHLESS CHO MÔ HÌNH ÔTÔ HYBRID
- Xem thêm -

Xem thêm: Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ô tô Hybrid kiểu song song, Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ô tô Hybrid kiểu song song, Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ô tô Hybrid kiểu song song

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn