ĐẠ Ọ Ộ
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
LUẬN VĂN Ố Ệ
T T NGHI P
Điề ể ối ưu hiệ ất xe ô tô điệ
u khi n t u su n
hai động cơ hai cầ ủ độ
u ch ng
toàn th i gian
ờ
DOÃN TRƯỜNG MINH
Minh.DT211227M@sis.hust.edu.vn
Ngành K thu
ỹ ật Điề ể ự độ
u khi n và T ng hóa
Giảng viên hướ ẫ
ng d n: TS. Võ Duy Thành
Khoa: T ng hóa
ự độ
Trường: Đi Đi
ệ –
n ệ ử
n t
HÀ N /20
ỘI, 8 22
ký c a GVHD
Chữ ủ

Lời cảm ơn
M ng trong cu i tôi.
ộ ớc đi quan trọ
t bư ộ ờ
c đ
Trong quá trình làm vi c t i phòng thí nghi m nghiên c u v n CTI
ệ ạ ệ ứ ề xe điệ
Lab. for EVs, tôi đã nhận đượ ự giúp đỡ ỉ ả ậ ủ ọi ngườ
c s và ch b o t n tình c a m i. Tôi
xin chân thành g i l i ti i th y d n d t tôi
ử ời cám ơn tớ ến sĩ Võ Duy Thành, ngườ ầ ẫ ắ
nh i nghiên c i nh ng câu
ững bước đầu trong quãng đờ ứu, người không “nản” vớ ữ
nói “ngô nghê” củ ữ ời độ ững lúc khó khăn. Thậ
a tôi cùng nh ng l ng viên trong nh t
thiếu sót n u tôi không nh
ế ắc đến anh B o Huy. Anh B o Huy (v i v trí trong lòng
ả ả ớ ị
tôi như một ngườ ầ ỗ ự ữ ắ ề ặ ế ứ
i th y) ngoài là ch d a v ng ch c v m t ki n th c cho tôi nói
riêng và sinh viên CTI nói chung, anh cùng v i th nh
lab ớ ầy Thành là người đị
hướ giúp đỡ ế ế ụ ọ ậ ảm ơn
ng, và khuy n khích tôi ti p t c quá trình h c thu t sau này. C
t t c các b n sinh viên và h c viên làm vi c cùng tôi t i CTI Lab. Không ch tri
ấ ả ạ ọ ệ ạ ỉ
thứ ự giúp đỡ ề ặ ầ
c, s v m t tinh th n g n k
ắ ế ộ
t chúng ta thành m t tậ ể
p th có tình thân,
s t và vui v .
ự đoàn kế ẻ
m t a c t b m t vui khi tôi ti p t c con
Điể ự ủa tôi, gia đình. Tôi biế ố ẹ đã rấ ế ụ
đườ ọ ậ ới bước đầ ạc sĩ. Vớ ự ệ, độ
ng h c t p v u tiên là th i s khích l ng viên và không
kém ph n t h , h ng l c lúc tôi g p tr c tr trong công vi
ầ ự ào ọ đã cho tôi độ ự ặ ắ ở ệc cũng
như cuộc s ng.
ố Em gái tôi, người luôn “không thích anh trai” nhưng vẫn quan tâm
đế ừ thăm quê ừ đó để gia đình ớ ề
n t ng ngày tôi , t luôn là nơi tôi hư ng v .
i mà tôi luôn nh v . Em mang l t ng l
Và em, Huệ, ngườ ớ ề trở ại sự ự tin, độ ực
v i tôi thông qua s khích l sau m i l n tôi v n bên tôi
ớ ự ệ ỗ ầ ấp ngã. Cám ơn em đã đế
lúc tôi khó khăn nhấ ịu đự ự ắ ặ “ ề ề ” ệ ủ
t và ch ng s v ng m t nhi u nhi u do công vi c c a
tôi. Yêu em.
c cùng b n bè, có th nói lúc này tôi h nh phúc
Gia đình, tình yêu, công việ ạ ể ạ
v i hi n t
ớ ệ ại. Cám ơn tất c m
ả ọi người. N u không có m
ế ọi người, không có tôi ngày
hôm nay.
k y.
Cám ơn Bách hoa đã cho tôi quãng đời đáng nhớ như vậ

Tóm t i dung
ắt nộ luận văn
n nhi -motor electric vehicle) nh
Ngày nay, xe điệ ều động cơ (Multi ận được
nhi u s
ề ự thu hút đế ừ
n t c trong gi i h c thu t và ngoài công nghi p. Chúng mang
ả ớ ọ ậ ệ
l i l i ích trong vi m b ng c
ạ ợ ệc đả ảo độ ổn định cũng như sự tiết kiệm năng lượ ủa xe
d a trên kh n có th
ự ả năng phân chia momen giữa các động cơ. Do đó, xe điệ ể tiết
ki ng s d u ki n ho n khi s d ng m t h
ệm năng lượ ử ụng trong điề ệ ạt động cơ bả ử ụ ộ ệ
th th
ố ợ – ộ ệ
ng phân chia momen phù h p m t h ố ản lý năng lượ
ng qu ng. Tuy nhiên,
các nghiên c u trong c qu ng không quan
ứ lĩnh vự ản lý năng lượng đơn thuần thườ
tâm t ng h c c a xe, c là nh ng t n th t gây ra b i hi t c
ới độ ọ ủ ụ thể ữ ổ ấ ở ện tượng trượ ủa
bánh xe khi tương tác vớ ặt đườ ới đối tượng đang xét là xe điện hai độ
i m ng. V ng
cơ hai cầu ch ng toàn th i gian (Dual-motor All-wheel-drive Electric Vehicle),
ủ độ ờ
trong luận văn này, tác giả đề xu t m t chi c t
ấ ộ ến lượ ối ưu dự ệ ấ
a trên hi u su t, có xét
đến động h c d c tr c c
ọ ọ ụ ủa phương tiện. Thu t toán giúp c i thi
ậ ả ện lượng năng lượng
tiêu th b ng vi c khái quát hóa hàm chi
ụ ằ ệ phí liên quan đến năng lượng, cái mà liên
k t gi u khi n chuy ng và qu ng. ng
ế ữa lĩnh vực điề ể ển độ ản lý năng lượ Trong trườ
h p này, chi xu phân chia t n hai c u,
ợ ến lược đề ất đưa ra sự ối ưu tổng momen đế ầ
nh m t u su t t ng trong c quá trình t ng t c và quá trình gi m t c
ằ ối đa hóa hiệ ấ ổ ả ắ ố ả ố .
K t qu mô ph ng và th c nghi c th c hi n v i nhi u k ch b n khác nhau
ế ả ỏ ự ệm đượ ự ệ ớ ề ị ả
đã kiểm ch c hi u qu c a thu t toán. Nh ng k t qu này ch ra r ng, chi
ứng đượ ệ ả ủ ậ ữ ế ả ỉ ằ ến
lược phân chia đề ấ đưa ra khả năng tiế ệ ừ ới 18,8% lượ năng
xu t t ki m t 4,4% t ng
lượ ụ ớ ế ả đưa ra từ ến lược khác đượ ả
ng tiêu th khi so sánh v i k t qu các chi c mô t
trong luận văn.
H c viên th c hi n
ọ ự ệ
Ký và ghi rõ h n
ọ tê

M C
ỤC LỤ
CHƯƠNG 1. TỔ ẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN XE ĐIỆ
NG QUAN QU N.. 1
1.1 T ng quan v n............................................................................... 1
ổ ề ô tô điệ
Đặ ấn đề
t v ................................................................................... 1
C n ......................................................................... 1
ấu hình xe điệ
1.2 n....................................................................... 5
Quản lý năng lượng xe điệ
Khái quát chung về ản lý năng lượ
qu ng ..................................... 7
T u khi n t ................................................. 8
ối ưu hóa và điề ể ối ưu.
1.3 nh v v nghiên c u ......................................................................... 9
Đị ị ấn đề ứ
1.4 C u trúc lu ..................................................................................... 13
ấ ận văn
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾ Ế Ề ỂN ĐỐI TƯỢ
T K ĐI U KHI NG
NGHIÊN C U B
Ứ ẰNG PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VĨ MÔ NĂNG LƯỢNG
EMR .................................................................................................................... 14
2.1 u di ng EMR .................... 14
Giới thiệu phương pháp biể ễn vĩ mô năng lượ
Các nguyên lý chính c ..................................... 14
ủa phương pháp
Các ph n t chính c ......................................... 15
ầ ử ủa phương pháp
Đường điề ỉ
u ch nh...................................................................... 16
2.2 Mô hình hóa xe điện hai động cơ hai cầ ủ
u ch động toàn th i gian quan tâm
ờ
đến độ ọ ọ ụ ủ
ng h c d c tr c c a xe............................................................................... 17
C u hình h ng ..................................................................... 17
ấ ệ thố
Mô hình hệ ố
th ng pin................................................................ 18
H n.................................................................. 18
ệ truyền động điệ
H p s và h ng phanh......................................................... 20
ộ ố ệ thố
Mô hình bánh xe ....................................................................... 20
Mô hình tương tác lố ặ ờ
p xe-m t đư ng ....................................... 21
Mô hình khung vỏ ự
xe và mô hình l c cả ủ
n c a xe ..................... 22
2.3 h u khi n.................................................................... 23
Thiết kế ệ thống điề ể
Thiết kế ộ điề ể ố ộ
b u khi n t c đ xe............................................... 23
Thiết kế ộ
b phân chia momen................................................... 26
CHƯƠNG 3. ĐIỀ Ể ỐI ƯU HIỆ Ấ Ử ỤNG NĂNG
U KHI N T U SU T S D
LƯỢNG TRÊN ĐỐI TƯỢ Ứ
NG NGHIÊN C U............................................... 29
3.1 nh hình bài toán.................................................................................... 29
Đị
3.2 y ho ng cho bài toán t u su .................... 29
Qu ạch độ ối ưu hóa hiệ ấ ộng cơ
t đ
Nguyên lý tối ưu ....................................................................... 30

Áp dụng phương pháp quy hoạ ộ ớ
ch đ ng v i v i
ấn đề ối ưu trên đố
t
tượ ứ
ng nghiên c u ......................................................................................... 31
3.3 c qu n y u t m n.. 34
Chiến lượ ản lý năng lượng xét đế ế ố ặ ờng trên xe điệ
t đư
Trong quá trình tăng tốc............................................................ 35
Trong quá trình giảm tốc........................................................... 36
3.4 Bàn lu n m r ng..................................................................................... 40
ậ ở ộ
H s t u su ng.................. 40
ệ ố ối ưu khi hiệ ất hệ truyền động lý tưở
Các h s phân ph ng................. 41
ệ ố ối tối ưu với mặ ờng lý tưở
t đư
CHƯƠNG 4. KẾ Ả Ỏ Ự Ệ Ớ Ệ
T QU MÔ PH NG VÀ TH C NGHI M V I H
THỐNG HARDWARE IN THE LOOP .......................................................... 42
4.1 K mô ph ng th c hi n trên n n t ng MATLAB/Simulink ............ 43
ết quả ỏ ự ệ ề ả
K n mô ph ................................................................... 43
ịch bả ỏng
K mô ph ng và bàn lu n ................................................. 44
ết quả ỏ ậ
4.2 K c nghi m trên h ng Hardware- - - ...................... 51
ết quả thự ệ ệ thố in the loop
Xây dự ệ ố ự
ng h th ng th c nghiệm............................................... 51
K c nghi m và bàn lu n.............................................. 53
ết quả thự ệ ậ
4.3 K ng phát tri u ................. 55
ết luận và hướ ển trong tương lai của nghiên cứ
K n t ng quát..................................................................... 55
ết luậ ổ
Hướ ể ủ ứu trong tương lai
ng phát tri n c a nghiên c ..................... 55
DANH MỤ Ố Ọ
C CÁC CÔNG B KHOA H C................................................... 57
TÀI LIỆ Ả
U THAM KH O ................................................................................. 58

DANH MỤ Ẽ
C HÌNH V
Hình 1.1 Phân loại c th
ấ ệ
u trúc theo h ống năng lượng cho xe điện [10]............... 2
Hình 1.2 Các c n ph bi n. (a) Truy ng c c. (b) Truy
ấu hình xe điệ ổ ế ền độ ầu trướ ền
độ ầ ử ụ ộ ộng cơ. (c) Truyền độ ầ ủ độ ử ụ
ng hai c u s d ng m t đ ng hai c u ch ng s d ng hai
động cơ. (d) Truyền động 4 bánh độ ập 4 động cơ.
c l ............................................ 4
Hình 1.3 Các lớp bài toán điề ển trong xe điệ
u khi n. ............................................. 6
Hình 1.4 Phân loại các phương pháp quản lý năng lượng. .................................... 7
Hình 2.1. Nhữ ầ ử cơ bả ủ
ng ph n t n c a EMR.......................................................... 15
Hình 2.2. Các phầ ử điề ể ủ
n t u khi n c a EMR. ....................................................... 16
Hình 2.3. Các phầ ử ủ
n t thích nghi c a EMR......................................................... 16
Hình 2.4. Khối chiến lượ ề ể ủ
c đi u khi n c a EMR.................................................. 16
Hình 2.5 Cấ ệ ố
u hình h th ng. ................................................................................ 17
Hình 2.6. Mạ ện tương đương củ
ch đi a hệ ố
th ng pin. .......................................... 18
Hình 2.7 Bản đồ hiệu su t c
ấ ủa động cơ truyền động cầu trước của đối tượng nghiên
c u........................................................................................................................ 19
ứ
Hình 2.8 B hi u su t c ng c u sau c ng nghiên
ản đồ ệ ấ ủa động cơ truyền độ ầ ủ ối tượ
a đ
c u........................................................................................................................ 19
ứ
Hình 2.9 Tính chấ ố ặ ờ ủ
t l p xe-m t đư ng ( c
  󰇜 a một s lo i m
ố ạ ặ ờ
t đư ng......... 21
Hình 2.10 Bi u di n EMR c a mô hình xe v i s n i b t c ng ch nh.
ể ễ ủ ớ ự ổ ậ ủa đườ ỉnh đị
.............................................................................................................................. 23
Hình 2.11 Đườ ỉnh định “Tunning path” và đường điề ển “Control path”
ng ch u khi
c ng. ........................................................................................................ 23
ủa hệ thố
Hình 2.12 Mạch vòng kín điề ể ốc độ ử ụ ấu trúc điề ể
u khi n t xe s d ng c u khi n PI. 24
Hình 2.13 M u khi n t xe s d ng c u khi n IP.
ạch vòng kín điề ể ố ộ
c đ ử ụ ấu trúc điề ể 25
Hình 2.14 Biể ễ ủ
u di n EMR c a bộ điề ể ố ộ
u khi n t c đ xe. ..................................... 26
Hình 2.15 Bi u di n EMR cho ph n mô hình và ph u khi n c a toàn b h
ể ễ ầ ần điề ể ủ ộ ệ
thống..................................................................................................................... 28
Hình 3.1 Biể ễ ủ
u di n backward c a h a trên EMR.
ệ ố ự
th ng d ................................ 31
Hình 3.2 Bi u di n backward và mô hình gi c c a kh i khung v xe d ng
ể ễ ản lượ ủ ố ỏ ạ
EMR. .................................................................................................................... 32
Hình 3.3 M i quan h gi a h s ma sát (friction coefficient) và t s t (slip
ố ệ ữ ệ ố ỷ ố trượ
ratio). .................................................................................................................... 34
Hình 3.4 thu t toán tìm ma tr n h s phân ph
Lưu đồ ậ ậ ệ ố ối và ma tr n hàm
ậ
chi phí  ho c hàm m c tiêu
ặ ụ  trong m t chu kì trích m u c a kh i Strategy.
ộ ẫ ủ ố
.............................................................................................................................. 38
Hình 3.5 thu t toán tìm h s phân ph trong m t chu kì trích m u
Lưu đồ ậ ệ ố ối  ộ ẫ
c i Strategy.................................................................................................. 39
ủa khố

Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán đề xu t tìm các h s phân ph i trong toàn b quá trình.
ấ ệ ố ố ộ
.............................................................................................................................. 40
Hình 4.1 Chu trình lái WLTC class e3................................................................. 43
Hình 4.2 Chu trình lái ARTEMIS Urban............................................................. 43
Hình 4.3 So sánh lượ ạ ạ ủ ế ả ạ ạch độ
ng tr ng thái s c SoC c a k t qu ch y quy ho ng và
k gi i hàm t ng h u ki n m ng)................... 44
ết quả ả ối ưu (trườ ợp điề ệ ặ ờng lý tưở
t đư
Hình 4.4 So sánh h s phân ph i l c hai c u
ệ ố ố ự ầ  c a k t qu
ủ ế ả chạy quy hoạch động
và k i hàm t ng h u ki n m ng).............. 44
ết quả giả ối ưu (trườ ợp điề ệ ặ ờng lý tưở
t đư
Hình 4.5 Bi các t
ểu đồ ốc độ trên xe: tốc độ thự ốc độ
c ( ), t
 đặ ậ ố
t ( ), v
 n t c
hai bánh xe ( và ng v ....................... 45
 ), ứ ới chu trình ARTEMIS Urban.
Hình 4.6 B hi u su t c t t i c c, ng v i chu trình
ản đồ ệ ấ ủa động cơ đặ ạ ầu trướ ứ ớ
ARTEMIS Urban. Nh ng vòng tròn màu xám th hi m làm vi c (operating
ữ ể ện điể ệ
points)................................................................................................................... 45
Hình 4.7 Bản đồ hi u su t c
ệ ấ ủa động cơ đặt t i c u sau,
ạ ầ ứng v i chu trình ARTEMIS
ớ
Urban. Nhữ ể ện điể
ng vòng tròn màu xám th hi m làm việc (operating points). .. 46
Hình 4.8 S phân ph c truy ng gi a hai c u, ng v i chu trình ARTEMIS
ự ối lự ền độ ữ ầ ứ ớ
Urban.................................................................................................................... 46
Hình 4.9 Bi các t
ểu đồ ốc độ trên xe: tốc độ thự ốc độ
c ( ), t
 đặ ậ ố
t ( ), v
 n t c
hai bánh xe ( và ng v .......................... 47
 ), ứ ới chu trình WLTC class e3.
Hình 4.10 B n
ả đồ hi u su t c
ệ ấ ủa động cơ đặt t i c
ạ ầu trước, ứ ớ
ng v i chu trình WLTC
class e3. Nh c (operating points).
ữ ể ện điể ệ
ng vòng tròn màu xám th hi m làm vi 47
Hình 4.11 B hi u su t c i c u sau, ng v i chu trình WLTC
ản đồ ệ ấ ủ ộng cơ đặ
a đ t tạ ầ ứ ớ
class e3. Nh c (operating points).
ữ ể ện điể ệ
ng vòng tròn màu xám th hi m làm vi 47
Hình 4.12 S phân ph i l c truy ng gi a hai c u, ng v i chu trình WLTC
ự ố ự ền độ ữ ầ ứ ớ
class e3. ................................................................................................................ 48
Hình 4.13 So sánh k t qu mô ph ng v t ng tiêu th
ế ả ỏ ề ổng năng lượ ụ , năng
lượ và năng lượ ữa các trườ ợp khi đánh giá
ng kéo  ng tái sinh gi
 ng h
b ng các chu trình lái ARTEMIS Urban và WLTC class e3............................... 50
ằ
Hình 4.14 Sơ đồ ố ấ ỏ ợ ầ ứ ạ ề ệ
kh i c u trúc mô ph ng tích h p ph n c ng d ng truy n tín hi u
(Signal Hardware- -the- ............................................................................ 51
in loop).
Hình 4.15 Ghép nối ph th
ầ ứ ệ
n c ng h ống. ............................................................ 52
Hình 4.16 Biểu đồ ế
k t quả ạ ự
ch y th c nghiệ ỏ ợ ầ ứ
m mô ph ng tích h p ph n c ng (HIL)
các tốc độ trên xe: tốc độ thực ( ), t
 ốc độ đặt ( ), v n t c hai bánh xe (
 ậ ố 
và ng v i chu trình WLTC class e3......................................................... 53
), ứ ớ
Hình 4.17 So sánh lượ ạ ạc SoC đưa ra từ ế ả ế ả
ng tr ng thái s k t qu HIL và k t qu mô
ph ng.................................................................................................................... 53
ỏ
Hình 4.18 So sánh l HIL và k
ực truyền độ ầu trước đưa ra từ ế
ng c k t quả ết quả mô
ph ng.................................................................................................................... 54
ỏ
Hình 4.19 So sánh l c truy ng c k t qu HIL và k t qu
ự ền độ ầu sau đưa ra từ ế ả ế ả mô
ph ng.................................................................................................................... 54
ỏ

DANH M C B
Ụ Ả Ể
NG BI U
B ng 1.1 Tính ch t c a các lo n ph thông [3].......................................... 3
ả ấ ủ ại xe điệ ổ
B ng 1.2 B ng phân
ả ả loại phương pháp phân phối momen xét t i y u t
ớ ế ố năng lượng.
.............................................................................................................................. 12
B ng 4.1 Thông s ng nghiên c u Mitsubishi iMiEV........................... 42
ả ố đối tượ ứ –

DANH M C T VI
Ụ Ừ ẾT TẮT
HIL : Hardware the
- -
In -Loop
EV : Electric Vehicle – Phương tiệ ạ ằng điệ
n ch y b n
EMR : Energetic Macroscopic Representation
u di ng
– Phương pháp biể ễn vĩ mô năng lượ
SoC : State of Charge ng thái s c
– Trạ ạ
ECU : Electronic Control Unit – ầ ử điề ển điệ ử
Ph n t u khi n t

DANH MỤ Ệ
C KÍ HI U

 Điệ ở ạ ủ
n áp h m ch c a cell pin

 Điệ ở ủ
n tr trong c a cell pin

 Trạ ạ
ng thái s c của cell pin

 Điện áp đầ ủ
u ra c a cell pin

 Dòng điệ ủ
n c a cell pin

 Điệ ủ ệ ố
n áp c a h th ng pin

 Dòng điệ ủ ệ ố
n c a h th ng pin

 S i ti p trong m ng pin
ố cell nố ế ột nhánh của hệ thố
 S nhánh song song c ng pin
ố ủa hệ thố
 Tượng trưng ầ ử ạ ầu trướ ặ
ph
cho n t t i ( -c
 front c) ho c 
( -c u sau)
rear ầ

 Momen sinh ra từ ệ ền độ điệ
h truy ng n

 Dòng điệ ệ ền độ điệ
n h truy ng n
 T quay c
ố ộ
c đ ủ ộng cơ
a đ

 Hiệ ấ
u su t h truy
ệ ền độ điệ
ng n

 H s bi u di n dòng ch ng t truy n
ệ ố ể ễ ảy năng lượ ại hệ ề
động điện

 Momen hộ ố
p s sinh ra

 T s h p s
ỷ ố ộ ố

 Hiệ ấ
u su t hộ ố
p s

 H s bi u di n dòng ch ng t p s
ệ ố ể ễ ảy năng lượ ại hộ ố

 Momen phanh cơ

 Momen tạ ụ
i tr c bánh xe

 Bánh kính bánh xe

 L ng trên m i bánh xe t i c c ho u
ự ộ
c phát đ ỗ ạ ầu trướ ặc cầ
sau

 Momen quán tính tại bánh xe
 T quay c a bánh xe
ố ộ
c đ ủ

 H s ma sát
ệ ố

 T s
ỷ ố trượt




 Các h s u di n tính ch ng
ệ ố biể ễ ất mặt đườ

 L n
ực pháp tuyế

 T dài d c c a xe
ố ộ
c đ ọc trụ ủ




 Các thông s hình h c c
ố ọ ủa xe
 Khối lượng quy đổ ủ
i c a xe


 Gia tốc d c c
ọ ụ
c tr ủa xe

 L ng d c trên khung v xe
ự ộ
c phát đ ọc trụ ỏ

 Phả ự
n l c từ ờ
môi trư ng
 M không khí
ậ ộ
t đ

 H s kéo c
ệ ố ủa xe

 Diệ ặ
n tích m t cản gió trước

 T gió
ố ộ
c đ

 H s c
ệ ố ản lăn
 Gia tốc trọng trường
 Độ ố ủ ặ ờ
d c c a m t đư ng

1
CHƯƠNG 1. Ổ ẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN XE ĐIỆ
T NG QUAN QU N
1.1 T ng quan v n
ổ ề ô tô điệ
Đặ ấn đề
t v
Thế ới đang đố
gi i mặ ớ ữ ấ ề ấ ế
t v i nh ng v n đ c p thi t liên quan t i ng
ớ môi trườ
và s c n ki t d n ngu n
ự ạ ệ ầ ồ năng lượng hóa th , cùng v
ạch ới đó là s nóng lên c a trái
ự ủ
đấ ệ ứ ả ạ ừ xe động cơ đố ọ
t do hi u ng nhà kính và khí th i t o ra t t trong (cách g i khác
là xe truy n th ng). Nh ng v này
ề ố ữ ấn đề ảnh hưởng tr c ti p t i s c kh
ự ế ớ ứ ỏe con người,
cho nên, s ng di chuy u t t y u [1]. c nghiên c u và
ự thay đổi xu hướ ển là điề ấ ế Việ ứ
phát tri n c ng lo n truy ng b ng n (cách g i khác là xe
ể ủa nhữ ại phương tiệ ền độ ằ điệ ọ
điện), bao g m xe ch
ồ ạy điện hoàn toàn (full electric vehicles) và xe điện lai (hybrid
electric vehicle ã c
s), đ và đang đượ
thu hút s quan tâm l n t chính ph và
ự ớn đế ừ ủ
cộng đồng. Loại hình này được kì v ng là gi i pháp ti
ọ ả ềm năng thay thế cho xe động
cơ đốt trong trong tương lai ầ ọ ố ả đả ả
, góp ph n quan tr ng trong b i c nh m b o an ninh
năng lượ ững ưu điể ề ặ ền độ ớ ữ ề
ng. Chúng có nh m v m t truy ng so v i nh ng xe truy n
thống như sau .
[2]
• S ng c c phanh và l c n kho ng vài mili giây
ự đáp ứ ủa lự ực lái ủ ộng cơ điệ
a đ ả
và u l n so v t trong (t n 100 l n).
nhanh hơn nhiề ầ ớ ộng cơ đố
i đ ừ 10 đế ầ
• Có th u khi c l ng bánh và truy ng m
ể điề ển độ ập động cơ trong từ ền độ ỗi
bánh.
• Momen động cơ đưa ra có thể ừ dòng điện động cơ.
tính toán chính xác t
Nhiề ệ cũng như cấu trúc xe đã đượ
u công ngh c nghiên c u phát tri n
ứ ể trong
c khía c nh h c thu t l n công nghi p trên toàn gi i trong vòng nhi
ả ạ ọ ậ ẫ ệ thế ớ ều năm
qua [6]. Bên c nh nh nh ng v l khi so sánh gi
[3]– ạ ững ưu điểm, ữ ấn đề ớn ữa xe điện
và xe truy n th ng còn t n t i ng có th c trong m quá trình
ề ố ồ ạ như đoạn đườ ể đi đượ ột
lái, năng lượ ụ ệu năng truyền độ ự ữ ấ
ng tiêu th , hi ng và s an toàn [3], [4]. Nh ng v n
đề đã ở ều hướ ứ ề điề ể ển độ
này m ra nhi ng nghiên c u v u khi n chuy ng (motion
control) [7], [8] u khi n l u khi n nh
như điề ể ực kéo (traction control), điề ể ổn đị
(stability control); và h ng qu ng (energy management system-
ệ thố ản lý năng lượ
EMS) [9], [10] nhằm t n d ng
ậ ụ các ưu điểm của phương tiện ch n
ạy điệ để ầ
d n hoàn
thi lu
ệ đẩ ạ ứ ụ ề ệ
n, y m nh ng d ng chúng vào n n công nghi p. Trong ận văn này ẽ
, ta s
xét đế ấn đề ản lý năng lượ ằ ối ưu ệ ấ ử ụ ủ ệ
n v qu ng nh m t hi u su t s d ng c a toàn h
thố ớ ế ố độ ọ ọ ụ ủ ừ đó có thể kéo dài quãng đườ
ng, xét t i y u t ng h c d c tr c c a xe, t ng
có thể đi được.
C n
ấu hình xe điệ
1.1.2.1. C u hình c n truy ng b n
ấ ác phương tiệ ền độ ằng điệ
Như đã đề c p t i m
ậ ạ ục 1.1.1 trên, nh ng lo i xe ch
ở ữ ạ ạy điệ ổ
n ph bi n, thu hút
ế
đượ ự ứ ể ệ ồ ạy điệ
c s quan tâm nghiên c u và phát tri n hi n nay, bao g m: xe ch n hoàn
toàn và xe điện lai. Phân loại cơ bản d a trên d ng ngu n c p và c u trúc h
ự ạ ồ ấ ấ ệ thống
năng lượ cho xe điện đượ ở ạnh đó, đặ
ng (powertrain) c trình bày Hình 1.1. Bên c c
điể ủ ữ dòng xe đặc trưng đượ ổ ợ ả
m c a nh ng c t ng h p trong B ng 1.1.

2
Hình 1.1 Phân lo c u trúc theo h n .
ại ấ ệ thống năng lượng cho xe điệ [10]
Trong Hình 1.1, x n lai, vi c xây d ng c u hình d
ét đối tượng là xe điệ ệ ự ấ ựa
trên s s p x p gi a các ngu n. Các c u hình
ự ắ ế ữ ồn: động cơ đốt trong và động cơ điệ ấ
đã và đang được đượ ứ ụ ồ ấ ố ế ấ
c ng d ng bao g m: C u hình n i ti p (Series HEV), c u
hình song song (Parallel HEV), c u hình h n h p (Series-parallel HEV) và Plug-
ấ ỗ ợ
in HEV. M i lo i c m khác nhau. Tuy nhiên,
ỗ ạ ấu hình đều có ưu điểm và nhược điể
để đánh giá cấ ợ
u hình phù h p và n i tr u hình n i ti p thì r t hi u qu khi
ổ ội hơn, cấ ố ế ấ ệ ả
động cơ đốt trong chạy độ ậ
c l p v m
ề ặt cơ khí với xe, cho nên có th v
ể ận hành động
cơ đố ở ốc độ ối ưu củ ừ đó, hệ ống đạ ệ ấ
t trong t và momen t a nó. T th t hi u su t và
kh m nhiên li u t trong s u hình .
ả năng tiết kiệ ệ cao nhấ ố các cấ được xét
i v i xe i ng ti p c n d a trên ngu n c
Đố ớ chạy đ ện hoàn toàn, có hai hướ ế ậ ự ồ ấp
chính (primary source) n s d ng pin (Battery- n s
: Xe điệ ử ụ based EV) và xe điệ ử
d ng pin nhiên li u (Fuel cell-based EV). V i vi c s d ng các ngu n chính có
ụ ệ ớ ệ ử ụ ồ
m pin nhiêu li u (fuel cell), xe s
ật độ năng lượng cao như pin (battery) hoặc ệ ẽ có
h n ch v v ng công su t do m công su t c a hai lo u
ạ ế ề ấn đề huy độ ấ ật độ ấ ủ ại này đề
khá th p c l p thêm m t ngu n ph b sung m công su t này là
ấ [11]. Việ ắ ộ ồ ụ để ổ ật độ ấ
c n thi t, có th k
ầ ế ể ể đến như siêu tụ ho c th m chí là pin ( ng v
ặ ậ ứ ới trường h p ngu n
ợ ồ
chính là fuelcell).
phân lo t 1.1, k p v n tr
Thông qua sự ại ại Hình ết hợ ới hiệ ạng các dòng xe đã
ứ ụ ệ ả ất liên quan đế
ng d ng trong công nghi p, B ng 1.1 trình bày các tính ch n ba
dòng chính: Xe điện lai (HEVs), xe điệ ạ ằ
n ch y hoàn toàn b ng pin (BEVs) và xe
điệ ử ụng pin năng lượ
n s d ng (FCEVs).
Xe điệ ớ ồ ệ ố ả căn bả đượ
n v i ngu n chính là h th ng pin (BEVs) là gi i pháp n c
s d gi i quy ng, s di chuy n và vi nóng lên toàn c u.
ử ụng để ả ết vấn đề năng lượ ự ể ệc ầ
Tuy nhiên, giá thành cao, quãng đườ ể ị ạ ế ờ ạ ừ
ng di chuy n b h n ch , th i gian s c dài (t
8-10 ti ng), s ng hành khách và không gian s d ng là nh ng gi i h n trong
ế ố lượ ử ụ ữ ớ ạ
vi c ph bi n c dòng xe này. V ng này, nh ng nghiên c u nh m lo
ệ ổ ế ủa ới đối tượ ữ ứ ằ ại
b ho c gi m thi u nh ng ng c a nh ng y u t k v
ỏ ặ ả ể ữ ảnh hưở ủ ữ ế ố ể trên ẫn đang thu hút
đượ ố ợ ự ớ ủ ộng đồ ọ ậ
c s lư ng s quan tâm l n c a c ng h c thu t.
n nh khuy ng v trong c
Xe điện lai (HEVs) được phát triể ằm bổ ết nhữ ấn đề ả
xe động cơ đố ề ống và xe điệ ạ ầ ạ ử ụ
t trong truy n th n ch y thu n pin. Lo i này s d ng
động cơ đốt trong (ICE) để chuyển hóa năng lượng từ xăng và dầu sang năng lượng
cơ. Nhiề ấu hình xe lai đượ ể ạ ắ ồ ể ố ế
u c c phát tri n theo d ng m c các ngu n ki u n i ti p
ho c song song ho c ph p.
ặ ặ ối hợ
Electric vehicle (EV)
Hybrid electric
vehicle (HEV)
Full electric
vehicle
Series
HEV
Fuel cell-based
EV
Parallel
HEV
Series-parallel
HEV
Plug-in
HEV
Battery-based
EV
Battery Battery + SC FC + Battery FC + SC FC + Battery + SC

3
Xe điện s d
ử ụng pin năng lượng (FCVs) tạo ra điện t hydrogen. Ngu
ừ ồn năng
lượng này đượ ử ụ ớ ục đích: thứ ấ ể dùng để ền độ
c s d ng v i hai m nh t là có th truy ng
xe, th hai là có th trong h
ứ ể lưu trữ ệ thống lưu trữ năng lượng như pin hoặc là siêu
t . M ng t n thông qua các ph n ng hóa h
ụ ặ ợ
c dù pin năng lư ạo ra điệ ả ứ ọc, tuy nhiên,
chúng không đố ệ ạ ạ ả ạnh đó, sả
t nhiêu li u hóa th ch nên không t o ra khí th i. Bên c n
ph m ph c a ph n
ẩ ụ ủ ả ứng này là nước, không gây h i
ạ cho môi trườ ự ạt độ
ng. S ho ng
c n lo i này mang l m giác êm ái và tho i mái khi lái.
ủ ệ
a xe đi ạ ại cả ả
B ng 1.1 Tính ch t c a các lo n ph thông .
ả ấ ủ ại xe điệ ổ [3]
Loạ ệ
i xe đi n Xe điệ ử ụ
n s d ng
ngu n chính là
ồ
pin (BEVs)
Xe điện lai (HEVs) Xe sử ụ
d ng pin
nhiên li u (FCVs)
ệ
Cơ cấu
truyền động
● Truy ng
ền độ
b n
ằng động cơ điệ
● Truy ng b
ền độ ằng động cơ
điện
● Động cơ đốt trong
● Truy ng b ng
ền độ ằ
động cơ điện
H ng
ệ thố
năng lượng
● Pin
● Siêu tụ
● Pin
● Siêu tụ
● Máy phát vận hành b ng
ằ
động cơ đốt trong
● Pin năng lượng
● Cầ ặ
n thêm pin ho c
siêu t nâng cao
ụ để
m công su t cho
ật độ ấ
quá trình kh ng
ởi độ
Tính chất ● Không khí thải
● Hiệ ất năng
u su
lượng cao
● Không phụ ộ
thu c
vào ngu n d u thô
ồ ầ
● Khoảng cách di
chuy n h n ch
ể ạ ế
● Giá thành ban
đầu cao
● Có khả năng
thương mại hóa
● Lượ ả
ng khí th i thấp
● Tiế ệm xăng dầu hơn so
t ki
v t trong
ới xe động cơ đố
truy n th ng
ề ố
● Quãng đường di chuyển
dài
● Phụ ộ ồ
thu c vào ngu n dầu
thô
● Giá thành cao hơn so với
xe truy n th
ề ống
● Ưu điể ề ứ
m v m c ti t ki
ế ệm
xăng dầ ả
u và khí th i phụ
thu c vào m công su
ộ ức độ ất
c n và pin
ủa động cơ điệ
cũng như chu trình lái.
● Có khả năng thương mại
hóa
● Không phát thải
ho phát th i r
ặc độ ả ất
thấp
● Hiệ ất năng
u su
lượng cao
● Không phụ ộ
thu c
ngu n d u thô (n u
ồ ầ ế
không s d ng ngu n
ử ụ ồ
d s n xu
ầu để ả ất
hydrogen)
● Khoảng cách di
chuy n l n
ể ớ
● Giá thành cao
● Đã có sả ẩ
n ph m
thương mại
Vấn đề chủ
y u
ế
● Pin và vấn đề
qu n lý pin
ả
● Cơ sở ạ ầ
h t ng sạc
● Giá thành
● Điề ể ối ưu hóa và
u khi n, t
qu n lý v n
ả ấn đề đa nguồ
năng lượng.
● Thiế ế ấ
t k c u hình và qu n
ả
lý pin
● Giá thành tuổ ọ
i th
và độ ậ ủ
tin c y c a pin
năng lượng.
● Cơ sở ạ ầ
h t ng
hydrogen
M c dù HEVs có nhi t n t i nhi u gi i h n
ặ ều ưu điểm, dòng xe này cũng ồ ạ ề ớ ạ
c ng m i quan tâm chính bao g
ần lưu ý. Nhữ ố ồm:
• Việc tăng giá thành đế ừ động cơ, hệ ống lưu trữ năng lượ
n t th ng và b bi n
ộ ế
đổ ấ
i công su t;
• Độ ậy và tính đả ả
tin c m b o;
• Độ ế ừ điệ ủ ệ ố
an toàn đ n t n áp cao c a h th ng xe;

4
• S n t gây ra b i v t dòng cao v i t n s
ự tương tác điệ ừ ở ấn đề đóng cắ ớ ầ ố cao
trong h th
ệ ống điện.
V liên quan t
ấn đề ới xe điện FCV như sau:
• Giá thành của pin năng lượng;
• Việc lưu trữ hydrogen;
• S n xu t và s v n chuy n hydrogen;
ả ấ ự ậ ể
• c ng.
Tuổi thọ ủa pin năng lượ
Trong th c t , công ngh t r t nhi u thành t u khi c m
ự ế ệ pin đang đạ ấ ề ự ả ật độ công
suấ ật độ năng lượng đượ ả ện đáng kể điều này mang đế ả
t và m c c i thi (
[12] n kh
năng nâng cao công su t có th
ấ ể huy động và đặc biệt là quãng đường đi được) cùng
v i s phát tri n c a ng công ngh s c [13] c nhanh, s c không dây)
ớ ự ể ủ nhữ ệ ạ (sạ ạ . Đối
tượ ứ ủ ận văn thuộ dòng xe điệ đượ ấ ồ ầ
ng nghiên c u c a lu c n BEVs, c c p ngu n thu n
t h ng pin.
ừ ệ thố
1.1.2.2. C c c p ngu n n t h ng pin-
ấu hình xe điện đượ ấ ồ thuầ ừ ệ thố BEVs
Trong luận văn này, ạ
ph m vi đượ ọ
c thu g n trong vi c nghiên c
ệ ứu đối tượng
dòng BEVs. Từ đây, thuậ ữ “xe điện” dành để ỉ phương tiệ ạy điện, đượ
t ng ch n ch c
c p ngu n thu n t h ng pin.
ấ ồ ầ ừ ệ thố
Các c u hình c nêu ra t Hình 1.2, chúng c phân lo i theo
ấ cơ bản đượ ại đượ ạ
s ng và v trí c a Xét v khía c nh an toàn, c u hình nhi
ố lượ ị ủ động cơ. ề ạ ấ ều động cơ
(multiple-motor configuration) đưa ra khả năng cải thi n tính tin c y trong s ho
ệ ậ ự ạt
động hệ thố ựa theo đó
ng. D , chúng được đề xu t và phát tri n nh m m
ấ ể ằ ục đích nâng
cao hiệu năng lái, cả ệ ả năng tích hợp cũng như ự ổn đị
i thi n kh s nh.
Hình 1.2 Các c n ph bi n. (a) Truy ng c c. (b) Truy ng
ấu hình xe điệ ổ ế ền độ ầu trướ ền độ
hai c u s d ng m ng hai c u ch ng s d
ầ ử ụ ột động cơ. (c) Truyền độ ầ ủ độ ử ụng hai động cơ.
(d) Truy c l
ền động 4 bánh độ ập 4 động cơ.
D n và ph bi n, t phân lo b n ki u
ựa trên các cấu hình cơ bả ổ ế a có thể ại thành ố ể
chính như ấu hình điể ủ ầ ế ại xe điệ
Hình 1.2. Hình 1.2(a) là c n hình c a h u h t các lo n
– động cơ kéo đặt phía trướ ền độ ằng bánh trướ
c thân xe và truy ng b c.
Tuy nhiên, để ph c v các m
ụ ụ ục đích khác nhau trong đời sống cũng như công
nghi p, nh ng c c chuy i thành các d Hình 1.2 -Hình
ệ ữ ấu hình đượ ển đổ ạng như (b)
1.2(d Hình 1.2(b), d a trên c
). ự ấu hình đã biể ễ
u di n tại Hình 1.2(a), đưa ra cấu hình
phù h p truy
ợ ền động 2 c u (4WD- 4-wheel-drive) s d ng m
ầ ử ụ ột động cơ. Tuy nhiên,










( ( (






(

5
khi s d ng c u hình này, ph
ử ụ ấ ần cơ khí sẽ ứ ạ
ph c t p, hi u su t truy n s
ệ ấ ề ẽ thấp hơn do
c n k t n i truy ng trên 2 tr c và vi c phân ph i l c gi a hai c u c nh
ầ ế ố ền độ ụ ệ ố ự ữ ầ thì ố đị
ho c i thi n nh m này, c u hình t 1.2(c)
ặc khó thay đổi. Để ả ệ ững nhược điể ấ ại Hình
được đề ấ ới 2 động cơ 2 cầ ủ độ ờ ử ụ
xu t v u ch ng toàn th i gian và Hình 1.2(d) s d ng
4 động cơ đặ ạ ủ ạ ững ưu điể ề ấ ể
t t i 4 bánh c a xe. Bên c nh nh m v công su t và chuy n
độ ể điề ển độ ậ các động cơ, giá thành là nhân tố đượ
ng khi có th u khi c l p c quan
tâm chính. trung hòa nh m k c u hình (c) t
Để ững ưu điểm và nhược điể ể trên, ấ ại
Hình 1.2 được tác gi s d
ả ử ụng để làm n n t ng nghiên c u thông qua vi
ề ả ứ ệc xây d ng
ự
và áp d ng thu u khi n t a mình. Vi c mô hình hóa h ng s
ụ ật toán điề ể ối ưu củ ệ ệ thố ẽ
trình bày t i
ạ CHƯƠNG 2 ủ ồ
c a đ án.
1.2 n
Quản lý năng lượng xe điệ
Như đã nêu trên, nhữ ứ ề xe điệ thu hút đượ ự
ng công trình nghiên c u v n c s
quan tâm l n d n theo th i gian trong vòng hai th p k
ớ ầ ờ ậ ỉ trở lại đây. Trong đó, nh ng
ữ
hướ ứ
ng nghiên c u chính bao g m u khi n truy ng và thi t k n t
ồ : điề ể ền độ ế ế điệ ử công
suấ điề ể ển độ ản lý năng lượ và điề ể ự Đây
t; u khi n chuy ng; qu ng u khi n xe t .
lái
cũng là 4 ớ điề ể ang tính khái quát trong xe điệ ạ
l p u khi n m n, trình bày t i Hình 1.3
[14].
u khi n truy ng và thi t k n t công su c không còn
Điề ể ền độ ế ế điệ ử ất là lĩnh vự
xa lạ. Nó được nghiên c u và phát tri n cùng v i s phát tri n c
ứ ể ớ ự ể ủa động cơ và mạch
công su t. Nh ng nghiên c u thu c này g c nh ng
ấ ữ ứ ộc lĩnh vự ần đây chưa tạo đượ ữ
bước nh y v t vì s t
ả ọ ự ối ưu của thuật toán đưa ra cũng như các bước ti n ch m trong
ế ậ
ngành ch t u khi n chuy ng ch y n
ế ạo động cơ. Lĩnh vực điề ể ển độ ủ ếu liên quan đế
sự ổn định và an toàn trong ho ng c
ạt độ ủa xe. Liên quan gần đến lĩnh vực này, điều
khi n xe t ng c t ng hóa cao. Tuy nhiên,
ể ự lái đang là xu hướ ủa tương lai với sự ự độ
nh ng nghiên c u v hai ki m trong vì chúng
ữ ứ ề lĩnh vực này rất khó ểm nghiệ thực tế
c ng th nghi m r t ph c t p và tính an toàn khi th c hi n. An ninh
ần môi trườ ử ệ ấ ứ ạ ự ệ
năng lượ ự ể ủ ệ ớ ềm năng phát triể ủ
ng, s phát tri n c a các công ngh xe cùng v i ti n c a
các ngu n và thi t b ng ng nghiên c u v
ồ ế ị lưu trữ năng lượ đến hướ ứ ề quản lý năng
lượ ề ế ận văn giả ế ản lý năng lượng có xét đế ế
ng. V chi ti t, lu i quy t bài toán qu n y u
t ng h u này t o ra liên k xuyên gi a c nghiên c u
ố độ ọc. Điề ạ ết ữ hai lĩnh vự ứu: Điề
khi n chuy ng và qu Hình 1.3). M t cách
ể ển độ ản lý năng lượng (hai vùng như trên ộ
t ng quan v ng, chúng ta s bàn lu n M c 1.2.1.
ổ ề bài toán năng lượ ẽ ậ ở ụ

6
Hình 1.3 Các l u khi n.
ớp bài toán điề ển trong xe điệ
Driving
Control
Layer
General
Architecture
of
EV
control
Energy
Management
Control
Layer
Motor
Control
Layer
Differential
Gear
Converter
Control
Layer
Motor
Converter
Converter
Control
Motor
Control
Motion
Control
Energy
Management
Observer
(States,
Disturbance)
Autonomous
Driving
Control
Driving
Map
EPS
(
+
Actuator
Control)
Wind
GPS
IMU
Camera
Motion
Control
Layer
Battery
Voltage
Battery
Current
Equivalent
Accelerator,
brake
signals
Energy
Storage
System
Steering
Accelerator
Brake
Current
Sensor
Speed
Sensor
Motor
Current
Motor
Speed
Mechanical
System
Power
System
Control
System
Measurement
System
Command
System
Disturbance
(road
conditions,
wind)

7
Khái quát chung về quản lý năng lượng
S h n ch tài nguyên hóa th ch d n các v liên quan t i an ninh
ự ạ ế ạ ẫn đế ấn đề ớ
năng lượ đi kèm ệ ụ ề môi trường. Điều này thúc đẩ ự ể ủ
ng các h l y v y s phát tri n c a
nh ng ngu ng tái t o và b n v ng a nhi t, th y tri u, gió, m t tr ,
ữ ồn năng lượ ạ ề ữ (đị ệ ủ ề ặ ời)
đi kèm là nhữ ệ ố ả năng lưu trữ năng lượ ệ
ng h th ng có kh ng. Hi n nay, chúng bao
g m nh ng lo i ph bi n pin (Battery), siêu t (Super capacitor
ồ ữ ạ ổ ế và đặc trưng như ụ
hay Ultra capacitor), pin nhiên li u (Fuel cell). Tuy nhiên, khuy m nh ng h
ệ ết điể ữ ệ
thống này là lượng năng lượ ể lưu trữ ộ ầ ạ
ng có th trong m t l n s c b gi i h n
ị ớ ạ , cũng
như tuổ ọ ế ị ộ ấn đề ầ ọ ậ ần đưa ra
i th các thi t b này là m t v c n chú tr ng. Vì v y, ta c
chiến lượ ản lý năng lượ ợp lý để ự ệ ụ
c qu ng h th c hi n các m c tiêu khác nhau tùy
thuộc t ng
ừ ứng d ng. Ví d , yêu c
ụ ụ ầu đặt ra là nâng cao tu i th c
ổ ọ ủa hệ thống, nhi u
ề
nghiên c c th c hi t h h ng pin v i siêu t n khi
ứu đượ ự ện như kế ợp ệ thố ớ ụ để dòng điệ
s c tr l pin b ng ph , s d nh u
ạ ở ại ằ ẳng hơn ử ụng ững phương pháp khác nhau như điề
khi n t [15], [16]
ể ối ưu .
V i yêu c u qu
ớ ầ ản lý năng ợng đề
lư ra, ta s có nhi
ẽ ều hướng gi i quy t nh
ả ế ằm
t o ra m t chi c phù h p v i nh ng tiêu chí t ra t pháp
ạ ộ ến lượ ợ ớ ữ đặ ừ những phương
điề ể ạ ế ủ ữ phương pháp quản lý năng lượng đượ
u khi n. Phân lo i chi ti t c a nh ng c
trình bày như Hình 1.4 .
[17]
Hình 1.4 Phân lo ng.
ại các phương pháp quản lý năng lượ
ENERGY
MANAGEMENT
Rules-based
methods
Optimization-based
methods
Deterministic
Artificial
intelligence
Frequency-
based
Mode- based
Feedback
control
Fuzzy logic
Artificial neuron
network (ANN)
Global optimal
Dynamic
programming
(DP)
Pontryagin’s
minimum principle
(PMP)
Other methods
Optimal
control-based
Meta-heuristic
optimization
Model predictive
control (MPC)
Equivalent consumption
minimization strategy
(ECMS)
Non-linear
programming
Real-time
near-optimal

8
Trong các phương pháp quản lý năng lượng có hướng chính là Rules-based
và d - based).
ựa trên tối ưu hóa (Optimization
Rules- a theo kinh nghi m c i thi t k , nó
based là phương pháp dự ệ ủa ngườ ế ế
bao g ng là ti nh (deterministic) và trí tu nhân t o
ồm hai hướ ền đị ệ ạ (Artificial
intellience - ng nêu trên bao g c nh a trên
AI). Hai hướ ồm các phương thứ ỏ như dự
t n s -based), d a trên ch ho ng (mode- u khi n
ầ ố (frequence ự ế độ ạt độ based) và điề ể
ph n h i (feedback control) (thu nh- deterministic);
ả ồ ộc nhóm phương pháp tiền đị
điề ể ờ ạ ạ
u khi n m (fuzzy control), m ng neuron nhân t o (Artificial neuron network)
(thuộc nhóm phương pháp trí tuệ ạ
nhân t o).
Phương pháp chính thứ ự ối ưu hóa. Chúng đượ
2 là d a vào t c chia thành 2
hướ ối ưu toàn cụ ậ ối ưu thờ ự
ng là t c (global optimal) và c n t i gian th c (Real-time
near- ph bi n
optimal). Trong phương pháp tối ưu toàn cục, các phương thức ổ ế như
điề ạch độ ố ể
u quy ho ng (Dynamic Programming -DP) và nguyên lý t i thi u
Pontryagin, bên c m d ng
ạnh đó là ột số phương pháp khác được sử ụng. Trong hướ
c n t i gian th ch phi
ậ ối ưu thờ ực, chia ra thành các phương pháp con như: quy hoạ
tuyế ựa vào điề ể ối ưu (dựa vào các phương
n (non-linear programming), d u khi n t
pháp như DP và nguyên lý cực tiểu Pontryagin), điều khi n d báo mô hình (MPC),
ể ự
v.v.
Trong lu t ra liên quan t i quá trình t u su
ận văn này, bài toán đặ ớ ối ưu hiệ ất,
hai phương pháp đượ ự ệ ạch độ
c th c hi n là quy ho ng (Dynamic Programming-DP)
thuộ ớ ối ưu toàn cụ
c l p t c (tối ưu hóa offline, nhằm đưa ra tiêu chuẩn đánh giá –
benchmark) và quy ho ch phi tuy n (Nonlinear Programming) thu c l p c n t
ạ ế ộ ớ ậ ối
ưu thờ ự ật toán đề ấ ộ ớ
i gian th c (thu xu t thu c l p này).
Các v n t u khi n t c trình bày
ấn đề liên quan đế ối ưu hóa và điề ể ối ưu sẽ đượ
ở ụ ục 1.3 đưa ra mộ ố ổ , đị ị ứ
M c 1.2.2. M t s góc nhìn t ng quan nh v nghiên c u và
v ng gi y
ạch ra phương hướ ải qu ết.
T u khi .
ối ưu hóa và điề ển tối ưu
D a theo tài li , ph m c nh ng ki n th
ự ệu [18] ần này đưa ra ột cách sơ lượ ữ ế ức
v t u khi n t , l c trình bày t i ph n 1.2.2.1 và
ề ối ưu hóa và điề ể ối ưu ần lượt đượ ạ ầ
1.2.2.2.
1.2.2.1. Tối ưu hóa
V c a bài toán t
ấn đề ủ ối ưu hóa đặt ra: Khi cho m t hàm m c tiêu, nhi m v
ộ ụ ệ ụ
là tìm i
việc giá tr c
ị ực đạ ho c c c ti u c a hàm m c th
ặ ự ể ủ ục tiêu đó. ều này đượ
Đi ể
hiện như sau.

 󰇛󰇜
Giá trị 
c coi l i gi i t có giá tr nh nh t. Ta c
đượ ờ ả ối ưu sao cho hàm  ị ỏ ấ ần
đi tìm 
 a mãn ràng bu t ra, ví d .
để thỏ ộc của bài toán đặ ụ như sau

󰇛󰇜  
󰇛
󰇜 
Trong M 1.2.2 này, s các bi hi n tính vector c a chúng.
ục ự in đậm ến thể ệ ủ
V ng h p gi i bài toán t , c ng, l i gi i t
ới trườ ợ ả ối ưu hóa ần lưu ý rằ ờ ả ối ưu b t bi n
ấ ế
v i gian.
ới thờ

9
1.2.2.2. u khi n t
Điề ể ối ưu
Điề ể ố ưu là nhóm các bài toán tối ưu hóa đượ ứ ụ ệ
u khi n t i , c ng d ng cho h
độ ự ến điề ể ối ưu đượ ể ễn như ớ ố
ng l c. Bi u khi n t c bi u di PT 1.1. Khác v i bài toán t i
ưu hóa, lờ ả ối ưu
i gi i t  i theo th i gian.
là một hàm thay đổ ờ


󰇛󰇜  󰇟
󰇛

󰇜

󰇛

󰇜
󰇠 PT 1.1
Phương trình hệ ống đượ ết dướ ạng vi phân như ồ ạ
th c vi i d PT 1.2 và t n t i
thêm nhữ ộc như
ng ràng bu PT 1.3.
󰇛󰇜

 󰇟

󰇛

󰇜

󰇛

󰇜󰇠
 
PT 1.2
Và 

󰇛󰇜  󰇛󰇜  
󰇛󰇜


󰇛

󰇜 󰇛

󰇜 󰇛

󰇜

󰇟
󰇛

󰇜

󰇛

󰇜󰇠
 
PT 1.3
Dưới góc nhìn người làm điề ể ới u(t) là đầu vào và x(t) là đầ
u khi n, v u ra của
mô hình, i m tìm lu
bài toán đặ ớ
t ra v ục đích ật điề ể ối ưu
u khi n t 

󰇛

󰇜
(bả ấ
n ch t là
đi ế ế ộ điề ể ệ ống có phương trình vi phân mô tả như
thi t k b u khi n) cho h th PT 1.2
để ố ể ụ ớ ữ ớ ạn được đặ
làm t i thi u hàm m c tiêu trình bày 1.4, v
PT i nh ng gi i h t ra
như PT 1.3.
  󰇟
󰇛

󰇜

󰇛

󰇜
󰇠 PT 1.4
Trong toán học, c g
bi n thiên theo các hàm s
ế ố và đượ ọ ế
i là phi m hàm.
S c tiêu ho c hàm chi phí , ta th c hi n thi t k
au khi đưa ra hàm mụ ặ  ự ệ ế ế thuật
toán để ỹ đạ ế ủ
tìm qu o bi n thiên c a 
󰇛

󰇜sao cho hàm m t giá tr c
ục tiêu đạ ị ực đại
ho u.
ặc cực tiể
Trong luận văn này, hai kiế ứ
n th c v t
ề ối ưu hóa và điề ể
u khi n tối ưu được coi
như nề ảng để ải bài toán đặ
n t gi t ra. Với phương pháp đề xu l p c n t
ất thuộc về ớ ậ ối
ưu thờ ự ề ể ối ưu.
i gian th c, đây là bài toán đi u khi n t
1.3 v nghiên c u
Định vị ấ ề
n đ ứ
Trong nh u trên xe có nhi y
ững năm gần đây, các nghiên cứ ều động cơ chủ ếu
tập trung vào hướng điề ể ển độ ụ
u khi n chuy ng (motion control), c thể ố
phân ph
là i
momen đặ ới động cơ để ệ ả trong điề ể ực kéo cũng như
t t nâng cao hi u qu u khi n l
độ ổn đị ủ
nh c a xe trong nh ng h
ững trườ ợp đặc trưng, thí dụ như tăng tố ả
c, gi m tốc
và quá trình chuy ng (r ) [8], [19] [22] u v
ển hướ ẽ – . Trong khi đó, các nghiên cứ ề
qu ng trên nh ng lo ng b ng h c xe và xét trong
ản lý năng lượ ữ ạ ờ
i xe đó thư ỏ qua độ ọ
trư t đư
ờ ợp xe đi trên mặ
ng h ờng lý tưởng.
V ng nghiên c n v -wheel, nghiên c u
ớ ố ợ
i đ i tư ứu là xe điệ ới bốn động cơ in ứ
[23] t toán phân chia momen t ng cho quá trình n
đưa ra một thuậ ối ưu, áp dụ chuyể
hướng phương tiệ ớ ế ả đạt đượ ả ổ ất năng lượ
n v i k t qu c gi m 3% t n th ng. Công trình
[24], [25] n các y u t ng h c, thí d s t (slip ratio)
có quan tâm đế ế ố độ ọ ụ như tỷ ố trượ
và s d ch chuy n s phân chia t i
ự ị ể khối lượng (mass transferring), để chỉ ra hệ ố ố ưu
gi a l c lái/l c phanh trên c
ữ ự ự ầu trước và c u sau. Thông qua nh ng h s phân ph
ầ ữ ệ ố ối

10
này, nghiên c u [26] phát tri n m t thu t toán phân chia momen t i m
ứ ể ộ ậ ớ ỗi bánh để
c n tr ng thái cân b ng toàn c a xe. T u trên
ải thiệ ạ ằ ục củ ất cả các nghiên cứ đều được
ki m ch ng b ng mô ph ng l n th c nghi c k t qu t t. Tuy
ể ứ ằ ỏ ẫ ự ệm và đều đạt đượ ế ả ố
nhiên, nh ng t s phân chia này c c u thành t các thông s
ữ ỷ ố đượ ấ ừ ố khó đo được
(hard- -measure parameters), ví d n t c d c tr c c a xe, kh ng c
to ụ như vậ ố ọ ụ ủ ối lượ ủa
xe; ho c nh ng tham s phi tuy n trong mô hình t n th t c
ặ ữ ố ế ổ ấ ủa động cơ. Chính vì
v y, hi
ậ ệu năng củ ệ
a h thống điều khi n và qu n lý có th b suy gi
ể ả ể ị ảm ứ ớ
ng v i t ng
ừ
điề ệ ặ ờ ự ế
u ki n m t đư ng th c t .
Do s ph c t p c a thu t toán phân chia t
ự ứ ạ ủ ậ ối ưu trong công trình [23], nghiên
c u xu t m t t s phân chia khác d a trên gia t c d c tr c c a xe và s
ứ [27] đề ấ ộ ỷ ố ự ố ọ ụ ủ ử
d l gi i quy t v t
ụng phương pháp tỷ ệ vàng (golden section method) để ả ế ấn đề ối ưu
này. Tuy nhiên, gi i pháp này
ả chỉ ử
s d ng
ụ trong trườ ợ
ng h p xe chạy v v n t c c
ới ậ ố ố
định. Để ảm năng lượ ụ ả
gi ng tiêu th trong c quá trình kéo và quá trình phanh hãm,
[28] [30]
– xu t m t thu t toán cho vi ng d a trên b
đề ấ ộ ậ ệc phân chia năng lượ ự ản đồ
hi u su t c c dù chi c tiêu t
ệ ấ ủa động cơ. Mặ ến lượ ốn ít tài nguyên tính toán đi kèm
v i th s phân ph i nhanh, tuy nhiên, nó yêu c u nhi u th i gian
ớ ời gian đưa ra hệ ố ố ầ ề ờ
cũng như nguồ ực để
n l xây d ng vùng kh
ự ả định khi quan tâm đến động h c c a xe
ọ ủ
điện. Công trình [31] định hình việc phân chia momen dướ ạ
i d ng v t
ấn đề ối ưu hóa
tham s (parametric optimization) và có th áp d ng trong nhi u ch ho
ố ể ụ ề ế độ ạt động
c a xe. S c d a trên m t gi thuy t v mô hình t n th t công su
ủ ự phân chia đượ ự ộ ả ế ề ổ ấ ất
c a h
ủ ệ truyền động và v n t c th c c a xe, nh ng cái mà không d
ậ ố ự ủ ữ ễ để đưa ra chuẩn
xác trong trườ ợ ự ế
ng h p th c t .
V nh ng l i th c a vi c phân chia momen cho quá trình r , nghiên c
ới ữ ợ ế ủ ệ ẽ ứu
[29] so sánh hàng lo các hàm m c tiêu cho vi
ạt ụ ệc phân chia momen, cái mà được
ki m nghi m b ng các thí nghi m th c t trên xe. Công trình này quan tâm t
ể ệ ằ ệ ự ế ới
nh ng t n th t trên vi sai (diffirential) khi phân chia momen và nh ng t n th t gây
ữ ổ ấ ữ ổ ấ
ra b i hi t, t ng (energy-
ở ện tượng trượ ừ đó đưa ra hàm chi phí dựa trên năng lượ
based) và hàm chi phí d -based). Nghiên c u [32] xu
ựa trên sự trượt (slip ứ đề ất một
chiến lượ ố ệ ố ển hướ ứ
c phân ph i momen cho h th ng chuy ng (steering system) ng
v i c n bao g m b , nh nh c a xe
ớ ấu hình xe điệ ồ ốn động cơ ằm duy trì độ ổn đị ủ trong
m t s ng h p nguy hi ng th i ti t ki ng trên xe. H ng
ộ ố trườ ợ ểm, đồ ờ ế ệm năng lượ ệ thố
điề ển đượ ế ế ể ặt đường có độ
u khi c thi t k giúp xe an toàn khi di chuy n qua m ma
sát p v i ít t n th t nh t. Tuy nhiên, hi u qu c a vi u khi n này ch
thấ ớ ổ ấ ấ ệ ả ủ ệc điề ể ỉ được
đánh giá thông ỏng và đặ ệ ầ quan tâm đến độ ưu tiên giữ ự
qua mô ph c bi t c n a s an
toàn và độ ế
ti t kiệm năng lượ ững trườ ợ ẩ ấ
ng trong nh ng h p kh n c p.
u nghiên c u t p trung vào h
Nhiề ứ ậ ệ thống điều khiển phanh để nâng cao khả
năng ả ề năng lượ ộ ệ ả – ựa trên đó, các chiến lượ
tr v ng m t cách hi u qu [33] [39]. D c
đề ất phân chia lượ ấ ới các động cơ trước và sau cũng như
xu ng công su t tái sinh t
là công su t gi m t c t i h ng n. M c tiêu
ấ ả ố ớ ệ thống phanh cơ và hệ thố phanh điệ ụ
chính c a nh ng h t ng tái sinh trong quá trình
ủ ữ ệ thống này là để ối đa hóa năng lượ
gi m m an toàn và nh trong quá trình ho
ảm tốc. Nhằ ục đích đảm bảo cho độ ổn đị ạt
động, đường cong phanh lý tưở curve) thường đượ ử ụng để
ng (ideal braking c s d
đưa ra sự ấ ữ ầ ề ạ ặt đườ ớ
phân chia công su t phanh gi a hai c u trên nhi u lo i m ng v i

11
nh ng tính ch các chi xu t phân chia công
ữ ất khác nhau. Theo đó, ến lược được đề ấ
suất gi a h
ữ ệ thống phanh cơ và phanh điện thông qua những phương pháp như điều
khi n m (Fuzzy Control) , u khi t (sliding mode control) [38], [39],
ể ờ [37] điề ển trượ
và -based v i nh ng bi n ng thái s c (state-of-charge) và/ho c gi
event ớ ữ ế như trạ ạ ặ ới
h n [33], [36].
ạ momen động cơ
Xét t n th t công su t trong tr
ổ ấ ấ ạng thái tĩnh (idle state) và vùng giảm t thông
ừ
c u xu t m t chi c t u su t d
ủa động cơ, nghiên cứ [40] đã đề ấ ộ ến lượ ối ưu hóa hiệ ấ ựa
trên mô hình t n th t b ng cách s d ng b ly h p (clutch) gi n và
ổ ấ ằ ử ụ ộ ợ ữa động cơ điệ
h p s . Công trình [41] d ng h ng này trong nghiên c
ộ ố cũng sử ụ ệ thố ứu xe điện để
đưa ra thuậ ề năng lượ ế ợ ớ ệ ố
t toán v ng phanh khi k t h p v i h th ng ABS (Anti-lock
Braking System) c a xe. Nh ng ti p c c hi u su t kéo
ủ ững hướ ế ận này đạt đượ ệ ấ
(traction efficiency) cao t c thêm b ly h p d n giá
ới hơn 78%, tuy nhiên, việ ộ ợ ẫn đế
th th thi t k
ành hệ ống tăng cũng như gặ ấn đề
p v
các ế ế trong xe.
T góc nhìn c a qu ng, B ng 1.2 phân lo
ừ ủ ản lý năng lượ ả ại các phương pháp
phân ph i momen d a trên quá trình chuy ng.
ố ự ển độ
Trong luận văn này, tác giả đề xu m t h
ất ộ ệ thố ản lý năng lượ ối ưu
ng qu ng t
cho xe điện hai động cơ hai cầ ủ độ ờ ối tượ ứ
u ch ng toàn th i gian (đ ng nghiên c u),
h ng này có quan tâm t ng h c tr c c a xe. Chi xu
ệ thố ớ ộ
i đ ọc dọ ụ ủ ến lược đề ất tối đa
hóa hi u su t t ng c a h ng trong c hai ch c và gi
ệ ấ ổ ủ ệ thố ả ế độ hoạt động: tăng tố ảm
t c, thông qua vi c t ng quát hóa
ố ệ ổ bài toán dướ ạ
i d ng m t hàm chi phí liên quan t
ộ ới
năng lượ ạ ả ạ ều ưu điểm như sau.
ng d ng gi i tích. Hàm này mang l i nhi
• Hàm này thể ệ ấn đề ản lý năng lượ ủ ện đa động cơ.
hi n rõ v qu ng c a xe đi
• Nó cũng chỉ ra tác độ ủa độ ọc xe lên năng lượ ự ố
ng c ng h ng khi có s tiêu t n
trong quá trình x t c
ả ện tượng trượ
y ra hi ủa xe.
• Hàm chi phí liên quan đến năng lượng bao gồm đặc tính c a m
ủ ặt đường, cái
mà t o nên c u n i gi a các nghiên c u qu ng truy n th ng
ạ ầ ố ữ ứ ản lý năng lượ ề ố
và điề ể ển độ ủa xe điệ
u khi n chuy ng c n.
Việ ẫ
c d n gi i quá trình th c hi
ả ự ện và đánh giá tính hiệ ả
u qu c a thu
ủ ật toán được
đưa ra mộ ự, logic trong các chương tiế ủ ận văn.
t cách có trình t p theo c a lu

12
B ng 1.2 B ng phân lo i momen xét t i y u t ng.
ả ả ại phương pháp phân phố ớ ế ố năng lượ
Phương
pháp
Ưu
điểm
Nhược
điểm
Tài
liệu
tham
khảo
Dựa
trên
mô
hình
tổn
thất
(Loss-model
based)
•
Hiệu
quả
chạy
thời
gian
thực
•
Những
thông
số
khó
đo
hoặc
có
tính
phi
tuyến
tồn
tại
trong
mô
hình
tổn
thất
N/A
Quá
trình
tăng
tốc
và
giảm
tốc
(Traction
and
Braking)
•
Độ
chính
xác
cao
•
Quan
tâm
tới
động
học
xe
•
Vấn
đề
liên
quan
đến
thiết
kế
và
giá
thành
khi
thêm
các
thiết
bị
phụ
trợ
cơ
khí
vào
hệ
thống
(
thí
dụ
như
bộ
ly
hợp)
[24]-[26],
[31],
[
]
40
Quá
trình
rẽ
(Cornering)
•
Năng
lượng
tổn
hao
giảm
3%
•
Thuật
toán
phức
tạp
[23]
Rules-based
•
Thường
dễ
thực
hiện
•
Không
mang
tính
hệ
thống
•
Dựa
trên
kinh
nghiệm
của
người
thiết
kế
N/A
Quá
trình
tăng
tốc
(Traction)
•
Công
suất
tính
toán
thấp
•
Quan
tâm
tới
động
học
của
xe
•
Chỉ
áp
dụng
khi
tốc
độ
của
xe
cố
định
[27]
Quá
trình
giảm
tốc
(Braking)
•
Dựa
trên
đường
cong
phân
phối
lực
phanh
lý
tưởng
I
curve:
Xét
cả
vấn
đề
an
toàn
và
-
tiết
kiệm
năng
lượng
•
Sự
lựa
chọn
lực
phanh
(braking
strength)
phức
tạp
trong
các
trường
hợp
cụ
thể
[33]-[39],
[41]
Dựa
trên
bản
đồ
hiệu
suất
(Efficiency-map
based)
•
Thuật
toán
với
công
suất
tính
toán
thấp
•
Độ
chính
xác
của
bản
đồ
hiệu
suất
trong
các
điều
kiện
hoạt
động
khác
nhau
N/A
Quá
trình
tăng
tốc
và
giảm
tốc
(Traction
and
Braking)
•
Hiệu
suất
kéo
cao
•
Hầu
như
bỏ
qua
động
học
của
xe
•
Những
hàm
chi
phí
(
energy-based
and
slip
-
based)
thì
rất
phức
tạp
khi
quan
tâm
tới
động
học
→
Mục
tiêu
của
luận
văn
là
tổng
quát
hóa
vấn
đề
tối
ưu,
có
xét
tới
động
học
xe
[28]-[
]
30
Quá
trình
rẽ
(Cornering)
•
Hoạt
động
trên
đường
có
độ
ma
sát
thấp
với
công
suất
thấp
•
Chỉ
kiểm
chứng
bằng
mô
phỏng
offline
•
Đối
mặt
với
vấn
đề
ưu
tiên
giữa
sự
an
toàn
và
tiết
kiệm
năng
lượng
•
Công
suất
tính
toán
lớn
khi
tối
ưu
hóa
bằng
phương
pháp
dự
đoán
mô
hình
MPC
[32]

13
1.4 C u trúc lu
ấ ận văn
Luận văn đượ ổ ứ ầ ắ
c t ch c thành các ph n, tóm t t nộ ần đượ
i dung các ph c nêu
ra như sau.
• CHƯƠNG 1 nêu ra nh ng v
ữ ấn đề tổng quan liên quan đến xe điện nói chung
và vi c qu n nói riêng. nh v bài toán
ệ ản lý năng lượng trên xe điệ Việc đị ị
đượ ự ệ ộ ọ ệc đánh giá các nghiên cứ
c th c hi n m t cách khoa h c thông qua vi u
đã công bố ừ đây, luận văn xác định đượ ặ
(literature review). T c tính ch t
ch c hi
ẽ ớ phương hướng cùng phương pháp thự
, tính m i trong ện.
• CHƯƠNG 2 ể ễn mô hình xe điện hai động cơ hai cầ ủ độ
bi u di u ch ng toàn
thờ ới độ ọ ọ ụ ủa xe thông qua phương pháp biể
i gian, có xét t ng h c d c tr c c u
di ng EMR. Vi c thi t k u khi
ễn vĩ mô năng lượ ệ ế ế điề ển xe điện cũng được
thực hi n m t cách có h
ệ ộ ệ thống theo nguyên lý nghịch đảo của phương pháp.
• CHƯƠNG 3 ụ ầ ối ưu là năng lượ ụ Hai hướ
nêu ra m c tiêu c n t ng tiêu th . ng
gi i quy c th c hi n: t hóa offline b ng quy ho
ả ết đượ ự ệ ối ưu ằ phương pháp ạch
độ điề ể ối ưu online thông qua
ng (Dynamic Programming-DP) và u khi n t
thuật toán đề ra. Với hướng c n t
ậ ối ưu online, bằng vi c phân chia công su
ệ ất
t u, hàm chi phí ng
ớ ộng cơ đượ ặ
i hai đ c đ t trên hai cầ liên quan tới năng lượ
c a h ng l c h
ủ ệ thống được xác định. Hàm này mang thông tin độ ự ọc cũng
như các tính chấ ủ ặt đườ ừ đây, mộ ầ ố ữa lĩnh vự ả
t c a m ng. T t c u n i gi c qu n
lý năng lượng và điề ể ển động đượ
u khi n chuy c hình thành.
• CHƯƠNG 4 đưa ra nhữ ế ả ỏ ự ệ Ở đây, tính
ng k t qu mô ph ng và th c nghi m.
hi u qu và kh ng th c t c a h c ch ng minh. Sau
ệ ả ả năng áp dụ ự ế ủ ệ thống đượ ứ
đó ầ ế ận và phương hướ ổ ế ạ ữ ệc đượ
là ph n k t lu ng, t ng k t l i nh ng công vi c
thự ệ ận văn, vớ ệ
c hi n trong lu i vi c phát tri n thu t toán qu ng
ể ậ ản lý năng lượ
có ch a y u t ng h c d c tr c c a xe. D
ứ ế ố độ ọ ọ ụ ủ ựa trên hàm chi phí đề xuất, điều
này m ra c u n i gi u khi n chuy ng và qu
ở ầ ố ữa lĩnh vực điề ể ển độ ản lý năng
lượ e điện. Đây là hướ ở
ng trên x ng m , có kh n l n và là
ả năng phát triể ớ cũng
hướ ển tương lai củ
ng phát tri a công trình.

14
CHƯƠNG 2. Ế Ế Ề Ể ỐI TƯỢ
MÔ HÌNH HÓA VÀ THI T K ĐI U KHI N Đ NG
NGHIÊN C U B
Ứ ẰNG PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VĨ MÔ NĂNG
LƯỢNG EMR
m v c mô hình hóa h ng nghiên c u và thi t k
Nhiệ ụ ủa chương này là ệ thố ứ ế ế
điề ể ệ ại chương này ể ễ ệ ền độ
u khi n cho nó. Công vi c chính t là bi u di n h truy ng
như mộ ỉ
t ch nh th ng nh t t ngu
ế thố ấ ừ ồn năng lượ ở đây là
ng ( h ng pin), qua h
ệ thố ệ
truy m c
ền độ ồ
ng (bao g ả điện và cơ) đến tác độ ủ môi trườ đố ới phương
ng c a ng i v
tiệ ể ệ ền độ ằ ề ứ
n. Ta có th mô hình hóa h truy ng b ng nhi u cách th c khác nhau, tuy
nhiên trong này, tác gi xu t s d u di
luận văn ả đề ấ ử ụng phương pháp biể ễn vĩ mô
năng lượng (Energetic Macroscopic Representation - EMR). Nguyên lý ngh c
ị h đảo
c d u khi n t i M 2.3.
ủa EMR được sử ụng để thiết kế điề ể ạ ục
2.1 u di EMR
Giới thiệu phương pháp biể ễn vĩ mô năng lượng
u di
Phương pháp biể ễn vĩ mô năng lượng được đưa vào những năm 2000,
liên t c phát tri n và ng d ng vào các nghiên c u v các h
ục đượ ể ứ ụ ứ ề ệ thống đa vật lý.
EMR t ra h u d ng khi th hi n nhi ng nghiên c c bi t là các h
ỏ ữ ụ ể ệ ều đối tượ ứu, đặ ệ ệ
thố ề tương tác giữ
ng có nhi u a các thành ph : i n gió [42], n m t tr i
ần như Đ ệ điệ ặ ờ
[43] [44]
, b bi n t công su
ộ ến đổi điệ ử ất c bi t là v n ch y n
và đặ ệ ới phương tiệ ạ điệ
(h [45], [46] [49]
ệ ống lưu trữ năng lượ
th ng , [47]
các loại hình xe – ) .
C ng, u di n, m t cách t c (không
ần lưu ý rằ EMR là phương pháp biể ễ ộ ổ chứ
ph i m
ả ột phương pháp mô hình hóa hay một ph n m m) cho phép mô t h ng,
ầ ề ả ệ thố
đồ ờ ổ ậ ảy năng lượng. Phương pháp này tổ ứ ừ
ng th i làm n i b t dòng ch ch c theo t ng
kh c liên k t v i nhau và có b u khi
ối trong đó các khối đượ ế ớ ộ điề ển riêng. Ưu điểm
c t k h u khi
ủa phương pháp là thiế ế ệ thống điề ển đơn giản, đưa ra được tư duy về
t ng th h th ng.
ổ ể ệ ố
Các nguyên lý chính của phương pháp
c xây d ng trên n n t ng 3 nguyên lý chính sau:
EMR đượ ự ề ả
● Nguyên lý tương tác (Interaction principle): Các phầ ử ệ ố
n t trong các h th ng
chính tương tác qua lạ ớ ựa trên nguyên lý tác độ
i v i nhau d ng (action) và ph n ng
ả ứ
(reaction). Tích giữa hai đại lượng tương tác và phản ứng là công suất trao đổi giữa
các phầ ử
n t .
● Nguyên lý nhân quả (Causality principle): Tính nhân quả tích phân được s d ng
ử ụ
trong phương pháp, cụ ể ầ ử tích lũy (accumulation el
th là trong ph n t ement). Nó
di n t m i quan h c thu c th i gian gi a các bi u ra có ch
ễ ả ố ệ phụ ộ ờ ữ ến (đầ ức năng tích
phân c u vào).
ủ ầ
a đ
● Nguyên lý nghịch đả ớ ốn đầu ra thu đượ
o (Inversion principle): V i mong mu c
như giá trị đặ ầ ấu trúc điề ể ủ ệ ống xem như mô ị
t đ u vào, c u khi n c a h th hình ngh ch
đả ừ ầ ử ạ ịch đả ụ ộ ầ ử
o t ng ph n t . Có hai lo i mô hình ngh o, ph thu c vào ph n t EMR:
– ịch đả ự ế ụ ầ ử EMR không có tính tích lũy.
Mô hình ngh o tr c ti p: áp d ng khi ph n t
– Mô hình ngh o gián ti p: áp d ng khi ph n t
ịch đả ế ụ ầ ử EMR có tính tích lũy (vi-tích

15
phân) ng h p này, tín hi u vào c ng
, trong trườ ợ ệu đầ ần thêm các đại lượng đo lườ
đượ ừ ệ ố ể ử ụ ộ điề ể ệ ả ồ
c trích t h th ng, có th s d ng b u khi n PID trong h ph n h i vòng
kín thông thường.
Các phầ ử ủa phương pháp
n t chính c
Hình 2.1. Nh ng ph n t n c a EMR.
ữ ầ ử cơ bả ủ
Hình 2.1 trình bày các ph n t
ầ ử cơ bản để xây d ng nên m t h
ự ộ ệ thống. Chúng
đượ ọ
c g i là nh ng ph n t
ữ ầ ử năng lượng được phân lo i theo ch
ạ ức năng năng lượng.
Một điểm cần lưu ý rằng, khi bi u di n EMR, ta th c hi n theo m
ể ễ ự ệ ột quy ước
bi ng: khi chúng ta mô hình hóa m t quá trình chuy ng trong
ểu tượ ộ ển đổi năng lượ
m t d ng v t lý, ta s s d i v i quá trình chuy i gi a các
ộ ạ ậ ẽ ử ụng hình vuông; đố ớ ển đổ ữ
d t lý s hi n b ng hình tròn.
ạng đa vậ ẽ thể ệ ằ
● Nguồn năng lượ ầ ử ộ ại này coi như điểm đầ
ng (enery source): Các ph n t thu c lo u
và điể ố ủ ệ ố
m cu i c a h th ng ( 2.1
Hình (a)).
● Phầ ử tích lũy (accumulation element): phầ ử mà năng lượ ệ ố
n t n t ng trong h th ng
có tính tích lũy (Hình 2.1 (b)).
● Phần tử chuyển đổi (conversion element): Ph n t này cho phép chuy
ầ ử ển đổi năng
lượ ộ ạ ậ ụ như điệ điệ ữ ạ ậ ớ
ng trong m t d ng v t lý (ví d n - n) hay gi a các d ng v t lý v i
nhau (ví dụ như điện - cơ, cơ - điện). Năng lượng đi qua phần tử này được b o toàn
ả
( 2.1 (c) và Hình 2.1
Hình (d)).
● Phầ ử
n t liên kết (coupling element): đây là mộ ạ
t d ng c a ph n t
ủ ầ ử chuyển đổi, chỉ
khác nhau t m, v ph n t phân tán có th chia thành nhi u lu
ại điể ề ầ ử ể ề ồng năng lượng.
( 2.1 (e) và Hình 2.1
Hình (f)).
(a) Phần tử nguồn / môi trường (b) Phần tử tích lũy
(mang tính động học)
(c) Phần tử biến đổi đơn dạng vật lý
(monophysics conversion)
(d) Phần tử biến đổi đa dạng vật lý
(multiphysics conversion)
(e) Phần tử kết nối đơn dạng vật lý
(multiphysics coupling)
(f) Phần tử kết nối đa dạng vật lý
(multiphysics coupling)

16
Hình 2.2. Các ph n t u khi n c a EMR.
ầ ử điề ể ủ
2.2 trình bày các ph n t u khi n c
Hình ầ ử điề ể ủa EMR. Chúng đượ ự
c xây d ng
n nguyên lý ngh o m t trong ba nguyên lý n n t ng c a EMR.
ội dung từ ị ả
ch đ – ộ ề ả ủ
● Phầ ử điề ể ứ ớ ịch đả ự ế ụ ầ ử
n t u khi n ( ng v i mô hình ngh o tr c ti p): áp d ng khi ph n t
c u khi Hình 2.2
ần điề ển không có tính tích lũy ( (a)).
● Phầ ử điề ể ứ ớ
n t u khi n ( ng v i mô hình ngh o gián ti p): áp d ng khi ph n t
ịch đả ế ụ ầ ử
c n u khi ng s u khi n vòng kín trong ph n t này
ầ điề ển có tính tích lũy. Thườ ẽ điề ể ầ ử
( 2.2 (b)).
Hình
Chú ý:
- Với các đườ ẽ ền: đây là đườ ắ ộ ả g vòng điề ể
ng v nét li ng b t bu c ph i có (tron u khi n
kín bắt buộc phải đo về).
- Với các đườ ẽ
ng v nét đứt: có th bù ho c không bù (ph
ể ặ ụ thuộc nó có đo được hay
không).
Hình 2.3. Các ph n t thích nghi c a EMR.
ầ ử ủ
2.3 trình bày các ph n t thích nghi (element adaption) c a EMR.
Hình ầ ử ủ
Chúng dùng để ể ệ ữ ố ệ khi tăng, giả ấ ữ
th hi n nh ng m i quan h m công su t trong nh ng
đạ ợ ả ấ ữa hai bên đầ ủ ố ụ như khi ghép nố
i lư ng cùng b n ch t gi u vào ra c a kh i. Ví d i
những “cell” pin, thể hi n công su t gi a t ng cell pin và t ng th pack pin. Chúng
ệ ấ ữ ừ ổ ể
ta c n phân bi t các ph n t này v i nh ng ph n t bi
ầ ệ ầ ử ớ ữ ầ ử ến đổi đơn dạ ậ ố
ng v t lý. Kh i
bi ng v t lý có ng h
ến đổi đơn dạ ậ năng lượng đi qua không có trễ độ ọc.
Hình 2.4. Kh i chi u khi n c a EMR.
ố ến lược điề ể ủ
i chi
Khố ến lược điề ển đượ ể
u khi c bi u di n t
ễ ại Hình 2.4. Nhi m v c a kh
ệ ụ ủ ối
này là s d ng nh ng lên h ng, áp d ng thu
ử ụ ững đại lượng tác độ ệ thố ụ ật toán, sau đó
đưa ra tín hiệu điề ể ố
u khi n mong mu n.
Đườ ề ỉ
ng đi u ch nh
khái ni
Ta đưa ra một số ệm:
● Objec ế ần điề ể
tive variable: Bi n c u khi n
(a) Phần tử điều khiển
(ứng với mô hình nghịch đảo trực tiếp)
(b) Phần tử điều khiển
(ứng với mô hình nghịch đảo gián tiếp)
(b) Phần tử khếch đại công suất
(power amplification)
(a) Phần tử giảm công suất
(power reduction)

17
● Tuning variable: Biến điề ể
u khi n
● Tuning vector (chỉ ấ ệ ở ố ến đổ – ối ướ
xu t hi n kh i bi i conversion element, kh c
lượ – ể ẽ đượ ờng đi củ ỉnh đị
ng Estimate element) có th v c đư a ch nh
● Tuning path: đường đi củ ỉnh đị ụ ộ ề ấ
a ch nh, ph thu c chi u công su t.
● Control path: là nghị ả ủ
ch đ o c a tuning path.
Muốn điều khiển được bi n nào thì ph i có giá tr
ế ả ị đặt cho biến đó (Setpoint).
Thông qua EMR có th u khi n h
ể nhìn ra cách điề ể ệ thống. Thông qua “Tuning
vector” và chiến lược điề ể ẽ ẽ được “Tuning path”. Xác định đượ
u khi n s v c
“Control path” chính là đườ ịch đả ủa đường đi chỉnh định “Tuning path”.
ng ngh o c
Sau khi đã giớ ệ ữ ầ ử ủ ẽ ử ụng trong đồ
i thi u nh ng ph n t c a EMR s s d án này,
tác gi s xây d ng mô hình bi u di n EMR c a h ng xe n hai
ả ẽ ự ể ễ ủ ệ truyền độ ô tô điệ
động cơ, hai cầ ủ độ ờ ụ
u ch ng toàn th i gian trong M c 2.2.
2.2 u ch ng toàn th i gian
Mô hình hóa xe điện hai động cơ hai cầ ủ độ ờ quan
tâm đế ộ ọ ọ ụ ủ
n đ ng h c d c tr c c a xe
C u hình h
ấ ệ thống
Hình 2.5 C u hình h ng.
ấ ệ thố
Trong luận văn này, xe điện i-MiEV c a hãng Mitsubishi
ủ , phương tiện đang
có s n t Phòng thí nghi m Nghiên c n (CTI Lab. for EV s
ẵ ại ệ ứu Xe điệ s) ẽ đượ ọ
c ch n
làm n n t ng nghiên c u. Tuy nhiên, thay vì c u hình s d ng m ng
ề ả ứ ấ ử ụ ột động cơ giố
như bản thương mạ ệ ố dưới điề ệ ử ệ ử ụng hai động cơ
i, h th ng, u ki n th nghi m, s d
trang b t i c c và c u sau c
ị ạ ầu trướ ầ ủa xe. Khi đó, cấu hình xe được xác định s d ng
ử ụ
hai động cơ, tr ền độ ủ độ ầ ờ
uy ng ch ng hai c u toàn th i gian -motor all- -
(dual wheel
drive).
2.5 miêu t c u hình h ng thông qua hai
Hình ả ấ ệ thống. Hai động cơ hoạt độ
b ngh c c p ngu n t h
ộ ịch lưu riêng biệt, cái mà đượ ấ ồ ừ ệ thống pin trên xe. Do đó,
v i c u hình nêu trên, ta hoàn toàn có th u khi n l c kéo c a xe thông qua vi
ớ ấ ể điề ể ự ủ ệc
điều ch nh các momen c a hai
ỉ ủ động cơ. Bên cạnh đó, những thông s hình h c
ố ọc ủa
xe đượ ể ệ ả ố độ ọ ọ ụ ủ
c th hi n, mô t các thông s ng h c d c tr c c a xe.





 








 


Gearbox
…
DC DC
AC
AC
M M
Gearbox


Mechanical Signals
Electrical Signals





18
Trong nghiên c u này, mô hình h
ứ ệ thống được bi u di n b
ể ễ ằng phương pháp
bi u di ng EMR c gi i thi u M 2.1. V i tính h
ể ễn vĩ mô năng lượ , cái mà đượ ớ ệ ở ục ớ ệ
th t k th
ố ủa phương pháp, công việ
ng cao c c thiế ế điề ể ệ
u khi n cho h ống được thực
hi n m t cách n t n d u khi n ngh o c
ệ ộ tuầ ự và đơn giả ựa theo nguyên lý điề ể ịch đả ủa
phương pháp (Inversion-based Control).
Mô hình EMR c a h u khi c minh
ủ ệ thống cũng như toàn bộ sơ đồ điề ển đượ
h 2.15.
ọa như Hình
Mô hình h pin
ệ thống
Mô hình hệ thố pin đượ ử
ng c s d ng trong lu
ụ ận văn là mô hình điện, có mạch
tương đương như ể
Hình 2.6, bi u di n v i 2.1
ễ ớ PT [50]. Trong trườ ợp này, điệ
ng h n
áp h m ch (open-circuit voltage) ng v i m t cell
ở ạ ứ ớ ộ 
 n tr trong c
và điệ ở ủa
nó 
 ng thái s c (State- -Charge)
đượ ịnh như mộ
c xác đ t hàm của trạ ạ of 

.
󰇱


 

 






 

󰇛

󰇜



 




PT 2.1
Khi đó, 
 ng c
là dung lượ ủa cell.
D c a h ng pin, m i quan h v m n
ựa trên thiết kế ủ ệ thố ố ệ ề ặ ện áp và dòng điệ
t đi
c a t
ủ ừng cell đối v i toàn b h
ớ ộ ệ thống được bi u di n thông qua s
ể ễ ố lượng cell ghép
n p
ối tiế 
và s ng nhánh ghép song song
ố lượ 
, trình bày như 2.2.
PT
󰇱


 









PT 2.2
u di n ph n t ngu n c a EMR.
Ở đây, hệ thống pin được biể ễ dưới dạng ầ ử ồ ủ
modules/cells
branches
(a) Battery Cells/Modules (b) Battery Pack
Hình 2.6. M a h ng pin.
ạch điện tương đương củ ệ thố
H truy n
ệ ền động điệ
H ng c a h
ệ truyền độ ủ ệ thống ô tô điệ ở đây bao gồ
n m b ngh
ộ ịch lưu và động
cơ điện. V i gi t r
ớ ả thiế ằng động h c c a h
ọ ủ ệ thống điện t công su
ử ất cũng như động
cơ điện thì nhanh hơn rấ ề ớ ảy năng lượ ệ ố
t nhi u so v i dòng ch ng trong h th ng, do
đó, hệ ố ền động điệ ể đượ ệ ử ụ
th ng truy n có th c mô hình hóa thông qua vi c s d ng
b hi u su . Mô hình này
ản đồ ệ ất [51] là mô hình tĩnh (Static model), có ưu điểm

19
trong vi c xét nh ng q
ệ ữ uá trình trao đổi năng lượng. Trong nghiên c u này, hai b n
ứ ả
đồ ệ ấ ợ ử ụ ứu đượ ạ
hi u su t đư c s d ng nghiên c c trình bày t i Hình Hình
2.7 và 2.8.
Ở đây, hai động cơ được điề ỉ
u ch nh công su t sao cho phù h p v i h n
ấ ợ ớ ệ truyề
động và công su ng v
ất, tương ứ ới đối tượ ứ
ng nghiên c u (xe i-MiEV). Hai động cơ
này đượ ấ ố ừ ộ ữ ệ ới động cơ cầu trước là động cơ
c l y thông s t b d li u ADVISOR; v
không đồ ộ IM, động cơ cầu sau là động cơ đồ ộ nam châm vĩnh cử ự
ng b ng b u c c
chìm IPMSM.
Hình 2.7 B hi u su t c ng c c c ng nghiên
ản đồ ệ ấ ủa động cơ truyền độ ầu trướ ủa đối tượ
c u.
ứ
Hình 2.8 B hi u su t c ng c u sau c ng nghiên c u.
ản đồ ệ ấ ủa động cơ truyền độ ầ ủa đối tượ ứ
o
Khi đó, m men động cơ 
 có th gi
ể ả thiết rằng nó đáp ứ ứ ờ
ng t c th i theo
lượng đặt 

. Một lưu ý ở đây, kí hiệu vi t t t cho ho
 ế ắ  ặc , cái mà lần lượt
bi u th h ng n c c (front) ho u sau (rear).
ể ị ệ thố ằm ở ầu trướ ặc cầ
Dòng điện trên các động cơ 
 c phân ph i t dòng pin
đượ ố ừ 

, cái mà
đượ ể ệ ở ể ậ ố ệ
c th hi n 2.3 và có th
PT suy lu n ra m i quan h trong PT 2.4.


 
 
 PT 2.3
󰇱

 


 








PT 2.4

20
Với  
 󰉦

 
 󰉦

  
Ở ệ ấ ủ ệ ền độ
2.4, hi
PT u su t c a h truy ng 
 b hi
được đưa ra từ ản đồ ệu
suất, và hệ ố
s 
bi u th u c a dòng ch ng. Do m i quan h
ể ị cho chiề ủ ảy năng lượ ố ệ
chuy c bi
ển đổ ệ cơ, hệ ền động đượ
i đi n- truy ể ễ ằ ầ ử ến đổ ạ
u di n b ng ph n t bi i đa d ng
vật lý.
H và h ng phanh
ộp số ệ thố
Momen đầ ủ ộ ố
u ra c a h p s 
 l v
thì tỷ ệ ới momen đầu ra động cơ theo một
t l c nh
ỷ ệ ố đị 

v i hi u su t h p s
ớ ệ ấ ộ ố 

, cái mà đượ ể ện như ở
c th hi PT
2.5. p s u di n b ng ph n t ng v
Do đó, hộ ố được biể ễ ằ ầ ử đơn dạ ật lý.
󰇫

 






  


PT 2.5
Với 

 󰇫
󰉦
  
 󰉦
  
Tương tự ớ ệ ố
v i h s 
nêu trên, 
là h s hi n
ệ ố thể ệ chiề ả
u dòng ch y
năng lượng.
thi ng phanh, bao g
Ở đây, có hai giả ết đượ ặ
c đ t ra với hệ thố ồm:
• H ng t c th
ệ thống phanh cơ khí đưa ra mộ ứ
t đáp ứ ời 
 t
so vớ ợng đặ
i lư
(không xét hiện tượ ễ ều này đượ
ng tr ). Đi c thể ệ ở
hi n PT 2.6.
• Khoả ừ trung tâm bánh xe đến điể ế ữ ố ớ ặ
ng cách t m ti p xúc gi a l p xe v i m t
đường coi như bằ ể xác đị ớ ấ ả
ng bán kính bánh xe, cái mà có th nh v i t t c bánh.
gi t cu i, momen bánh xe qu i là
Khi đó, từ ả thiế ố y đổ 
 được đưa ra như
PT 2.7. H p m t ngu n momen nên c bi u di n
ệ thống phanh cơ cung cấ ộ ồ nó đượ ể ễ
b ng ph n t ngu n; s k t h
ằ ầ ử ồ ự ế ợp các momen phanh được trình bày b ng ph n t k
ằ ầ ử ết
n ng v t lý.
ối đơn dạ ậ

 

PT 2.6

  
  
 PT 2.7
Mô hình bánh xe
Momen tải, cái mà được chuy a
ể ừ ự ạ ể
n hóa t l c ma sát t i đi m tiế ữ
p xúc gi l p
ố
xe - m i momen sinh ra trên bánh xe gây ra s i v
ặt đường, tương tác vớ ự thay đổ ề
t c quay c ng h c th hi n qua chính momen
ố ộ
c đ ủa bánh xe. Độ ọc của bánh xe đượ ể ệ
quán tính của nó 
 như phương trình sau.

  

  



PT 2.8
Khi đó, 
 là l c ma sát c
ự ủa bánh xe , 
 là bán kính bánh xe và  là đại
lượng bi u di n t
ể ễ ốc độ bánh xe. Mang tính độ ọc, mô hình bánh đượ
ng h c bi u di n
ể ễ
b ng ph n t a EMR.
ằ ầ ử tích lũy củ

21
Mô hình tương tác lố ặt đườ
p xe-m ng
Xe điệ ỉ
n ch có th di chuy n trên m
ể ể ặt đường cho trước ch khi nó t o ra m
ỉ ạ ột
l c kéo phù h p t a l p xe và m ng. L i là l
ự ợ ại điểm tương tác giữ ố ặt đườ ực đó gọ ực
ma sát, cái mà là m t hàm c a h s ma sát
ộ ủ ệ ố 
 
và l c pháp tuy n
ự ế trên xe .
[52]
Điều này được th hi
ể ện như PT 2.9. M i quan h
ố ệ 
󰇛

󰇜ứng v i t ng lo i m
ớ ừ ạ ặt đường
đượ ể ễn qua các đường cong như
c bi u di Hình 2.9.

  
󰇛

󰇜


PT 2.9
Hình 2.9 Tính ch t l p xe-m ng ( c a m t s i m ng.
ấ ố ặt đườ   󰇜 ủ ộ ố loạ ặt đườ
N u l c lái có s i l n m t ng t ho c l c này l
ế ự ự thay đổ ớ ột cách độ ộ ặ ự ớn hơn lực
ma sát l n nh t m ng có th sinh ra, bánh xe s quay m u
ớ ấ ặt đườ ể ẽ ột cách không điề
khi di chuy n c u khi n
ển. Khi đó, xe không thể ển đúng theo ý muố ủa người điề ể
cũng như rấ ễ
t d dẫn đến trườ ợ
ng h p m t ki
ấ ểm soát. Để mô tả hiện tượng quay này,
t s
ỷ ố trượt 
 nh t s sai l ch gi a v n t c bánh xe và v n t c c a xe,
được xác đị ừ ự ệ ữ ậ ố ậ ố ủ
thể ện như
hi PT 2.10.

 

  

󰇛



󰇜
PT 2.10
Trong đó, 

là v n t c c a xe và là m t giá tr
ậ ố ủ  ộ ị nhỏ để tránh vấn đề chia
không trong trườ ợ ừ
ng h p xe d ng (
  
 󰇜. n h s
Ở đây, tác giả chọ ệ ố
  .
Chúng ta có th n th y r ng khi x y ra hi ng t
ể nhậ ấ ằ ả ện tượng này, năng lượ ừ
động cơ điệ ể ề ố ặt đường. Điề ệ
n không th truy n hoàn toàn xu ng m u này gây ra hi n
tượ ất thoát năng lượng cũng như ảnh hưở ủ ự ổn đị ủ
ng th ng c a nó lên s nh c a xe.
Đây là mộ ấn đề ở ộ ản lý năng lượng đơn thuầ
t v m r ng, không còn là bài toán qu n,
t ra m ng nghiên c u r ng và ti
ừ đó, mở ộ ớ
t hư ứ ộ ềm năng.
Trong th c t , h s ma sát t
ự ế ệ ố ại điểm tương tác lố ặt đườ ự
p xe-m ng d a trên tỷ
s t,
ố trượ 
󰇛
󰇜. Trong lu p xe c a Burkhart [52] c s
ận văn này, mô hình lố ủ đượ ử
d ng trong vi c xây d bi u di n m i quan h m i quan h này, cái
ụ ệ ựng mô hình để ể ễ ố ệ ố ệ
mà đượ ở ứ
c trình bày công th c sau.

󰇛

󰇜 


  

 







PT 2.11

22
V i nh ng h s
ớ ữ ệ ố 


 và 
 hi n tính ch m ng. M i quan h
thể ệ ất ặt đườ ố ệ
c i m ng khác nhau
ủa các loạ ặ ờ
t đư 
󰇛

󰇜 u di n Hình 2.9.
được biể ễ ở
Thêm n ng h c c a xe, l c pháp tuy n t i bánh xe là m t hàm
ữa, trong độ ọ ủ ự ế ạ ộ
c a không ch các thông s xe mà còn
ủ ỉ ố ảnh hưởng b i gia t
ở ốc xe, đượ ể
c th hiện như
PT 2.12.











 















 





PT 2.12
Khi đó, là khối lượng quy đổi tương đương của xe; 
 
 và l
 ần lượt
là kho ng cách t ng tâm xe (center-of-gravity CoG) t i tr c, COG t
ả ừ trọ ớ ục trướ ới
trục sau, chi cao c c này c a xe
ều dài cơ sở và độ ủ ữ ố ọ
a CoG. Nh ng thông s hình h ủ
đượ ể ễ ạ
c bi u di n t i Hình 2.5.
c bi u di n c a mô hình l p xe-m
Việ ể ễ ủ ố ặt đường được đơn giản hóa b ng ph n
ằ ầ
t bi ng v
ử ến đổi đơn dạ ật lý.
Mô hình khung v xe và mô hình l a xe
ỏ ực cản củ
L c sinh ra t c u sau t ng h p l sinh ra t ng l c
ực dọc trụ ừ ầu trước và cầ ổ ợ ại để ổ ự
kéo trên thân xe. S sai l ch gi a l c kéo và ph n l c sinh ra gia t c c n,
ự ệ ữ ự ả ự ố ủa xe điệ
cái mà đượ ả ằng đị ậ ả ự ủ ứ
c mô t b nh lu t Newton. Ph n l c c a xe xét trong nghiên c u
này bao g m l c c c c ng h c và l c tr ng t
ồ ự ản lăn, lự ản khí độ ọ ự ọ rường trong trường
h ng d c. Các m i quan h c th hi n t PT 2.13
ợp xe đang chạy trên đườ ố ố ệ này đượ ể ệ ừ
đến 2. .
PT 15


 
  
 PT 2.13


 

 
󰇗

PT 2.14








󰇛

 

󰇜

 

 
󰇛
PT 2.15
V là m không khí,
ới  ật độ 
 là h s c n,
ệ ố ả 
 là di n tích m c,
ệ ặt trướ 

là v n t c gió,
ậ ố 

là h s c là gia t c tr ng và d c c
ệ ố ản lăn,  ố ọng trườ  là độ ố ủa
m ng. V ng c a l c c n t i h
ặt đườ ới tác độ ủ ự ả ớ ệ thống, môi trường đượ ể ễn như
c bi u di
m n t ngu n.
ột phầ ử ồ
Thông qua t momen
các “ ” là ợng đặ
Tunning vector lư động cơ 

và
momen phanh 

, v c xe
ận tố 

s i. T ng h p nh ng s bi u di n
ẽ thay đổ ổ ợ ữ ự ể ễ
c a t ng thành ph n trong h
ủ ừ ầ ệ thống dướ ạ ầ
i d ng các ph n t EMR, ta có th làm n
ử ể ổi
b t dòng ch
ậ ảy năng lượng trong hệ thống, đường đi của chỉnh định “Tunning path”
đượ ể ện như
c th hi Hình 2.10.

23
Hình 2.10 u di n EMR c a mô hình xe v i s n i b t c ng ch nh.
Biể ễ ủ ớ ự ổ ậ ủa đườ ỉnh đị
2.3 h n
Thiết kế ệ thống điều khiể
Sơ đồ điề ể ủ ệ ố ứu đượ ự ự
u khi n c a h th ng nghiên c c xây d ng d a trên nguyên
tắc điều khi n ngh
ể ịch đảo. Ở đây, những bộ điều khi n c a các ph n t
ể ủ ầ ử EMR không
ch c ngh c ti
ứ ộ ọ ể ợ
a đ ng h c có th đư ịch đả ự
o tr ế ố ệ ữa đầ
p thông quan m i quan h gi u
ra và đầ ớ
u vào. V i mô hình có ch ng h
ứa độ ọc, cái mà đượ ể
c bi u di n b ng ph n t
ễ ằ ầ ử
tích lũy thí dụ như mô hình khung vỏ ộ ộ điề ển vòng kín đượ ử
xe, m t b u khi c s
d ng.
ụ
Qua vi c làm n i b t dòng ch c th hi Hình 2.10,
ệ ổ ậ ảy năng lượng đượ ể ện như
“ ” vớ ế ần điề ể
Tunning path i bi n c u khi n là thông qua các bi u khi n
ến điề ể
momen động cơ 

và momen phanh 
 c bi u di n. V
đượ ể ễ ới lượng đặt


t xác u khi
ừ chu trình lái, ta có thể định đượ ờng điề
c đư ển “Control path”
thông qua phép i x c bi u di n t i Hình 2.11, nh
đố ứng gương. ều này đượ
Đi ể ễ ạ ững
gi b
ải thích ổ sung được trình bày bên dưới.
Hình 2.11 ng ch u khi a
Đườ ỉnh định “Tunning path” và đường điề ển “Control path” củ
h ng.
ệ thố
Thiế ế ộ ề ể ố ộ
t k b đi u khi n t c đ xe
Vì hệ con có điều khi n, nên ta ph i thi t k m
ể ả ế ế ạch vòng kín điề ể
u khi n ph n
ả
h ng c a b u khi n này là m t khâu tích phân, cho nên ta có th s
ồi. Đối tượ ủ ộ điề ể ộ ể ử
d ng b
ụ ộ P để điề ển đượ
u khi c. Tuy nhiên, l c c n t
ự ả ừ môi trường, là m t lo i nhi u
ộ ạ ễ
ubat
Battery
Env.
Front
brake
Rear
brake
ibat
ubat
ubat
iEDr
iEDf






vveh
vveh
vveh

brf

brr
Ff
Fr
Ftrac vveh
Fres
brf ref
brr ref



ref
Parallel
connection
Electrical
drives
Gearboxes
Brake
Couplings
Chassis
Coupling Chassis


Ff
















Fr
Wheels Tires




Ff
F trac
Fr
Tunning path
Control path

24
tác động vào h ng, không th
ệ thố ể đo hoặc ước lượng r t khó nên không th s d ng
ấ ể ử ụ
b P vì s t n t i sai l
ộ ẽ ồ ạ ệch tĩnh. Luận văn đề ấ
xu t s d ng hai
ử ụ phương án là sử ụ
d ng
b PI và b IP.
ộ ộ
2.3.1.1. M u khi n t s d ng b u khi n PI
ạ ề
ch vòng đi ể ố ộ
c đ ử ụ ộ điề ể
Hình 2.12 M u khi n t xe s d ng c u khi n PI.
ạch vòng kín điề ể ốc độ ử ụ ấu trúc điề ể
Hình 2.12 hi m u khi n t s d ng b u
thể ện sơ đồ ạch vòng kín điề ể ốc độ ử ụ ộ điề
khi n PI. Kh i có vi n bao màu vàng bi u di n h ng con c u khi n, kh
ể ố ề ể ễ ệ thố ần điề ể ối
có vi n bao màu xanh là kh i th c hi n b u khi n theo nguyên lý ngh
ề ố ự ệ ộ điề ể ịch đảo
(trong trườ ợ ịch đả ế ốc độ đặ ạ ữ
ng h p này là ngh o gián ti p). T t ch y theo nh ng chu
trình đã cho sẵ ớ ốc độ
n v i t tối đa là 1 ử ụ
30 km/h, nên ta s d ng kh i gi i h h n
ố ớ ạn để ạ
chế ớ
gi i h t vào h th
ạn trên khi đặ ệ ống.
Giả ử đáp ứ ứ ờ ể ạ ề
s ng là t c th i nên ta có th khép kín m ch vòng. Hàm truy n
c 2.16.
ủ ố ợng như
a đ i tư PT


󰇛

󰇜






PT 2.16
Với  


B u khi n PI có hàm truy 2.17.
ộ điề ể ền như PT
󰇛

󰇜 
 





  


PT 2.17
Hàm truyề ệ ở ủ ệ đượ
n h h c a h c tính như PT 2.18.
󰇛

󰇜 

󰇛

󰇜
 
󰇛

󰇜



  


PT 2.18
Hàm truyề ệ ủ ệ đượ
n h kín c a h c tính tại PT 2. .
19

󰇛

󰇜
󰇛

󰇜
󰇛

󰇜 

 
  


   
    

PT 2.19
Ta có công thức củ ẩ ậc 2 như
a hàm chu n b PT 2.20.
󰇛

󰇜

  



  
  


PT 2.20
+
Ftrac
Fres
veh
-
+ veh_ref
-
Ftrac_ref
Ki
Kp
+ +

25
Trong đó:  n s ng t nhiên.
là tầ ố dao độ ự
n s suy gi
 là tầ ố ảm.
Ta th y hàm truy n h kín có ph
ấ ề ệ ương trình tương tự ạ
d ng hàm chu n b c 2.
ẩ ậ
Vì vậ ữ ố
y, ta có nh ng m i quan hệ ữ
gi a  
 
 2.21.
đưa ra như PT

 
   


 
  

PT 2.21
N u , h ng s u ch nh. N u
ế    ệ thố ẽ có độ quá điề ỉ ế   , h ng s
ệ thố ẽ đáp
ứ ừa đủ sao cho không có độ
ng v quá điều ch nh. N u , h
ỉ ế    ệ thống không có độ
quá điều ch nh, tuy nhiên, th
ỉ ời gian đáp ứ ủ ệ
ng c a h dài hơn so với trườ ợ
ng h p  
   
. V y nên ta ch n
ậ ọ .
là tầ ố dao độ ự ẽ được đưa ra từ ấ ỉ ạ
n s ng t nhiên s phép x p x t i 2.22.
PT
 



PT 2.22
Với 

là m c ch t h ng s .
ột chu kì dao động. Chu kì này đượ ọn như mộ ằ ố
Như vậy ta đã xác định đượ ệ ố ξ và
c hai h s . T 2.21 c 2 h
ừ PT , ta đưa ra đượ ệ
s c u khi n PI
ố ủa bộ điề ể là  và  2.23.
như PT

 



 



PT 2.23
Tuy nhiên, ta nh n th y, h m không vì t s c a hàm truy n h kín
ậ ấ ệ có điể ử ố ủ ề ệ
có thành ph n s, s gây ra m t s ng không mong mu ng
ầ ẽ ộ ố đáp ứ ốn. Ý tưở ở đây là
kh m không, t c là t i h ng s ng 2.24.
ử đi điể ứ ử còn mỗ ằ ố như dạ PT
󰇛

󰇜



  
  


PT 2.24
Nên tác gi Hình
ả đề ấ
xu t s d ng c u khi
ử ụ ấu trúc điề ển như 2.13, s d ng b
ử ụ ộ
điề ể ẽ ế ạ ụ
u khi n IP s trình bày chi ti t t i M c 2.3.1.2.
2.3.1.2. M u khi n t s d ng b u khi n IP
ạ ề
ch vòng đi ể ố ộ
c đ ử ụ ộ điề ể
Hình 2.13 M u khi n t xe s d ng c u khi n IP.
ạch vòng kín điề ể ố ộ
c đ ử ụ ấu trúc điề ể
+
Ftrac
Fres
veh
-
+ veh_ref
-
Ftrac_ref
Ki
Kp
- +

26
Hình 2.13 u khi n s d ng b u khi n IP cho m
đưa ra cấu trúc điề ể ử ụ ộ điề ể ạch
vòng t . C u trúc này khác c u trúc s d ng PI kh t xanh trên
ốc độ ấ ấ ử ụ ở ối nét đứ Hình
2.12. T c u khi u khi n PI, ta có hàm truy n
ừ ấu trúc điề ển này, tương tự như bộ điề ể ề
h u di 2.25.
ệ kín được biể ễn như PT

󰇛

󰇜
󰇛

󰇜
󰇛

󰇜 

 



  
    

PT 2.25
Hàm truy n h kín t 2.25 có d ng trùng v i hàm chu n b c 2 t PT
ề ệ ại PT ạ ớ ẩ ậ ại
2.24. T s
ừ đó ta đưa ra được hệ ố là  và  2.26.
như PT

 



 



PT 2.26
Cách ch n t n s suy gi và t n s t nhiên
ọ ầ ố ảm  ầ ố ự 
 tương tự như vớ ộ
i b điều
khi 2.3.1.1.
ển PI đã trình bày tại Mục
Sau khi th nghi m mô ph ng, hai b u khi c t
ử ệ ỏ ộ điề ển đã đưa ra tốc độ thự ế
xe đã đạt đượ ố độ đặ ổ ực kéo đặ ủa xe để đáp ứ
c bám theo t c t và sinh ra t ng l t c ng
tố ộ
c đ đó.
Do đối tượng có độ ọ ịch đả ử ụ ầ ử ị
ng h c, nên khi ngh o ta s d ng ph n t ngh ch
đả ếp như
o gián ti Hình 2.14.
Hình 2.14 u di n EMR c a b u khi n t
Biể ễ ủ ộ điề ể ốc độ xe.
Hình 2.14 u di n theo EMR c a b u khi n t . V u
đưa ra biể ễ ủ ộ điề ể ốc độ ới đầ
vào là tốc độ đặt 

và t c t
ốc độ thự ế đo về 

, t ng l c kéo
ừ đó đưa ra tổ ự
đặt cho xe 
 

. thêm m u vào là l c c ng
Ở đây, tác giả để ột đầ ự ản do môi trườ
tác độ ể ử ụng các phương pháp quan sát để ướ ợ ử ụ ộ
ng có th d d c lư ng ra và s d ng b
điề ể
u khi n P.
Thiế ế ộ
t k b phân chia momen
Đầ ủ ộ điề ể ốc độ ực kéo đặ
u ra c a b u khi n t là l t 
 

, cái mà được phân
ph i thành l t trên c
ố ực phát động đặ ầu trước 
 

 
và c u sau
ầ 
thông qua hệ
s phân ph
ố ối 

, cái mà được đưa ra từ kh i chi c qu
ố ến lượ ản lý năng lượng EMS,
như sau.
󰇫


 






  




PT 2.27
Do tính ch t phi tuy n c a mô hình l
ấ ế ủ ốp xe cũng như sự ất định đế ừ điề
b n t u
ki n m ng, r khó có th ngh o tr c ti p mô hình l p xe. Chính vì
ệ ặt đườ ất để ể ịch đả ự ế ố
vậy, để đưa ra nghịch đảo c a mô hình bánh và mô hình l
ủ ốp như ở công th c (2.18),
ứ
chúng ta giả ế
thi t r ng xe ch y trên m ng
ằ ạ ặ ờ
t đư có độ ụ ể ộ
ma sát cao, c th là toàn b
Ftrac_ref
Fres_est
veh
veh_ref