Energy Management System For Controlling Series Hybrid Electric Motorcycle

• Main Author: Cham , Chin Long
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2016
• Subjects: T Technology; TJ1-1570 Mechanical engineering and machinery
• Online Access: http://eprints.usm.my/40999/1/Energy_Management_System_For_Controlling_Series_Hybrid_Electric_Motorcycle.pdf; http://eprints.usm.my/40999/

Isu pencemaran dan kekurangan bahan api fosil telah mendorong pembangunan kenderaan hibrid. Motosikal digunakan secara meluas di negara membangun dan Asia, motosikal digemari kerana bersaiz kecil, kos rendah dan pergerakan yang mudah dipandu. Motosikal menghasilkan pencemaran yang serius disebabkan oleh kekurangan teknologi pencegahan pencemaran yang berkesan. Banyak kerja-kerja penyelidikan berkaitan dengan kereta hibrid telah dilakukan, tetapi penerbitan berkaitan dengan motosikal hibrid jarang dijumpai. Oleh itu, sifatsifat dan prestasi motosikal hibrid tidak diketahui dengan lengkap. Hibridasi motosikal konvensional diperlukan kerana peningkatan penggunaan motosikal disebabkan oleh peningkatan populasi dan taraf kehidupan akan membawa bencana akibat perubahan iklim jikalau tabiat penggunaan motosikal sekarang tidak diubah. Salah satu masalah yang masih lagi tidak diselesai dengan memuaskan untuk motosikal hibrid adalah ramalan perjalanan masa depan. Banyak teknik telah dicipta untuk ramalan, tetapi teknik-teknik tersebut sama ada terlalu kompleks, mahal ataupun berprestasi buruk. Penyelidikan ini dijalankan untuk menambahbaik prestasi motosikal elektrik melalui hibridisasi. Oleh itu, komponen asas motosikal hibrid dikaji dan diterangkan melalui modal matematik. Melalui simulasi pengaturcaraan dinamik, sifat-sifat penggunaan motosikal hibrid dengan cekap dapat dikenalpasti. Sifat-sifat tersebut akan diguna untuk merumus sistem pengurusan tenaga. Penapis Kalman lanjutan disesuaikan dengan sistem pengurusan tenaga yang dibina untuk memproses data yang diukur terus dari trafik. Penapis Kalman hanya memerlukan 2 kB untuk beroperasi dengan Atmel ATmega328p berbanding dengan 10 kB yang diperlukan oleh penapis purata bergerak mudah. Motosikal hibrid elektrik sesiri yang dilengkapi dengan sistem pengurusan tenaga mencapai jarak perjalanan sebanyak 89.58 km setiap kali dicas berbanding dengan 19.30 km setiap kali dicas untuk motosikal elektrik di bawah ECE-R40 kitaran memandu yang diubahsuaikan. Prestasi sistem pengurusan tenaga yang dibina juga lebih baik berbanding strategi kawalan termostat konvensional dari segi jarak perjalanan dan lebih optimum dari segi penggunaan bahan api. Sistem pengurusan tenaga yang dicadang mencapai lebih daripada 80 % prestasi kaedah pengaturcaraan dinamik, bagi jarak perjalanan yang jauh, system yang dicadang mencapai 98.06 % prestasi yang ditunjukkan oleh kaedah pengaturcaraan dinamik. Penyelarasan dan penyesuaian algoritma kawalan juga telah ditunjukkan supaya penyelidik boleh menggunakan algoritma yang dibina untuk aplikasi mereka. Beberapa sumbangan telah dibuat: daya kilas elektromagnet motor arus terus tanpa berus boleh dianggar dengan hanya mengukur arus fasatunggal. Modal matematik yang dibina untuk komponen-komponen subsistem dan teknik-teknik eksperimen akan memanfaatkan pembina motosikal hibrid masa depan. Selain itu, prestasi motosikal hibrid elektrik yang kompeten boleh dicapai dengan algoritma kawalan yang mudah dan cekap. _______________________________________________________________________________________________________ Pollution issues and scarcity of fossil fuel inspire the development of hybrid electric vehicle. Motorcycles are widely used in developing countries and Asia for their size, cost, and maneuverability. They create enormous pollutants due to the lack of viable pollution prevention technologies. There are plenty of research on hybrid cars, but very limited literature on hybrid motorcycle, thus, the behavior and performance of hybrid motorcycle are not completely known. Hybridizing conventional motorcycle is necessary because of the increasing usage due to the population growth and rising living standard and these can bring about disastrous climate change if current habit persisted. One of the problems that remain unsolved in hybrid motorcycle is the prediction of the future trip. Various techniques have been used for the prediction, but these are either too complex, expensive, or performed poorly. This research improves the performance of an electric motorcycle by hybridization where the performance of the building blocks for hybrid motorcycle were studied and characterized. Via dynamic programming simulation, efficient use of hybrid motorcycle was found. The characteristics identified from the dynamic programming were then used for the formulation of the energy management system. Kalman filtering was applied to the energy management system to pretreat the signals measured from the traffic. Kalman filter requires only 2 kB when implemented with Atmel ATmega328p compared to 10 kB required by simple moving average filter. The series hybrid electric motorcycle embedded with the energy management system achieves 89.58 km per charging compared to 19.30 km per charging for the electric motorcycle under the modified ECE-R40 drive cycle. In addition, the energy management system outperformed the conventional thermostat control strategy in terms of traveling distance and it has more optimized fuel usage. The energy management system proposed achieves above 80 % performance of the dynamic programming approach, for long traveling distance, it achieves as high as 98.06 %. Tuning and adaptation of the control algorithm had been demonstrated so developers can make use of them for their applications. Several contributions are made: electromagnetic torque of brushless DC motor can be estimated based on the single-phase current sensing. The mathematical models developed for subsystem components and the experimental techniques are invaluable for hybrid motorcycle developers. Besides, efficient series hybrid electric motorcycle performance is obtainable with simple and efficient control algorithm developed.