ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 61
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Выводы по главе
Рассчитанные автомобили с силовыми установками с ДВС, ГСУ и ЭМ одной максимальной мощности имеют схожие динамические характеристики, время и путь разгона. Но их топливно-экономические характеристики в городском цикле кардинально отличаются друг от друга, что позволяет сделать вывод об эффективности использования той или иной силовой установки.
-
Отечественные разработки гибридных автомобилей
4.1 Разработка гибридной силовой установки.
Коллектив авторов Харьковского национального автомобильно-дорожного университета (ХНАДУ) провел очередную модернизацию серийного легкового автомобиля в гибридный вариант.
На этот раз в качестве базового автомобиля был использован ЗАЗ Ланос Пикап, который предоставлен ПАО «Запорожский автомобилестроительный завод» для проведения научно-исследовательских работ и дальнейшего внедрения гибридной технологии в производство.
Привод тягового электродвигателя мощностью 15 кВт производится на вторичный вал коробки передач через поликлиновой ремень (рис. 1).
Рисунок 3. Привод тягового электрического двигателя
В качестве источника питания для тягового электродвигателя выбраны литий-железо-фосфатные аккумуляторы типа Thunder Sky LFP 90 Ah, которые предназначены для применения в электрических транспортных средствах.
Масса блока тяговых аккумуляторных батарей составляет 64 кг. Блок ТАБ и электронная система балансировки расположены в салоне автомобиля за сиденьями водителя и пассажира (рис. 2).
Система управления гибридной силовой установкой состоит из следующих электронных блоков: блок бортового зарядного устройства; блок управления предпусковым подогревом охлаждающей жидкости ДВС; блок
инвертора тягового электродвигателя; блок управления режимами работы вентильного электродвигателя; блок автоматического перехода от движения с электропривода на движение от ДВС.
Рис. 4. Блок системы питания
Система управления силовой установкой разработанного гибридного автомобиля обеспечивает закон управления, который упрощенно может быть описан следующим образом: - старт с места, начало движения и разгон до скорости 40-45 км/ч осуществляется в режиме электромобиля при наличии достаточного запаса энергии в ТАБ.
Дальность пробега на электрической тяге на одном заряде аккумуляторных батарей составляет 30-40 км; - при дальнейшем наборе скорости или при недостаточном запасе энергии в блоке аккумуляторных батарей движение осуществляется с помощью ДВС, как в базовом автомобиле; - в процессе торможения система управления обеспечивает рекуперацию кинетической энергии автомобиля, осуществляя подзарядку ТАБ.
При недостатке электромагнитного тормозного момента электрической машины, подключается штатная гидравлическая система торможения автомобиля; - в процессе стоянки может происходить заряд тяговых аккумуляторных батарей от стационарной электрической сети.
При движении в загородном цикле на расстояния более 50 км ДВС в гибридном автомобиле остается основным силовым агрегатом, а электрический привод – вспомогательным. При движении автомобиля на расстояния до 50 км, особенно в городском цикле, электрический двигатель является основным, потому что во время простоя в пробках, движения с места, набора скорости и при торможении используется только электрический привод, а ДВС выключенный. Именно на этих режимах ДВС имеет повышенный расход топлива.
Поскольку стоимость зарядки аккумуляторной батареи от работающего ДВС примерно в десять раз выше, чем стоимость зарядки от стационарной электрической сети, в разработанном гибридном автомобиле предусмотрено соответствующее зарядное устройство, которое обеспечивает подключение к электрической сети 220 В, 50 Гц.
Наиболее высокую экономичность разработанный гибридный автомобиль показывает в городских условиях, в частности при движении в пробках. При этом себестоимость его эксплуатации на электроприводе в 1015 раз ниже, чем себестоимость эксплуатации базового автомобиля. Основным преимуществом разработанной гибридной технологии является невысокая цена гибридного автомобиля, которая при серийном производстве будет в 3 раза меньше, чем у серийного гибридного автомобиля Toyota Prius. При этом характеристики разработанного гибридного автомобиля, например, такие как расход топлива и экологическая безопасность, не уступают автомобилю Toyota Prius, а дальность пробега на электрической тяге превышает японский аналог более чем в 15 раз, так как Toyota Prius способен преодолеть на электрической тяге не более 2 км. Выводы. В ХНАДУ разработана гибридная технология, которая использует комбинированное подключение ДВС и тягового электрического двигателя. Разработанная и сконструированная гибридная силовая установка может быть установлена практически на любой легковой автомобиль с механической коробкой переключения передач. Основные технические
4.2 Разработка гибридного автомобиля в России
Е-Мобиль — проектируемый российский последовательный гибридный автомобиль, в конструкции которого предполагается использование электрической трансмиссии с комбинированным питанием от генератора, вращаемого газо-бензиновым двигателем внутреннего сгорания, и от ёмкостного накопителя энергии.
рис. 5 Вид Е-мобиля.
Кузов представляет собой цельный монокок из композитных материалов на основе полипропилена, армированного нитями стекловолокна длиной 20-30 мм. Кроме этого, в технологический процесс внедрено дополнительное 3D-армирование особо напряжённых участков деталей бесконечным (непрерывным) стекловолокном. Все составные элементы кузова при его изготовлении соединяются несколькими способами (сваркой, склейкой и др.), образуя цельный монокок. Вес кузова получается на 30-40% меньше по сравнению с металлическим. Крайне важно, что, несмотря на незначительный вес кузова, безопасность остаётся на высоком уровне благодаря свойствам материала поглощать энергию удара.
Рис. 6 Вид кузова Е-Мобиля
Наружные детали сделаны из того же полипропилена по технологии литья под давлением, что обеспечивает возможность их покраски без предварительной подготовки поверхности. Вес кузова из полипропилена по сравнению с металлическими кузовами получается на 30-40% меньше, а безопасность остаётся на высоком уровне.
4.2.1 Накопитель энергии
В последнее время в современных электромобилях и plug-in гибридах всё больше используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют ряд серьёзных недостатков: более высокие выбросы СО2 при производстве, утилизация после окончания срока службы, удорожание автомобиля из-за применения дорогостоящих материалов, ограниченная дальность хода только на батарее, необходимость длительной зарядки, большая масса, неразвитая сопутствующая инфраструктура, а также дополнительная электроника для баланса заряда, отсутствие которой может привести к выходу батареи из строя и даже к её взрыву. Учитывая эти недостатки было принято решение использовать в качестве накопителя энергии суперконденсатор, который способен держать миллион циклов заряда-разряда, а не 10 тысяч как литий-ионная батарея. Суперконденсаторы стабильно работают в температурном диапазоне от - 50 до +60 градусов по Цельсию, а
система управления, разработанная нашими инженерами, будет устойчива к суровым климатическим условиям.
Рис 7. Суперконденсатор
Суперконденсаторы отдают накопленную энергию для быстрой раскрутки электродвигателей ё-мобиля в момент динамичного ускорения (при старте с места, резком ускорении, совершении обгона). После выхода ё-мобиля в режим движения с постоянной скоростью, суперконденсаторы обладают зарядом в достаточном количестве, чтобы в нужный момент ускорить ё-мобиль до максимальной скорости. При этом для движения с постоянной скоростью используется энергия вырабатываемая генератором. Во время рекуперативного торможения происходит зарядка суперконденсаторов от тяговых электродвигателей.
Результатом такого алгоритма работы является уменьшение расхода топлива, увеличение КПД, уменьшение вредных выбросов. При этом необходимый запас энергии меньше, соответственно масса и стоимость накопителей не так велика.
4.2.2 Трансмиссия
При проектировании трансмиссии ё-мобиля применены революционные решения. Одно из них — система модульности, позволяющая заменить любой из элементов трансмиссии на более совершенный вариант с появлением такового в процессе развития технологий. Трансмиссия последовательного ё-мобиля устроена таким образом, что в подкапотном пространстве легко компонуется любой источник энергии: классический поршневой ДВС, топливный элемент, либо совершенно новый источник энергии, который появится в будущем. При модульной конструкции трансмиссии появляется возможность замены и других агрегатов: накопителя энергии, генератора, мотор-редуктора, силовой электроники и др.
Все узлы электрической трансмиссии имеют малый вес и размер, не требует обслуживания и замены масла, а жизненный цикл достигает миллиона километров пробега. Поскольку концепция ё-мобиля сняла вечную борьбу между дизайнерами и конструкторами за пространство — агрегаты стали меньше и их количество тоже уменьшилось, соответственно сервис ё-мобиля будет дешевле. Для потребителей это превращается в экономию финансовых средств, особенно в сравнении с затратами на поддержание работоспособности классического автомобиля.
Кроме этого, за счёт небольших габаритов силовой установки, высвобождается дополнительное место под увеличение объёма салона и уменьшение внешних габаритов ё-мобиля. Благодаря этому возможно комфортное размещение пассажиров в салоне при внешних габаритах городского автомобиля.
4.2.3. Предполагаемые технические характеристики
Автомобиль предполагается выпускать в трёх вариантах кузова. В качестве моторного топлива может использоваться как бензин, так и газ (метан). В качестве главного источника энергии предполагается использовать ДВС мощностью 60 л. с., спаренный с электрогенератором. Вырабатываемый ток запасается в накопителе (суперконденсаторе) и передаётся на два ведущих электромотора (по одному на каждую ось), которые через дифференциалы вращают колёса, реализуя схему постоянного полного привода.[источник не указан 117 дней] Всё электрооборудование управляется специально разработанной единой компьютерной системой, минимизирующей количество проводки в машине. Приборная панель снабжена электронным табло и блоком сенсорного управления. несущий кузов из полипропиленового композитного материала;
силовая установка — скомбинированный с электрогенератором обычный ДВС мощностью 45 кВт/60 л. с.;
электрическая трансмиссия с постоянным полным приводом или передним приводом* (по одному бесколлекторному электродвигателю мощностью 25 кВт/33,5 л. с. (максимальная — до 50 кВт) на каждую ведущую ось), с системой рекуперации энергии и накопителем в виде суперконденсатора ёмкостью 50 фарад;
запас хода — до 700 км при работе ДВС и до 2 км — только на энергии накопителей;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной научно-исследовательской работе разработанная методика тягово-динамического расчета автомобиля с ГСУ применима для основных схем ГСУ, учитывает особенности используемых электромашин и согласующих устройств. Позволяет определить необходимые динамические свойства.
Разработанная методика топливно-экономического расчета позволяет определить показатель расхода топлива за ездовой цикл установленный ГОСТ 20306–90, используемый также и для экспериментальных исследований, применима к основным схемам ГСУ.
Расчетом установлено, что автомобили с силовыми установками с ДВС, п следовательной ГСУ и параллельной ГСУ равной максимальной мощности 65 кВт имеют отличия динамических характеристиках