Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Общие сведения и обзор автомобилей с гибридными силовыми установками 11
1.1. Проблемы потребления углеводородного топлива 11
1.2. Классификация транспортных средств с гибридной силовой установкой 14
1.2.1. Общие положения 14
1.2.2. Классификация АТС с ГСУ по энергетическому обеспечению 14
1.2.3. Классификация АТС по структуре и схеме взаимодействия основных компонентов ГСУ 15
1.3. Обзор транспортных средств с гсу 22
1.4. Энергетическая эффективность автомобилей с гсу и ее взаимосвязь с условиями движения 29
Выводы к главе 1 35
ГЛАВА 2. Математическая модель для исследования транспортных средств с гибридной силовой установкой 37
2.1. Общие положения 37
2.2. математическая модель системы тягового электрооборудования АТС с ГСУ 39
2.2.1. Функциональная схема обобщенной модели системы тягового электрооборудования АТС с ГСУ 39
2.2.2. Математическая модель электрической машины 41
2.2.3. Модель системы преобразования энергии и управления AM 50
2.3. Математическая модель аккумуляторной батареи 54
2.3.1. Применение метода Шеферда для моделирования нестационарных режимов разряда и заряда аккумуляторных батарей 54
2.3.2. Расчет баланса электрической энергии аккумуляторной батареи в составе ГСУ АТС 56
2.4. Математическая модель двигателя внутреннего сгорания 64
2.5. Математическая модель устройства механического сопряжения и распределения мощности агрегатов ГСУ 70
2.5.1. Определение требуемых тягово-энергетических характеристик ГСУ 70
2.5.2. Математическая модель устройства механического сопряжения и распределения мощности агрегатов ГСУ 72
Выводы к Главе 2 76
ГЛАВА 3. Исследование энергетических показателей основных компонентов гибридной силовой установки транспортного средства 78
3.1. Общие положения 78
3.2. Анализ энергетических показателей электромобиля в условиях городского и загородного режимов движения 79
3.2.1.Исходные данные 79
3.2.2. Результаты моделирования движения электромобиля на базе автомобиля ГАЗ-2705 80
3.2.3. Результаты экспериментальных исследований СТЭО транспортного средства...96
3.3. Анализ топливно-энергетических показателей традиционного автомобиля в условиях городского и загородного режимов движения 97
3.3.1. Алгоритм расчета топливно-энергетических показателей автомобиля 97
3.3.2. Моделирование движения традиционного автомобиля при ступенчатом изменении передаточного числа трансмиссии 100
3.3.3. Топливная эффективность традиционного АТС 106
3.3.4. Моделирование движения автомобиля при непрерывном изменении передаточного числа трансмиссии 111
3.3.5. Эффективность работы ДВС в составе ГСУ 113
Выводы к главе 3 116
ГЛАВА 4. Методика определения и расчета энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ последовательной и смешанной структур 118
4.1. Исследование энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ последовательной структуры 118
4.1.1. Общие положения 118
4.1.2. Исследование энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ последовательной структуры 119
4.2. Исследование энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ смешанной структуры 130
4.2.1. Основы эффективной работы ДВС в составе ГСУ смешанной структуры 130
4.2.2. Алгоритм функционирования агрегатов энергоустановки и выбора рационального режима работы ГСУ смешанной структуры 133
4.2.3.Методика оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ 139
4.3. Результаты оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ... 149
Выводы к главе 4 153
ГЛАВА 5. Методика выбора параметров гибридной силовой установки транспортного средства 155
5.1. Основные этапы определения параметров основных компонентов ГСУ 155
5.2. Определение и расчет параметров гибридной силовой установки 157
5.2.1. Определение требуемых характеристик ДВС и основных компонентов СТЭО
в составе ГСУ 157
5.2.2. Расчет и определение характеристик БНЭ 159
5.3. Оценка грузоподъемности АТС с ГСУ 161
Выводы к главе 5 165
Заключение 166
Список использованной литературы 168
Приложения 174
- Классификация АТС по структуре и схеме взаимодействия основных компонентов ГСУ
- Математическая модель электрической машины
- Результаты моделирования движения электромобиля на базе автомобиля ГАЗ-2705
- Исследование энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ последовательной структуры
Введение к работе
Установившиеся на протяжении последних десятилетий высокие темпы автомобилизации с каждым годом все больше обостряют проблему возрастающего потребления углеводородных источников энергии. Автомобильный транспорт в настоящее время является одним из основных потребителей нефтяных ресурсов, на его долю приходится около 50 % всего объема нефтедобычи. Увеличение объемов использования углеводородного топлива сопровождается ухудшением экологической обстановки как в масштабе отдельных городов, так и во всем мире.
В России, наряду с ростом численности автопарка, проблема потребления топливных ресурсов и ухудшения экологии усугубляется и другими особенностями автотранспортного комплекса страны. Отставание развития транспортной инфраструктуры и дорожной сети, высокая доля парка с большим сроком эксплуатации и низкими экологическими показателями оказывает негативное влияние на указанную проблему. В связи с этим, применение транспорта с высокими показателями топливной экономичности и экологической безопасности, а также модернизация находящихся в эксплуатации традиционных автотранспортных средств (АТС), может явиться одним из наиболее эффективных средств улучшения сложившейся топливно-энергетической и экологической ситуации.
Наряду с другими возможными способами решения данной проблемы, такими как совершенствование конструкции двигателей внутреннего сгорания (ДВС), использование альтернативного топлива (в том числе биотоплива и природного газа), особо следует выделить применение гибридных (комбинированных) силовых установок (ГСУ) на транспортных средствах.
По мере совершенствования АТС с двигателями внутреннего сгорания всегда существовала идея сочетания на автомобиле нескольких различных источников энергии для движения. В настоящее время подобной системой, признанной ведущими автопроизводителями, является та, в которой
комбинируются два различных преобразователя энергии — ДВС и электрическая машина и, соответственно, два источника — топливо и электрическое накопительное устройство (аккумуляторная батарея). Сочетание на автотранспортном средстве ДВС, электрической машины с системой преобразования электрической энергии и управления, а также буферного накопителя энергии позволяет обеспечить функционирование силовой установки таким образом, чтобы избежать неблагоприятных (с точки зрения энергетической эффективности) режимов работы, как двигателя внутреннего сгорания, так и электрической машины, реализуя высокую эффективность всей системы.
Актуальность этой темы уже давно признана во многих промышленно-развитых странах, где существуют обширные национальные программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по автомобилям с ГСУ, налажено серийное производство данного вида АТС. Развитию работ в этом направлении способствует постоянное ужесточение норм по выбросам вредных веществ, реализация которых уже невозможна путем дальнейшего совершенствования традиционных схем АТС на основе двигателей внутреннего сгорания.
В России в последние годы также отмечается активизация работ по созданию и внедрению автотранспортных средств нового поколения, начинают разрабатываться проекты программ развития перспективного транспорта. Проблемами разработки и создания электромобилей и АТС с ГСУ занимались и продолжают заниматься ряд российских ученых: Б.И.Петленко, Е.И.Сурин, А.А.Ипатов, А.А.Эйдинов, В.Е.Ютт, С.В.Бахмутов, Б.Э.Павлушков, В.В.Селифонов, Б.Я.Черняк, Ю.А.Купеев, В.Ф.Кутенев, В.Ф.Каменев, Л.Ю.Лежнев, И.П.Ксеневич, Д.Б.Изосимов и многие другие. Решению вопросов в данной области посвящены диссертационные работы, выполненные в МАДИ, ФГУП «НАМИ», МГТУ «МАМИ», МЭИ и др. [16, 26, 28, 31, 53].
Результаты исследований электромобилей и транспортных средств с ГСУ отражены в ряде научных статей [8, 12, 18, 19, 24, 25, 29, 33 — 38], в том числе зарубежных авторов [59 - 63, 65 - 72, 75 - 81, 87 - 90].
В настоящее время в ряде научных институтов страны созданы и испытаны образцы АТС с ГСУ. Однако, несмотря на этот факт, в данной области остается много нерешенных вопросов, отсутствует устоявшаяся методика определения и расчета параметров комбинированной энергетической системы автомобиля, нет четкой картины наиболее эффективной организации совместной работы компонентов энергоустановки. Применяемые при исследованиях математические модели АТС, как правило, направлены на детальную проработку одного из компонентов ГСУ, при этом значения остальных ключевых составляющих упрощаются. Кроме того, большинство работ посвящено исследованию АТС с ГСУ последовательной и параллельной структур, тогда как смешанная структура энергоустановки остается до конца не изученной.
ГСУ транспортного средства представляет сложную систему устройств, находящихся в тесной взаимосвязи и функционирующих как единое целое. Поэтому подход к вопросу определения рациональной стратегии управления ГСУ, параметров ее основных узлов должен быть также системным, учитывающим целый ряд характеристик и условий. В связи с этим, разработка действительно эффективного в эксплуатационном отношении транспортного средства с гибридной силовой установкой возможна посредством целостного исследования и определения энергетической и топливной эффективности разрабатываемого АТС и стратегии управления ГСУ.
В настоящей работе предлагается разработать метод исследования энергетической системы АТС с ГСУ, с помощью разработанной комплексной модели транспортного средства с ГСУ исследовать несколько различных вариантов схем и алгоритмов работы энергоустановки, оценить их с точки зрения энергетической и топливной эффективности.
Таким образом, целью настоящей работы является разработка методики и средств исследования энергетической системы автомобиля с гибридной силовой установкой, основанных на математическом моделировании работы основных компонентов ГСУ.
В рамках поставленной цели настоящей диссертационной работы решаются следующие задачи:
анализ существующих разработок АТС с ГСУ и применяемого силового оборудования в их составе;
разработка комплексной математической модели АТС с ГСУ;
исследование энергетических показателей и определение рациональных режимов работы основных компонентов ГСУ транспортного средства;
разработка алгоритма выбора рационального режима работы гибридной силовой установки;
разработка метода оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ;
расчет и сравнение показателей эффективности АТС с ГСУ последовательной и смешанной структур;
разработка базовой методики определения и расчета параметров основных компонентов ГСУ транспортного средства.
Методы исследований. При решении задач использованы современные математические методы теоретической электротехники, теории электромеханического преобразования энергии, основные положения теории автомобиля, ДВС и математического моделирования динамических процессов в сложных нелинейных системах.
Научная новизна. Разработана комплексная математическая модель, включающая полный состав основных компонентов ГСУ транспортного средства и учитывающая нелинейность показателей энергетической эффективности системы тягового электрооборудования, в том числе аккумуляторной батареи и электрической машины. Разработанная обобщенная модель позволяет проводить оценку эффективности реализации на
9 транспортном средстве различных схем гибридных силовых установок (последовательной, параллельной, смешанной) и алгоритмов работы последней, а также дать рекомендации по выбору характеристик основных компонентов ГСУ.
На защиту выносятся:
комплексная математическая модель АТС с ГСУ, включающая модели асинхронной электрической машины с системой преобразования электрической энергии и управления, аккумуляторной батареи, расчета показателей работы ДВС, устройства сопряжения и распределения мощности силовых агрегатов;
метод исследования энергетических показателей основных компонентов ГСУ транспортного средства;
алгоритм выбора рационального режима работы ГСУ транспортного средства;
метод оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ;
результаты расчета и сравнения показателей эффективности АТС с ГСУ последовательной и смешанной структур;
- базовая методика расчета и определения параметров основных
компонентов ГСУ транспортного средства.
Достоверность результатов обеспечена использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Результаты работы, в том числе методика исследования энергетической системы транспортных средств с ГСУ, использованы при выполнении работ, связанных с разработкой АТС с ГСУ в ОАО «НПП «Квант», ФГУП «НАМИ», а также в учебном процессе в МАДИ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: 46-ом международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта. Проблемы и пути решения», г.Суздаль, июнь 2008;
10 Международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», г.Тольятти, 12-15 мая 2009;
- Научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва, 2008 - 2010 гг.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе две публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 104 наименования и 6 приложений. Содержит 173 страницы текста, 62 рисунка, в том числе графики, 26 таблиц.
Классификация АТС по структуре и схеме взаимодействия основных компонентов ГСУ
Результаты исследований электромобилей и транспортных средств с ГСУ отражены в ряде научных статей [8, 12, 18, 19, 24, 25, 29, 33 — 38], в том числе зарубежных авторов [59 - 63, 65 - 72, 75 - 81, 87 - 90].
В настоящее время в ряде научных институтов страны созданы и испытаны образцы АТС с ГСУ. Однако, несмотря на этот факт, в данной области остается много нерешенных вопросов, отсутствует устоявшаяся методика определения и расчета параметров комбинированной энергетической системы автомобиля, нет четкой картины наиболее эффективной организации совместной работы компонентов энергоустановки. Применяемые при исследованиях математические модели АТС, как правило, направлены на детальную проработку одного из компонентов ГСУ, при этом значения остальных ключевых составляющих упрощаются. Кроме того, большинство работ посвящено исследованию АТС с ГСУ последовательной и параллельной структур, тогда как смешанная структура энергоустановки остается до конца не изученной.
ГСУ транспортного средства представляет сложную систему устройств, находящихся в тесной взаимосвязи и функционирующих как единое целое. Поэтому подход к вопросу определения рациональной стратегии управления ГСУ, параметров ее основных узлов должен быть также системным, учитывающим целый ряд характеристик и условий. В связи с этим, разработка действительно эффективного в эксплуатационном отношении транспортного средства с гибридной силовой установкой возможна посредством целостного исследования и определения энергетической и топливной эффективности разрабатываемого АТС и стратегии управления ГСУ.
В настоящей работе предлагается разработать метод исследования энергетической системы АТС с ГСУ, с помощью разработанной комплексной модели транспортного средства с ГСУ исследовать несколько различных вариантов схем и алгоритмов работы энергоустановки, оценить их с точки зрения энергетической и топливной эффективности. Таким образом, целью настоящей работы является разработка методики и средств исследования энергетической системы автомобиля с гибридной силовой установкой, основанных на математическом моделировании работы основных компонентов ГСУ.
В рамках поставленной цели настоящей диссертационной работы решаются следующие задачи: - анализ существующих разработок АТС с ГСУ и применяемого силового оборудования в их составе; - разработка комплексной математической модели АТС с ГСУ; - исследование энергетических показателей и определение рациональных режимов работы основных компонентов ГСУ транспортного средства; - разработка алгоритма выбора рационального режима работы гибридной силовой установки; - разработка метода оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ; - расчет и сравнение показателей эффективности АТС с ГСУ последовательной и смешанной структур; - разработка базовой методики определения и расчета параметров основных компонентов ГСУ транспортного средства. Методы исследований. При решении задач использованы современные математические методы теоретической электротехники, теории электромеханического преобразования энергии, основные положения теории автомобиля, ДВС и математического моделирования динамических процессов в сложных нелинейных системах. Научная новизна. Разработана комплексная математическая модель, включающая полный состав основных компонентов ГСУ транспортного средства и учитывающая нелинейность показателей энергетической эффективности системы тягового электрооборудования, в том числе аккумуляторной батареи и электрической машины. Разработанная обобщенная модель позволяет проводить оценку эффективности реализации на транспортном средстве различных схем гибридных силовых установок (последовательной, параллельной, смешанной) и алгоритмов работы последней, а также дать рекомендации по выбору характеристик основных компонентов ГСУ. На защиту выносятся: - комплексная математическая модель АТС с ГСУ, включающая модели асинхронной электрической машины с системой преобразования электрической энергии и управления, аккумуляторной батареи, расчета показателей работы ДВС, устройства сопряжения и распределения мощности силовых агрегатов; - метод исследования энергетических показателей основных компонентов ГСУ транспортного средства; - алгоритм выбора рационального режима работы ГСУ транспортного средства; - метод оценки энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ; - результаты расчета и сравнения показателей эффективности АТС с ГСУ последовательной и смешанной структур; - базовая методика расчета и определения параметров основных компонентов ГСУ транспортного средства. Достоверность результатов обеспечена использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Математическая модель электрической машины
При анализе полученных значений рекуперативной энергии не прослеживается однозначная зависимость между средней скоростью движения и долей рекуперации в цикле. Данные табл. 1.4 свидетельствуют о том, что наибольшие относительные значения рекуперированной энергии имеют место в городских циклах, что обусловлено высокой частотой тормозных режимов. Однако испытательные циклы с более высокими средними скоростями также демонстрируют существенный потенциал в рекуперации энергии при торможении, так как высокие значения скорости автомобиля определяют более продолжительные участки торможения.
Кроме рекуперации, следует обратить особое внимание на среднюю мощность ЭДГ в цикле, которую можно отнести и к ДВС традиционного автомобиля. В этом случае можно сделать вывод о различной степени загрузки ДВС в городских и загородных условиях движения.
Эффективность автомобилей с ГСУ в различных условиях движения можно оценить, сравнивая значения расхода топлива автомобилей в городском и загородном испытательных циклах. Разница в расходе топлива в условиях городского движения (ЕСЕ), например, между автомобилем Toyota Prius и обычным автомобилем с той же полной массой, достигает 50 % в пользу автомобиля с ГСУ. Что касается другого, высокоскоростного испытательного цикла загородного движения (HFEDS), то преимущество в снижении расхода топлива автомобиля Toyota Prius сокращается до 20 %.[66]
Касаясь возможности экономии топлива автомобилей с ГСУ в стандартизированных испытательных циклах необходимо рассматривать их в связи с реальными условиями движения. Автомобили с ГСУ, главным образом, следует использовать в перегруженных районах, где весьма низкая средняя скорость и экономия топлива будет значительной именно в этих режимах. Средняя скорость в часы пик в населенных пунктах с высоким уровнем автомобилизации, как правило, ниже 20 км/ч. Поэтому оценку потенциала топливной экономичности различных концепций АТС с ГСУ целесообразно проводить для циклов с низкой средней скоростью, например цикл ЕСЕ или NYCC. 1. Автомобильный транспорт является одним из основных потребителей невозобновляемых источников энергии, на долю которого приходится около 50 % всего объема нефтедобычи. 2. Возрастающее потребление углеводородного топлива на транспорте связано с: - высоким уровнем и темпами автомобилизации; - низкими показателями топливной экономичности АТС, находящихся в эксплуатации; - эксплуатацией АТС в условиях движения, отличающихся работой силовой установки с низкой энергетической эффективностью. 3. Транспортный комплекс является одним из основных загрязнителей окружающей среды, в России на его долю приходится около 38% общего загрязнения атмосферного воздуха, из этого числа более 90% объема вредных выбросов обусловлены автомобильным транспортом. 4. Одним из способов повышения топливно-экономических и экологических показателей АТС является применение ГСУ на транспортных средствах. Результаты опытной эксплуатации автомобилей с ГСУ свидетельствуют о более низких эксплуатационных затратах в сравнении с традиционными АТС. 5. Конструкции транспортных средств с ГСУ можно классифицировать по двум основным признакам: - по энергетическому обеспечению; - по структуре (схеме) взаимосвязи основных компонентов ГСУ. 6. Схему взаимосвязи основных компонентов ГСУ можно свести к трем основным структурам: - последовательная структура; - параллельная структура; - последовательно-параллельная (смешанная) структура. 7. Принцип повышения топливной экономичности автомобиля с ГСУ основан на обеспечении оптимальных, с точки зрения энергетической эффективности, режимов работы силовой установки на всех участках цикла движения транспортного средства — разгон, установившееся движение, торможение и стоянка. 8. В настоящее время наиболее распространенными конструкциями ГСУ являются сочетание двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторной батареи и одной или двух электрических машин. 9. Энергетическую и топливную эффективность транспортных средств с ГСУ необходимо рассматривать в связи с условиями движения. При этом максимальная топливная экономичность автомобилей с ГСУ достигается в городских условиях движения, отличающихся низкой средней скоростью и большой долей участков стоянок (холостого хода) и торможения.
Результаты моделирования движения электромобиля на базе автомобиля ГАЗ-2705
Для определения энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ, характеристик основных компонентов силовой установки в различных режимах и определения соответствующих им рациональных законов управления в настоящей работе была сформирована обобщенная математическая модель АТС состоящая из: - модели электрической машины; модели устройства преобразования электрической энергии и управления AM; - модели батареи накопителей энергии; - модели двигателя внутреннего сгорания; - модели устройства механического сопряжения и распределения мощности агрегатов ГСУ; - модели автомобиля для определения сил сопротивления движению и расчета требуемых тяговых усилий на ведущих колесах и агрегатах ГСУ. Математическое описание ЭДГ и ЭГД в составе ГСУ АТС можно осуществить при помощи системы уравнений электромеханического преобразования энергии в электрической машине.
При математическом описании асинхронной машины необходимо использовать метод результирующего вектора и преобразования координат, что позволяет упростить и сократить уравнения, описывающие процессы электромеханического преобразования энергии. Для моделирования нестационарных режимов разряда/заряда аккумуляторной батареи в составе ГСУ АТС применим метод Шеферда. При исследовании энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ необходимым условием является учет КПД компонентов силовой установки.
Математическое моделирование работы ДВС в составе ГСУ с приемлемой степенью точности может быть реализовано на основе экспериментальных многопараметровых характеристик - зависимостей показателей работы двигателя от крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала во всем диапазоне его работы. 7. Математическое описание процесса распределения потоков мощности при совместной работе ДВС и тягового электродвигателя в параллельной или смешанной структуре АТС сводится к оперированию значениями требуемого момента и частоты вращения на ВМ (дифференциале) и фактическими значениями момента и частоты вращения ДВС и ЭДГ.
Целью совмещения на транспортном средстве различных систем хранения и преобразования энергии является повышение топливной экономичности и экологической безопасности АТС. Улучшение этих показателей достигается, главным образом, за счет различных рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрической машины. Последний факт позволяет обеспечить функционирование энергоустановки транспортного средства таким образом, чтобы избежать неблагоприятных (с точки зрения энергетической эффективности) режимов работы, как ДВС, так и СТЭО в целом, реализуя высокую эффективность всей системы. Таким образом, объединение в составе ГСУ транспортного средства ДВС и электрической машины позволяет максимально использовать преимущества последних и скомпенсировать недостатки, присущие каждому из них.
Для повышения топливной экономичности транспортного средства и реализации рациональной стратегии управления ГСУ необходимо иметь представление об эффективных режимах работы отдельных компонентов энергоустановки - ДВС и СТЭО. В качестве способа решения данной задачи в настоящей работе предлагается посредством разработанных математических моделей провести исследование энергетических показателей электромобиля (СТЭО) и традиционного автомобиля (ДВС) в различных условиях движения [43, 44, 45].
Моделирование движения электромобиля (ЭМ) дает возможность, помимо определения параметров СТЭО, воссоздать основные энергетические показатели различных условий движения транспортного средства и сформировать предварительные требования к составу и характеристигЕ а гибридной силовой установки [42, 44].
Расчет показателей ДВС традиционного АТС в характерных Усло 315 г движения (городское и загородное) позволит оценить влияние различц - режимов его работы на показатели топливной экономичности автомоби-п д-также сформулировать требования к организации эффективной работы ДН5. —"« составе ГСУ.
Исследование энергетической и топливной эффективности АТС с ГСУ последовательной структуры
Средние скорости движения в исследуемых циклах располагаются в таком порядке: FTP75 - 34 км/ч; NEDC - 33,5 км/ч; ЕСЕ - 19 км/ч; NYCC - 11,4 км/ч. Наименьшие значения скорости характерны для движения в городских условиях, где наблюдается высокая плотность автомобильного потока. 2. Несмотря на тот факт, что во время электрического торможения объем энергии рекуперации по мере снижения скорости уменьшается, а при скорости ниже 15-10 км/ч рекуперация энергии практически равна нулю, наивысшие показатели по общему объему рекуперированной энергии наблюдаются в городском цикле движения NYCC с низкой средней скоростью. Последнее обстоятельство можно объяснить несколькими факторами: - городской цикл NYCC отличается наибольшей среди рассматриваемых циклов частотой режимов пуска и торможения АТС, а значит и большим числом участков рекуперации энергии; - электрическое торможение с начальной скоростью 45-30 км/ч, преобладающее в цикле NYCC, обуславливает низкие значения зарядной (рекуперируемой) мощности. Данные по КПД аккумуляторных батарей при заряде (см. рис. 2.10) свидетельствуют о повышении эффективности заряда батареи при снижении зарядной мощности. В цикле смешанного движения NEDC, несмотря на наличие продолжительного участка торможения со скорости 90 км/ч, энергия рекуперации принимает минимальные значения в сравнении с другими анализируемыми циклами. Данный факт объясняется низкой эффективностью заряда АБ при большом значении зарядной мощности, которое в момент начала торможения составляет около 70 кВт, зарядный КПД АБ в этом случае находится в диапазоне 0,68...0,58 (см. рис. 2.10). 3. Наименьшие значения средней мощности на валу ЭДГ получены в городских циклах - это 6,5 кВт в цикле ЕСЕ и 5,6 кВт в NYCC, что почти в 1,5 — 2 раза ниже аналогичного показателя для смешанных циклов. Расчет средней мощности ЭДГ в циклах, применим к описанию работы ДВС традиционного автомобиля, и позволяет судить о степени загрузки ДВС в различных режимах движения. Полученные данные свидетельствуют о работе ДВС традиционных АТС на режимах малых нагрузок именно в городских условиях движения, что негативно отражается на их топливной экономичности. 4. Результаты моделирования движения электромобиля могут быть отнесены к транспортному средству с гибридной силовой установкой. Например, при расчете энергетических показателей АТС с ГСУ в режиме только электрической тяги. Кроме того, оценка энергетических показателей различных тяговых электродвигателей электромобиля, а также режимов их работы, позволяет сформировать требования к ЭДГ в составе ГСУ, определить оптимальные по критерию энергетической эффективности режимы работы ЭДГ и батареи накопителей энергии. 5. Реализованная в настоящей работе математическая модель СТЭО позволяет проводить расчет движения АТС по заданному контрольному циклу, что дает возможность: определять основные энергетические показатели движения транспортного средства; - оценить степень приближения полученной фактической скорости движения ЭМ к заданной по показателю интегрального КПД ЭДГ (г? = W2IWX); - проводить анализ выбранного типа и мощности ЭДГ, а таюке передаточного числа трансмиссии посредством предлагаемого критерия интегральной оценки (коэффициента кБ). Основные положения настоящей работы основаны не только на теоретических исследованиях и математическом моделировании, но также и результатах экспериментальных исследований. Результаты работы, в том числе методика исследования энергетической системы транспортных средств с ГСУ, использованы при выполнении работ, связанных с разработкой АТС с ГСУ в ОАО «НЛП «Квант». На рис. 3.11 приведены осциллограммы основных параметров СТЭО ОАО «НЛП «Квант», полученные в ходе испытаний опытного образца восьмиколесной высокомобильной роботизированной автомобильной платформы с индивидуальным приводом ведущих колес [32]. Рис.3.11 отображает изменение тока фазы статора i\ асинхронной машины (4АПА160М4), тока /j и напряжения Ud на входе силового преобразователя (БПУ-Квант) в режиме разгона АТС до скорости 45 км/ч. Указанные данные характеризуют работу электропривода одного колеса. Для определения рациональных законов управления ДВС в составе гибридной силовой установки транспортного средства необходимо иметь представление об эффективности работы двигателя на различных режимах. К решению данной задачи в настоящей работе предлагается прибегнуть с помощью моделирования традиционного АТС, что позволит выявить неблагоприятные с точки зрения топливной эффективности режимы работы ДВС в различных условиях движения и сформулировать требования по организации оптимальной работы двигателя в составе ГСУ.
В настоящей работе оценка показателей расхода топлива двигателей внутреннего сгорания в составе силовой установки традиционного автомобиля, а также АТС с ГСУ, проводится посредством предлагаемой математической модели ДВС на основе многопараметровых характеристик (см. Раздел 2.4 настоящей работы).
Следует отметить, что многопараметровые характеристики ДВС описывают статические режимы работы ДВС [4]. Поэтому в предлагаемом методе расчета показателей работы двигателя внутреннего сгорания принято допущение, которое заключается в сведении динамических процессов в ДВС к статическим. При этом согласно экспериментальным исследованиям, при изменении мощности ДВС от нуля до максимального значения в течение 20 секунд и более показатели работы ДВС в этом динамическом режиме практически не отличаются от параметров работы двигателя в статическом режиме, в соответствующих режимных точках [26, 27].
