Исследование методов моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых агрегатов автомобилей
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ структуры гибридного автомобиля 6
1.1 Обозначение гибрида 6
1.2 Структура и работа гибридного автомобиля 7
1.3 Типы гибридов 10
1.4 Классификация по типу батарей 17
2 Анализ существующих разработок гибридных технологий в
автомобилестроении 23
2.1 Анализ существующих энергосберегающих технологий 23
2.2 Электрические транспортные средства 28
2.3 Гибридные транспортные средства на электричестве 32
2.4 Гибридные транспортные средства на топливных элементах 34
2.5 Конфигурация гибридного многорежимного силового агрегата.. 37
2.6 Инструменты моделирования 42
2.7 Обобщение проведенного анализа 42
3 Анализ циклов моделирования и оптимизации гибридных
силовых агрегатов автомобилей 45
3.1 Моделирование гибридного транспортного средства 45
3.2 Моделирование систем топливных элементов 55
3.3 Исследования систем топливных элементов 57
3.4 Рекомендации по применению многорежимных гибридных
силовых агрегатов автомобилей и способов их моделирования 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
1 Анализ структуры гибридного автомобиля 6
1.1 Обозначение гибрида 6
1.2 Структура и работа гибридного автомобиля 7
1.3 Типы гибридов 10
1.4 Классификация по типу батарей 17
2 Анализ существующих разработок гибридных технологий в
автомобилестроении 23
2.1 Анализ существующих энергосберегающих технологий 23
2.2 Электрические транспортные средства 28
2.3 Гибридные транспортные средства на электричестве 32
2.4 Гибридные транспортные средства на топливных элементах 34
2.5 Конфигурация гибридного многорежимного силового агрегата.. 37
2.6 Инструменты моделирования 42
2.7 Обобщение проведенного анализа 42
3 Анализ циклов моделирования и оптимизации гибридных
силовых агрегатов автомобилей 45
3.1 Моделирование гибридного транспортного средства 45
3.2 Моделирование систем топливных элементов 55
3.3 Исследования систем топливных элементов 57
3.4 Рекомендации по применению многорежимных гибридных
силовых агрегатов автомобилей и способов их моделирования 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
В наши дни при стабильном росте количества различных автомобилей и непрерывно растущей необходимости в обеспеченности энергетическими ресурсами, все большую актуальность приобретает проблема снижения расхода топлива и улучшения способности контролировать его расход при эксплуатации автомобиля. Потребление такого ресурса как топливо зависит от многих факторов. Имеют значение транспортные условия, климат и качество дорожных покрытий, и, наконец, характер эксплуатации автотранспорта. Можно с уверенностью сказать, что дорожное покрытие, с присущими ему элементами профиля и планировкой, а также особенностями местности оказывают основное, из всех приведенных факторов, влияние на эффективность использования топливных ресурсов. Методики и нормативная документация определяют допустимый уровень топливных затрат при движении транспортного средства. Но данные нормативы регламентируют только расход на ровных дорогах, которые, не часто встречаются в дорожной сети России. Преобладающая часть дорожного покрытия РФ застроена дорогами с большим количеством ям и неровностей. Когда транспортное средство двигается по ухабистому дорожному покрытию, требуется дополнительная мощность для того, чтобы ехать по всем неровностям, сохраняя заданную скорость. Данная ситуация ведет к увеличению топливного расхода или, проще говоря, к снижению коэффициента полезного действия (КПД).
Актуальность данной проблемы может быть обоснована, например, себестоимостью грузоперевозок посредством автотранспорта, особенно если взять в расчет тот факт, что стоимость на топливное сырье неуклонно становится выше.
В ближайшие годы, обещают производители, ассортимент основных сегментов европейского авторынка пополнится за счет новичков - гибридных автомобилей последнего поколения. Речь идет о транспорте, оснащенном одновременно двигателем внутреннего сгорания и электрическим мотором.
Несомненным преимуществом автомобиля с гибридным приводом - его меньший, в сравнении с традиционной трансмиссией, расход топлива. Это происходит благодаря возможности аккумулировать и использовать в дальнейшем энергию торможения (рекуперация). При торможении электротрансмиссия машины переходит в режим генератора и начинает рекуперировать энергию торможения. Полученная таким образом электроэнергия поступает в аккумуляторную батарею (АКБ) и сохраняется для последующего использования. Этот процесс наступает при разгоне машины, когда гибридный автомобиль ускоряют одновременно и дизель, и электромотор. Во время движения на малых скоростях, при маневрировании или в трафике машина может передвигаться на одном электромоторе. Итогом внедрения в автомобиль такого довольно сложного гибридного привода становится заметная экономия топлива, которая в различных моделях колеблется в пределах от 25 до 50%.
Гибридная тема за последние годы получила довольно широкое распространение. Опытные образцы с комбинированным приводом создали и выпустили подавляющее большинство мировых автопроизводителей. Многие начали даже мелкосерийный выпуск. Конечно, общий мировой выпуск гибридных коммерческих автомобилей и автобусов на сегодняшний день не превысил пока что отметку в 10000 единиц. Но аналитики американской исследовательской компании Frost &Sullivan утверждают, что автогибриды станут преобладать на наших дорогах уже к 2020 году. Это в первую очередь касается городских автобусов, а также среднетоннажных развозных и тяжелых коммунальных грузовиков. Анализируя причины, почему гибриды станут популярными у потребителей в ближайшее время, специалисты рынка указали на три основных фактора: повышающаяся урбанизация городов, увеличение интенсивности грузоперевозок, а также сохраняющаяся тенденция роста стоимости топлива.
Популярность гибридных коммерческих автомобилей пока не заметна. Гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на улицах мегаполисов, там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить. У развозных гибридных транспортных средств, работающих в городах с частыми разгонами и торможениями, экономия топлива достигает 25-35 %.
Немаловажным моментом внедрения гибридной технологии становится сохранение полезной нагрузки транспортного средства. Ведь снаряженная масса коммерческого автомобиля немного вырастает после того, как его основной ДВС будет агрегатирован с электротрансмиссией и связанным с ней тяжелым блоком аккумуляторных батарей. ДВС-электрические гибридные приводы могут регенерировать всего лишь 25 % энергии торможения. Этот незначительный процент обусловлен нежеланием автопроизводителей устанавливать более емкие батареи в гибридный автомобиль. Если смонтировать емкие АКБ, то резко уменьшится грузоподъемность машины, а цена вырастет еще больше. Потому конструкторам гибридных грузовиков всегда необходимо находить компромисс между экономичностью, стоимостью и сохранением полезной нагрузки [1].
Существенное удорожание автомобиля - это очень важный аспект, который сегодня сопутствует всем гибридным транспортным средствам. Аналитики полагают, что с развитием нового автомобильного направления получится снизить цену, хотя рост популярности гибридной технологии в итоге будет зависеть от стоимости топлива и внедрения более эффективных приводов.
Актуальность данной проблемы может быть обоснована, например, себестоимостью грузоперевозок посредством автотранспорта, особенно если взять в расчет тот факт, что стоимость на топливное сырье неуклонно становится выше.
В ближайшие годы, обещают производители, ассортимент основных сегментов европейского авторынка пополнится за счет новичков - гибридных автомобилей последнего поколения. Речь идет о транспорте, оснащенном одновременно двигателем внутреннего сгорания и электрическим мотором.
Несомненным преимуществом автомобиля с гибридным приводом - его меньший, в сравнении с традиционной трансмиссией, расход топлива. Это происходит благодаря возможности аккумулировать и использовать в дальнейшем энергию торможения (рекуперация). При торможении электротрансмиссия машины переходит в режим генератора и начинает рекуперировать энергию торможения. Полученная таким образом электроэнергия поступает в аккумуляторную батарею (АКБ) и сохраняется для последующего использования. Этот процесс наступает при разгоне машины, когда гибридный автомобиль ускоряют одновременно и дизель, и электромотор. Во время движения на малых скоростях, при маневрировании или в трафике машина может передвигаться на одном электромоторе. Итогом внедрения в автомобиль такого довольно сложного гибридного привода становится заметная экономия топлива, которая в различных моделях колеблется в пределах от 25 до 50%.
Гибридная тема за последние годы получила довольно широкое распространение. Опытные образцы с комбинированным приводом создали и выпустили подавляющее большинство мировых автопроизводителей. Многие начали даже мелкосерийный выпуск. Конечно, общий мировой выпуск гибридных коммерческих автомобилей и автобусов на сегодняшний день не превысил пока что отметку в 10000 единиц. Но аналитики американской исследовательской компании Frost &Sullivan утверждают, что автогибриды станут преобладать на наших дорогах уже к 2020 году. Это в первую очередь касается городских автобусов, а также среднетоннажных развозных и тяжелых коммунальных грузовиков. Анализируя причины, почему гибриды станут популярными у потребителей в ближайшее время, специалисты рынка указали на три основных фактора: повышающаяся урбанизация городов, увеличение интенсивности грузоперевозок, а также сохраняющаяся тенденция роста стоимости топлива.
Популярность гибридных коммерческих автомобилей пока не заметна. Гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на улицах мегаполисов, там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить. У развозных гибридных транспортных средств, работающих в городах с частыми разгонами и торможениями, экономия топлива достигает 25-35 %.
Немаловажным моментом внедрения гибридной технологии становится сохранение полезной нагрузки транспортного средства. Ведь снаряженная масса коммерческого автомобиля немного вырастает после того, как его основной ДВС будет агрегатирован с электротрансмиссией и связанным с ней тяжелым блоком аккумуляторных батарей. ДВС-электрические гибридные приводы могут регенерировать всего лишь 25 % энергии торможения. Этот незначительный процент обусловлен нежеланием автопроизводителей устанавливать более емкие батареи в гибридный автомобиль. Если смонтировать емкие АКБ, то резко уменьшится грузоподъемность машины, а цена вырастет еще больше. Потому конструкторам гибридных грузовиков всегда необходимо находить компромисс между экономичностью, стоимостью и сохранением полезной нагрузки [1].
Существенное удорожание автомобиля - это очень важный аспект, который сегодня сопутствует всем гибридным транспортным средствам. Аналитики полагают, что с развитием нового автомобильного направления получится снизить цену, хотя рост популярности гибридной технологии в итоге будет зависеть от стоимости топлива и внедрения более эффективных приводов.
Потребление такого ресурса как топливо зависит от многих факторов. Имеют значение транспортные условия, климат и качество дорожных покрытий, и, наконец, характер эксплуатации автотранспорта. Можно с уверенностью сказать, что особенности рельеф местности и тип передвижения транспортного средства оказывают немаловажное влияние на эффективность использования топливных ресурсов. Методики и нормативная документация определяют оптимальный уровень топливных затрат при движении транспортного средства. Но данные нормативы регламентируют расход на ровных дорогах, которые, не часто встречаются в сети дорог России.
Особенно актуальным вопросом является себестоимость грузоперевозок посредством автотранспорта, особенно если взять в расчет тот факт, что стоимость на топливное сырье неуклонно становится выше.
Как известно, гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на улицах мегаполисов, там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить. У грузовых гибридных транспортных средств, работающих в городах с частыми разгонами и торможениями, экономия топлива достигает 25-35 %.
В результате выполнения данной работы было предложено использовать итеративный процесс при моделировании оптимальной конфигурации гибридного автомобиля за счет комбинированной оптимизации стратегии управления питанием.
Целью данной работы было исследование методов моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых установок автомобилей.
Для достижения цели решены следующие задачи:
- проанализированы структуры гибридного автомобиля;
- проанализированы существующие разработки гибридных технологий в автомобилестроении;
- исследованы методы моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых агрегатов автомобилей;
- представлены результаты моделирования системы топливных элементов гибридных транспортных средств;
- разработаны рекомендации по применению многорежимных силовых установок автомобилей, а также способах их моделирования и оптимизации.
Научная новизна исследования заключается в разработке теоретических и практических положений, совокупность которых дает системное решение задачи исследования методов моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых установок автомобилей.
Главной целью данной работы был анализ проведенных исследований по многорежимной конфигурации гибридных силовых установок, которые позволят в дальнейшем разработчикам гибридных агрегатов начать не с чистого листа.
Особенно актуальным вопросом является себестоимость грузоперевозок посредством автотранспорта, особенно если взять в расчет тот факт, что стоимость на топливное сырье неуклонно становится выше.
Как известно, гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на улицах мегаполисов, там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить. У грузовых гибридных транспортных средств, работающих в городах с частыми разгонами и торможениями, экономия топлива достигает 25-35 %.
В результате выполнения данной работы было предложено использовать итеративный процесс при моделировании оптимальной конфигурации гибридного автомобиля за счет комбинированной оптимизации стратегии управления питанием.
Целью данной работы было исследование методов моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых установок автомобилей.
Для достижения цели решены следующие задачи:
- проанализированы структуры гибридного автомобиля;
- проанализированы существующие разработки гибридных технологий в автомобилестроении;
- исследованы методы моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых агрегатов автомобилей;
- представлены результаты моделирования системы топливных элементов гибридных транспортных средств;
- разработаны рекомендации по применению многорежимных силовых установок автомобилей, а также способах их моделирования и оптимизации.
Научная новизна исследования заключается в разработке теоретических и практических положений, совокупность которых дает системное решение задачи исследования методов моделирования и оптимизации многорежимных гибридных силовых установок автомобилей.
Главной целью данной работы был анализ проведенных исследований по многорежимной конфигурации гибридных силовых установок, которые позволят в дальнейшем разработчикам гибридных агрегатов начать не с чистого листа.