Разработка концепции электромобиля Formula Student
|
Введение 6
1 Обзор образовательных студенческих инженерных проектов 8
1.1 Проект Smartmotochallenge 8
1.2 Проект FormulaBajaSAE 10
1.3 Проект Формула Студент 11
2 Требования к электромобилю 18
2.1 Технические требования для электромобилей 18
2.2 Высокое и низкое напряжение 18
2.3 Заземлённая низковольтная система и тяговая система 19
2.4 Электрическая трансмиссия 20
2.5 Ограничения по силе тока и напряжению 20
2.6 Энкодер тормозной системы 23
2.7 Проверка потенциометра запроса мощности и хода тормозной педали 24
2.8 Допустимые аккумуляторы электротяговой системы 25
2.9 Общие требования к контейнеру электротяговой батареи 25
2.10 Конфигурация контейнера тяговых батарей 26
2.11 Требования к контейнеру электротяговой системы 27
2.12 Токовое реле тяговой батареи (РКИА) 29
2.13 Система контроля аккумулятора (СУА) 30
2.14 Низковольтная система (напряжение менее 40 В) 32
2.15 Разделение тяговой системы и ЗНС 32
2.16 Позиционирование деталей тяговой системы 34
2.17 Противопожарная перегородка тяговой системы 35
2.18 Заземление 35
2.19 Точки замера тяговой системы (ТЗТС) 36
2.20 Изоляция, проводка и рукава проводов тяговой системы 37
2.21 Защитные кожухи электротяговой системы 40
2.22 Разъединение высокого напряжения (HVD) 40
2.23 Проводники передающие большие токи электротяговой системе 41
2.24 Счётчик энергии 41
2.25 Активация электротяговой системы 42
2.26 Схема предварительного заряда и схема разряда 42
2.27 Световой сигнал работы электротяговой системы (СС) 43
2.28 Звуковой сигнал готовности к началу движения (ЗС) 44
2.29 Цепь аварийного выключения 44
2.30 Главные переключатели 46
2.31 Кнопки выключения 49
2.32 Выключатель предельного положения педали тормоза 49
2.33 Устройство контроля изоляции (IMD) 50
2.34 Устройство для контроля тормозной системы 51
2.35 Выключатель от замедления 52
2.36 Предохранители 53
2.37 Проверка устройства контроля изоляции (IMDT) 54
2.38 Проверка изоляции 55
2.39 Испытания в условиях дождя 55
2.40 Аккумуляторные контейнеры тяговой системы 56
2.41 Зарядка 56
2.42 Зарядные устройства 57
2.43 Тележка 58
2.44 Форма об электрической системе (ESF) 59
2.45 Анализ характера и последствий отказов (FMEA) 60
2.46 Предоставление Формы и Анализа 60
2.47 Штраф за несвоевременное предоставление 60
3 Определение концепции электромобиля 61
3.1 Тягово - динамический расчёт электромобиля 61
3.1.1 Исходные данные 61
3.2 Определение мощности и момента электродвигателя 62
3.2.1 Определение полной массы автомобиля 62
3.2.2 Определение статического радиуса колеса 63
3.2.3 Определение коэффициента обтекаемости 63
2.2.4 Расчет лобовой площади автомобиля 63
3.2.5 Расчет коэффициента сопротивления качению 64
3.2.6 Определение внешней скоростной характеристики необходимого электродвигателя 64
3.2.7 Определение передаточного числа главной передачи 66
3.3 Анализ тяговой динамики 67
3.3.1 Тяговый баланс электромобиля 67
3.3.2 Динамические характеристики автомобиля 69
3.4 Анализ динамики разгона 70
3.4.1 Разгон автомобиля 70
3.5 Мощностной баланс электромобиля 76
3.6 Выбор тягового электродвигателя 77
3.7 Определение емкости тягового аккумулятора 80
3.8 Подбор тягового аккумулятора 81
3.9 Система управления аккумулятором 84
3.10 Блока управления электродвигателем 86
3.11 Плавкие предохранители 88
3.12 Силовое реле 88
3.13 Силовые провода тяговой системы 90
3.14 Устройство контроля изоляции 92
3.15 Инерционный датчик 93
4 Безопасность и экологичность проекта 94
4.1 Общие требования, относящиеся к конструкции автомобилей класса Формула Студент 94
4.1.1 Требования к топологии автомобилей 94
4.1.2 Требования к обвесу автомобиля 94
4.1.3 Требования к сиденью пилота 95
4.1.4 Общие требования к конструкции рамы 96
4.1.5 Основные требования к главной и передней дуге 99
4.1.6 Величина шаблона 95-ого перцентиля человека 99
4.1.7 Требование к энергопоглотительному элементу 101
4.1.8 Фланговая конструкция для трубной рамы 102
4.2 Требования к месту пилота 103
4.2.1 Требования к сиденью водителя 103
4.2.2 Требования к полу 104
4.2.3 Требования к огнеупорной перегородке 104
4.2.4 Доступ к органам управления 104
Заключение 105
Список использованных источников 106
1 Обзор образовательных студенческих инженерных проектов 8
1.1 Проект Smartmotochallenge 8
1.2 Проект FormulaBajaSAE 10
1.3 Проект Формула Студент 11
2 Требования к электромобилю 18
2.1 Технические требования для электромобилей 18
2.2 Высокое и низкое напряжение 18
2.3 Заземлённая низковольтная система и тяговая система 19
2.4 Электрическая трансмиссия 20
2.5 Ограничения по силе тока и напряжению 20
2.6 Энкодер тормозной системы 23
2.7 Проверка потенциометра запроса мощности и хода тормозной педали 24
2.8 Допустимые аккумуляторы электротяговой системы 25
2.9 Общие требования к контейнеру электротяговой батареи 25
2.10 Конфигурация контейнера тяговых батарей 26
2.11 Требования к контейнеру электротяговой системы 27
2.12 Токовое реле тяговой батареи (РКИА) 29
2.13 Система контроля аккумулятора (СУА) 30
2.14 Низковольтная система (напряжение менее 40 В) 32
2.15 Разделение тяговой системы и ЗНС 32
2.16 Позиционирование деталей тяговой системы 34
2.17 Противопожарная перегородка тяговой системы 35
2.18 Заземление 35
2.19 Точки замера тяговой системы (ТЗТС) 36
2.20 Изоляция, проводка и рукава проводов тяговой системы 37
2.21 Защитные кожухи электротяговой системы 40
2.22 Разъединение высокого напряжения (HVD) 40
2.23 Проводники передающие большие токи электротяговой системе 41
2.24 Счётчик энергии 41
2.25 Активация электротяговой системы 42
2.26 Схема предварительного заряда и схема разряда 42
2.27 Световой сигнал работы электротяговой системы (СС) 43
2.28 Звуковой сигнал готовности к началу движения (ЗС) 44
2.29 Цепь аварийного выключения 44
2.30 Главные переключатели 46
2.31 Кнопки выключения 49
2.32 Выключатель предельного положения педали тормоза 49
2.33 Устройство контроля изоляции (IMD) 50
2.34 Устройство для контроля тормозной системы 51
2.35 Выключатель от замедления 52
2.36 Предохранители 53
2.37 Проверка устройства контроля изоляции (IMDT) 54
2.38 Проверка изоляции 55
2.39 Испытания в условиях дождя 55
2.40 Аккумуляторные контейнеры тяговой системы 56
2.41 Зарядка 56
2.42 Зарядные устройства 57
2.43 Тележка 58
2.44 Форма об электрической системе (ESF) 59
2.45 Анализ характера и последствий отказов (FMEA) 60
2.46 Предоставление Формы и Анализа 60
2.47 Штраф за несвоевременное предоставление 60
3 Определение концепции электромобиля 61
3.1 Тягово - динамический расчёт электромобиля 61
3.1.1 Исходные данные 61
3.2 Определение мощности и момента электродвигателя 62
3.2.1 Определение полной массы автомобиля 62
3.2.2 Определение статического радиуса колеса 63
3.2.3 Определение коэффициента обтекаемости 63
2.2.4 Расчет лобовой площади автомобиля 63
3.2.5 Расчет коэффициента сопротивления качению 64
3.2.6 Определение внешней скоростной характеристики необходимого электродвигателя 64
3.2.7 Определение передаточного числа главной передачи 66
3.3 Анализ тяговой динамики 67
3.3.1 Тяговый баланс электромобиля 67
3.3.2 Динамические характеристики автомобиля 69
3.4 Анализ динамики разгона 70
3.4.1 Разгон автомобиля 70
3.5 Мощностной баланс электромобиля 76
3.6 Выбор тягового электродвигателя 77
3.7 Определение емкости тягового аккумулятора 80
3.8 Подбор тягового аккумулятора 81
3.9 Система управления аккумулятором 84
3.10 Блока управления электродвигателем 86
3.11 Плавкие предохранители 88
3.12 Силовое реле 88
3.13 Силовые провода тяговой системы 90
3.14 Устройство контроля изоляции 92
3.15 Инерционный датчик 93
4 Безопасность и экологичность проекта 94
4.1 Общие требования, относящиеся к конструкции автомобилей класса Формула Студент 94
4.1.1 Требования к топологии автомобилей 94
4.1.2 Требования к обвесу автомобиля 94
4.1.3 Требования к сиденью пилота 95
4.1.4 Общие требования к конструкции рамы 96
4.1.5 Основные требования к главной и передней дуге 99
4.1.6 Величина шаблона 95-ого перцентиля человека 99
4.1.7 Требование к энергопоглотительному элементу 101
4.1.8 Фланговая конструкция для трубной рамы 102
4.2 Требования к месту пилота 103
4.2.1 Требования к сиденью водителя 103
4.2.2 Требования к полу 104
4.2.3 Требования к огнеупорной перегородке 104
4.2.4 Доступ к органам управления 104
Заключение 105
Список использованных источников 106
В Тольяттинском государственном университете 2008 года создана команда, которая занимается разработкой и постройкой гоночных болидов с двигателями внутреннего сгорания. На сегодняшний момент построено уже четыре автомобиля класса Формула Студент, которые показали высокие результаты на различных соревнованиях. В данной работе будет произведена разработка концепции электромобиля для соревнований Формула Студент Электрик.
Требования к разрабатываемому автомобилю определяются регламентом сообщества автомобильных инженеров (SAE) [21]. В Мире формула SAE более известна как «Формула Студент» [1]. Это инженерные соревнования для студентов, по замыслу, команда студентов является инженерной компанией, целью которой является разработка, постройка и испытание прототипа автомобиля класса формула для рынка любительских непрофессиональных гоночных автомобилей. Основным испытанием для студенческих команд является непосредственная разработка и постройка гоночного автомобиля, способного успешно пройти все проверки и состязания на этапе соревнований. Кроме того, команда должна показать всю имеющеюся конструкторскую документацию на разработанный автомобиль и доказать,, что применённые в конструкции решения являются оптимальными. Соревнования организованы так, чтобы дать возможность участникам команд продемонстрировать и доказать высокий уровень творческих способностей, и инженерных навыков, в сравнении с проектами других команд.
Автомобили должны обладать высокими динамическими показателями, показателями торможения и управляемости, а также должны обладать достаточной надежностью, чтобы успешно пройти все динамические дисциплины, иногда по несколько попыток. Дополнительными критериями при оценке судьями являются: эстетическая составляющая проекта, стоимость, эргономичность, ремонтопригодность, технологические аспекты и надежность.
После прохождения автомобилем всех соревнований и тестов, участники команды условно «продать” свой конструкторский проект “крупной компании”, которая намерена запустить в производство автомобиль, прошедший все динамические и статические испытания. Все конструкторские проекты будут сравниваться, и оцениваться с проектами других студенческих команд для определения самого лучшего автомобиля на этом соревновании.
Для предоставления участникам команда и большей свободы выражения своих творческих способностей, к конструкции автомобиля предъявляется минимальное количество ограничений. В основном, ограничения касаются безопасности водителя и остальных участников соревнований.
В результате выполненных теоретических исследований будет разработана концепция гоночного электромобиля выполняющего требования регламента. Она будет полезной для людей решивших разработать и построить такой электромобиль.
Требования к разрабатываемому автомобилю определяются регламентом сообщества автомобильных инженеров (SAE) [21]. В Мире формула SAE более известна как «Формула Студент» [1]. Это инженерные соревнования для студентов, по замыслу, команда студентов является инженерной компанией, целью которой является разработка, постройка и испытание прототипа автомобиля класса формула для рынка любительских непрофессиональных гоночных автомобилей. Основным испытанием для студенческих команд является непосредственная разработка и постройка гоночного автомобиля, способного успешно пройти все проверки и состязания на этапе соревнований. Кроме того, команда должна показать всю имеющеюся конструкторскую документацию на разработанный автомобиль и доказать,, что применённые в конструкции решения являются оптимальными. Соревнования организованы так, чтобы дать возможность участникам команд продемонстрировать и доказать высокий уровень творческих способностей, и инженерных навыков, в сравнении с проектами других команд.
Автомобили должны обладать высокими динамическими показателями, показателями торможения и управляемости, а также должны обладать достаточной надежностью, чтобы успешно пройти все динамические дисциплины, иногда по несколько попыток. Дополнительными критериями при оценке судьями являются: эстетическая составляющая проекта, стоимость, эргономичность, ремонтопригодность, технологические аспекты и надежность.
После прохождения автомобилем всех соревнований и тестов, участники команды условно «продать” свой конструкторский проект “крупной компании”, которая намерена запустить в производство автомобиль, прошедший все динамические и статические испытания. Все конструкторские проекты будут сравниваться, и оцениваться с проектами других студенческих команд для определения самого лучшего автомобиля на этом соревновании.
Для предоставления участникам команда и большей свободы выражения своих творческих способностей, к конструкции автомобиля предъявляется минимальное количество ограничений. В основном, ограничения касаются безопасности водителя и остальных участников соревнований.
В результате выполненных теоретических исследований будет разработана концепция гоночного электромобиля выполняющего требования регламента. Она будет полезной для людей решивших разработать и построить такой электромобиль.
В диссертации произведена разработка соответствующего международным требования электромобиля класса Формула Студент Электрик, подобраны основные узлы тяговой системы, произведена компоновка этих узлов на раме. Рассчитана ориентировочная стоимость электронных компонентов тяговой системы электромобиля и она составляет порядка 650 000 рублей.
