АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА 8
1.1 История создания автомобилей с ГСУ 8
1.2 Схема взаимодействия работы электродвигателя и ДВС 11
1.2.1 Последовательная схема взаимодействия 11
1.2.2 Параллельная схема взаимодействия 13
1.2.3 Последовательно-параллельная схема взаимодействия 14
1.3 Обзор мировых устройств 15
1.4 Преимущества и недостатки гибридных автомобилей 17
1.5 Методики оценки динамических характеристик автомобиля с
ГСУ 19
1.6 Топливная экономичность 21
1.7 Ездовые циклы 22
Выводы по разделу один 25
2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА АВТОМОБИЛЯ С ГСУ 26
2.1 Методика тягово-динамического расчета автомобилей с ГСУ.. 26
2.1.1 Методика расчета ГСУ последовательной схемы 26
2.1.2 Методика расчета ГСУ параллельной схемы 29
2.2 Методика топливно-экономического расчета автомобилей с ГСУ.. 31
Выводы по разделу два 40
3 РАСЧЕТ ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИХ И ТОПЛИВНО
ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ 41
3.1 Тягово-динамический расчет автомобиля 41
3.1.1 Определение полной массы автомобиля 41
3.1.2 Подбор колеса и шин 41
3.1.3 Выбор максимальной мощности силовой установки 43
3.1.4 Выбор ДВС и построение внешней скоростнойхарактеристики 44
3.1.5 Выбор ЭМ и построение внешней скоростной
характеристики 47
3.1.6 Расчет согласующего редуктора и построение внешней
скоростной характеристики ГСУ 50
3.1.7 Определение передаточных чисел 52
3.1.8 Расчет тягово-динамических показателей 52
3.1.9 Расчет ускорения 54
3.1.10 Определение времени, пути и разгона 60
3.2 Топливно-экономический расчет автомобиля 65
Выводы по разделу три 71
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ С ГСУ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
КОМПЛЕКСА 72
4.1 Выбор компонентов и кинематической схемы ГСУ для
разрабатываемого автомобиля 72
4.2 Конструктивные особенности предлагаемой ГСУ 73
4.3 Объект исследования 75
4.4 Оцениваемые характеристики 75
4.5 Состав и технические характеристики измерительного
комплекса 76
4.5.1 Аналогово-цифровой преобразователь LA-50USB 76
4.5.2 K-LINE ОРИОН (USB-OBD II) 78
4.5.3 Инерциальный измерительный блок CHR-6d 81
Выводы по разделу четыре 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 84
ПРИЛОЖЕНИЯ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Данные о движении автомобиля с ГСУ 87
Проблема загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом сегодня очень актуальна. На его долю приходится около 40% всех выбросов в атмосферу. В крупных городах этот показатель достигает 60 - 80%. В
автомобилях используется также множество эксплуатационных жидкостей, необходимых для работы силового агрегата, в частности смазочных материалов, с утилизацией которых возникают проблемы. Отработавшие масла зачастую сжигают, загрязняя атмосферу, или попросту сливают прямо на землю, нанося значительный вред почвенному покрову.
Так же остро стоит проблема истощения нефтяных ресурсов. При нынешних темпах потребления по различным прогнозам, её хватит примерно на 90 - 110 лет.
Крупные производители автомобилей видят решение этих проблем в переходе на альтернативные источники энергии, и уменьшении доли работы бензиновых и дизельных двигателей в автомобиле, за счет применения совместно с ним электродвигателей (гибридные силовые узлы).
В современном мире гибридные автомобили набирают все большую популярность. У многих автопроизводителей уже есть гибридный автомобиль собственной разработки, а некоторые производители могут похвастаться целой линейкой гибридных силовых установок и автомобилей, использующих такие установки
Гибридный автомобиль это - высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «электродвигатель - двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемой как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля - снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации - использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.Для разработки проекта автомобиля с гибридной силовой установкой требуется доработка методики оценки его динамических и топливно- экономичсеких свойств.
Цель исследования - оценка тягово-динамических и топливноэкономических свойств автомобиля с ГСУ.
Задачи исследования:
1) Разработать методику расчета тягово-динамических и топливноэкономических показателей с ГСУ с учетом особенностей его компонентов и условий работы.
2) Провести численный расчет по разработанной методике.
3) Разработать проект автомобиля с ГСУ и измерительного комплекса для оценки адекватности разработанной методики.
В работе произведен обзор тенденций развития автомобиля с ГСУ, обзор существующих методик оценки тягово-динамических и топливно-экономических свойств автомобиля. Разработана методика их оценки для применения к автомобилю с ГСУ. Произведен расчет различных автомобилей по разработанной методике. Представлен разработанный проект автомобиля с ГСУ, состоящий из двигателя внутреннего сгорания (ДВС) мощностью 56 кВт и электрической машины (ЭМ) мощностью 9 кВт с измерительным комплексом.
В данной выпускной квалификационной работе проведена классификация схем ГСУ по способу взаимодействия компонентов, рассмотрены предпосылки, повлиявшие на конструктивные особенности.
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, последовательной ГСУ и параллельной ГСУ равной максимальной мощности 65 кВт имеют отличия динамических характеристиках, времени и пути разгона не превышающие 5%. Но их топливно-экономические характеристики в городском цикле кардинально отличаются друг от друга. Расход топлива в ездовом цикле автомобиля с ДВС, последовательной ГСУ и параллельной ГСУ составил 9,6, 5,1 и 4,6 литра на 100 км соответственно, что позволяет сделать вывод об эффективности использования ГСУ.
Предлагаемый проект макета автомобиля и измерительного комплекс позволит провести экспериментальные исследования тягово-динамических и топливно-экономических показателей автомобиля с ГСУ с необходимой точностью и незначительной трудоемкостью.
