Помощь студентам в учебе
Усовершенствование системы управления электроприводами в составе автомобиля КАМАЗ-65206
|
Введение 3
ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1. Общие сведения о гибридном автомобиле 5
1.2. Общие сведения о гибридной силовой установке 5
1.3. Анализ мирового рынка 9
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 12
2.1. Методы оптимизации гибридов 12
2.2. Постановка задачи оптимального управления. Управляемые и управляющие
воздействия, состояния 13
2.3. Цель управления 15
2.4. Локальные и интегральные ограничения 16
2.5. Эксплуатационные циклы 17
2.6. Методы решения оптимизационной задачи управления 20
2.6.1. Интуитивная оптимизация 20
2.6.2. Статическая оптимизация 21
2.6.3. Аналитическая оптимизация 21
2.6.4. Стратегия минимизации эквивалентного потребления ECMS 23
2.6.5. Численные методы: динамическое программирование 24
2.6.6. Предсказательные стратегии управления и оптимизации 26
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27
3.1. Описание автомобиля КАМАЗ-65206 27
3.2. Управление системой параллельного привода 31
3.3. Анализ технических решений по рекуперации электрической энергии 33
3.4. Анализ расхода топлива 37
3.5. Особенности работы гибридной силовой установки в составе автомобиля
КАМАЗ-65206 44
3.6. Параметры гибридной силовой установки 49
3.6.1. Режим переднего привода 49
3.6.2. Режим заднего привода 50
3.6.3. Режим полного привода 52
3.7. Функция старт-стоп 53
3.8. Система безопасности 54
3.9. Контроль параметров гибридной силовой установки 54
3.10. Анализ шины CAN 55
3.11. Испытания работоспособности автомобиля КАМАЗ-65206 56
3.11.1. Поверка электрической и механической части 56
3.11.2. Установка инициализирующего программного обеспечения 57
3.11.2.1. Программирование и настройка электронной системы управления
электромоторами передней оси 57
3.11.2.2. Программирование и настройка инверторов 58
3.11.2.3. Проверка работы системы без нагрузки 59
3.11.2.4. Движение автомобиля с приводом от электромоторов передней оси 60
3.12. Рекуперация энергии 66
Заключение 70
Список использованной литературы
ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1. Общие сведения о гибридном автомобиле 5
1.2. Общие сведения о гибридной силовой установке 5
1.3. Анализ мирового рынка 9
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 12
2.1. Методы оптимизации гибридов 12
2.2. Постановка задачи оптимального управления. Управляемые и управляющие
воздействия, состояния 13
2.3. Цель управления 15
2.4. Локальные и интегральные ограничения 16
2.5. Эксплуатационные циклы 17
2.6. Методы решения оптимизационной задачи управления 20
2.6.1. Интуитивная оптимизация 20
2.6.2. Статическая оптимизация 21
2.6.3. Аналитическая оптимизация 21
2.6.4. Стратегия минимизации эквивалентного потребления ECMS 23
2.6.5. Численные методы: динамическое программирование 24
2.6.6. Предсказательные стратегии управления и оптимизации 26
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27
3.1. Описание автомобиля КАМАЗ-65206 27
3.2. Управление системой параллельного привода 31
3.3. Анализ технических решений по рекуперации электрической энергии 33
3.4. Анализ расхода топлива 37
3.5. Особенности работы гибридной силовой установки в составе автомобиля
КАМАЗ-65206 44
3.6. Параметры гибридной силовой установки 49
3.6.1. Режим переднего привода 49
3.6.2. Режим заднего привода 50
3.6.3. Режим полного привода 52
3.7. Функция старт-стоп 53
3.8. Система безопасности 54
3.9. Контроль параметров гибридной силовой установки 54
3.10. Анализ шины CAN 55
3.11. Испытания работоспособности автомобиля КАМАЗ-65206 56
3.11.1. Поверка электрической и механической части 56
3.11.2. Установка инициализирующего программного обеспечения 57
3.11.2.1. Программирование и настройка электронной системы управления
электромоторами передней оси 57
3.11.2.2. Программирование и настройка инверторов 58
3.11.2.3. Проверка работы системы без нагрузки 59
3.11.2.4. Движение автомобиля с приводом от электромоторов передней оси 60
3.12. Рекуперация энергии 66
Заключение 70
Список использованной литературы
Актуальность работы. ПАО «КАМАЗ» планирует разработать и производить гибридные грузовики на платформе 6x6 65206. Гибридный мусоровоз должен обладать конкурентоспособными показателями расхода топлива, уменьшенной токсичности, повышенными показателями надёжности и дорожных качеств, курсовой устойчивости. Конструкторами КАМАЗа рассматриваются несколько различных гибридных архитектур.
Во многих случаях гибридизация ведёт к существенной переработке конструкции транспортного средства. Ввиду наличия вариантов предполагаемых архитектур, комплектующих и, что очень важно, возможных стратегий управления, выбор может быть существенно затруднён. В практической плоскости выбор часто сводится к наименее затратным модификациям, оставляющим первоначальную цель гибридизации на втором плане. Возможна и обратная ситуация, когда выбирается очень дорогая архитектура в то время как ожидаемый выигрыш в реальности незначителен.
Важным аспектом данной работы является помощь производителю автотранспорта в оптимизации гибридных архитектур и параметров комплектующих, раскрывая их потенциальные возможности с помощью современных методов оптимизации систем управления. Разрабатываемые инструменты моделирования и оптимизации систем управления опираются на современные аналитические и численные методы и будут полезны во многих областях научно-технического обеспечения разработок и производственных процессов. Средства моделирования и оптимизации, помимо качественной функциональности, должны быть эффективны по общей стоимости использования.
Целью работы является повышение эффективности и надежности управления гибридной силовой установкой в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
Объектом исследования в данной диссертации выступает существующая система управления тяговым электроприводом.
Предметом исследования является система управления тяговым электроприводом в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
Поставленные в работе задачи:
1. Проанализировать схемы гибридных силовых установок и режимы их работы.
2. Изучить систему управления гибридного автомобиля.
3. Рассмотреть особенности работы гибридной силовой установки в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
4. Разработать мероприятия по усовершенствованию системы управления электроприводом гибридной силовой установки в составе автомобиля КАМАЗ- 65206.
5. Провести технические решения по улучшению рекуперации энергии.
Методы исследования.
В процессе исследования использовались такие общенаучные методы как анализ и синтез, методы классификации, сравнения.
Практическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемые технические решения дадут возможность:
1. улучшение комфорта движения;
2. улучшение топливно-экономических характеристик;
3. использования различных режимов работы гибридной силовой установки.
Научная новизна работы заключается в разработке структурной схемы управления электроприводами, которая позволяет проводить оценку эффективности реализации на транспортном средстве различных схем гибридных силовых установок и алгоритмов их работы, а также дать рекомендации по выбору характеристик основных компонентов гибридной силовой установки.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 73 стр., включая 49 иллюстраций и 5 таблиц
Во многих случаях гибридизация ведёт к существенной переработке конструкции транспортного средства. Ввиду наличия вариантов предполагаемых архитектур, комплектующих и, что очень важно, возможных стратегий управления, выбор может быть существенно затруднён. В практической плоскости выбор часто сводится к наименее затратным модификациям, оставляющим первоначальную цель гибридизации на втором плане. Возможна и обратная ситуация, когда выбирается очень дорогая архитектура в то время как ожидаемый выигрыш в реальности незначителен.
Важным аспектом данной работы является помощь производителю автотранспорта в оптимизации гибридных архитектур и параметров комплектующих, раскрывая их потенциальные возможности с помощью современных методов оптимизации систем управления. Разрабатываемые инструменты моделирования и оптимизации систем управления опираются на современные аналитические и численные методы и будут полезны во многих областях научно-технического обеспечения разработок и производственных процессов. Средства моделирования и оптимизации, помимо качественной функциональности, должны быть эффективны по общей стоимости использования.
Целью работы является повышение эффективности и надежности управления гибридной силовой установкой в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
Объектом исследования в данной диссертации выступает существующая система управления тяговым электроприводом.
Предметом исследования является система управления тяговым электроприводом в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
Поставленные в работе задачи:
1. Проанализировать схемы гибридных силовых установок и режимы их работы.
2. Изучить систему управления гибридного автомобиля.
3. Рассмотреть особенности работы гибридной силовой установки в составе автомобиля КАМАЗ-65206.
4. Разработать мероприятия по усовершенствованию системы управления электроприводом гибридной силовой установки в составе автомобиля КАМАЗ- 65206.
5. Провести технические решения по улучшению рекуперации энергии.
Методы исследования.
В процессе исследования использовались такие общенаучные методы как анализ и синтез, методы классификации, сравнения.
Практическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемые технические решения дадут возможность:
1. улучшение комфорта движения;
2. улучшение топливно-экономических характеристик;
3. использования различных режимов работы гибридной силовой установки.
Научная новизна работы заключается в разработке структурной схемы управления электроприводами, которая позволяет проводить оценку эффективности реализации на транспортном средстве различных схем гибридных силовых установок и алгоритмов их работы, а также дать рекомендации по выбору характеристик основных компонентов гибридной силовой установки.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 73 стр., включая 49 иллюстраций и 5 таблиц
1. Расчет показателей топливной экономичности АТС с ГСУ позволил определить ее значимость в снижении расхода топлива, которая составила:
-13-15 % в городском режиме движения;
- 8 % в смешанном цикле;
- 4 % в загородном цикле.
2. Электромоторы в режиме тяги работают при уровне заряда от 50 до 90% SOC. Зарядка высоковольтной батареи на неподвижном автомобиле осуществляется с помощью электромотора ф. ZF от 53 % для режима заднего и полного привода и от 55 % для режима переднего привода до 83 % SOC. Рекуперация срабатывает автоматически во время движения при отпущенном положении педали акселератора и прекращается на уровне 90 % SOC. Работа электромотора в режиме генератора начинается при уровне заряда батареи ниже 54 % для заднего привода и ниже 55% для переднего привода. Старт-стоп работает при уровне заряда выше 50 %.
3. В режиме полного привода крутящий момент между передней и задней осью распределен в соотношении 50 %:50 %. Если передняя ось по каким-то причинам не может выдавать 50 % момента остальная часть будет перенаправлена на заднюю ось. Таким образом, в действительности существует распределение момента от 50% до 0% для передней оси и от 50% до 100% для задней оси. Такое распределение действует в том случае, если электромоторы работают в режиме тяги. В режиме рекуперативного торможения крутящий момент между передней и задней осью распределен в соотношении 70%:30%. Реальное распределение крутящего момента от 70% до 0% для передней оси и от 30% д 100% для задней оси.
4. В режиме заднего привода электромотор ZF выдает максимум 90 Квт из возможных 120 кВт. В режиме рекуперации максимум 110 кВт. Максимальный крутящий момент в режиме тяги 220 Нм, при рекуперации 200 Нм. В режиме переднего привода передние элетромоторы выдают по 35 кВт каждая из возможных 90 кВт. При рекуперации максимум 30 кВт каждая. Максимальный крутящий момент в режиме тяги 900 Нм, при рекуперации 1000 Нм. В режиме полного привода все моторы выдают по 35 кВт. При рекуперации по 30 кВт передние и 50 кВт электромотор ZF. Максимальный крутящий момент для передних моторов в режиме тяги 220 Нм, при рекуперации 200 Нм, для мотора ZF в режиме тяги 500 Нм, при рекуперации 500 Нм.
4. Во время испытания режимов гибрида ошибок со стороны ГСУ не зафиксировано, система работает исправно. Все параметры ГСУ находятся в допустимом диапазоне. Коммуникация между электронными системами не прерывается, загрузка шины передачи данных в норме. Все электронные системы управления и все необходимые функции на автомобиле настроены успешно. Автомобиль полностью готов к эксплуатации.
5. Обоснована схема гибридной силовой установки автомобиля, включающая двигатель внутреннего сгорания и рекуператор энергии торможения, отвечающая требованиям по удельным мощностным показателям и удельной энергоемкости. В качестве накопителя энергии выбран высоковольтный литий-титанатный аккумулятор, применение которого повышает надежность.
6. Установлено, что применение рекуперации энергии позволяет улучшить тягово-скоростные характеристики автомобиля и уменьшить расход топлива на 1-2 %.
7. Настройка и параметрирование ЭСУ электромоторами завершена успешно. В работе ЭСУ проблем не выявлено. Коммуникация между ЭСУ отлажена.
8. Работоспособность электромоторов в составе автомобиля проверена. Режим работы электромоторов соответствуют настройке. Проблем, оказывающих влияние на работу АТС, не выявлено.
-13-15 % в городском режиме движения;
- 8 % в смешанном цикле;
- 4 % в загородном цикле.
2. Электромоторы в режиме тяги работают при уровне заряда от 50 до 90% SOC. Зарядка высоковольтной батареи на неподвижном автомобиле осуществляется с помощью электромотора ф. ZF от 53 % для режима заднего и полного привода и от 55 % для режима переднего привода до 83 % SOC. Рекуперация срабатывает автоматически во время движения при отпущенном положении педали акселератора и прекращается на уровне 90 % SOC. Работа электромотора в режиме генератора начинается при уровне заряда батареи ниже 54 % для заднего привода и ниже 55% для переднего привода. Старт-стоп работает при уровне заряда выше 50 %.
3. В режиме полного привода крутящий момент между передней и задней осью распределен в соотношении 50 %:50 %. Если передняя ось по каким-то причинам не может выдавать 50 % момента остальная часть будет перенаправлена на заднюю ось. Таким образом, в действительности существует распределение момента от 50% до 0% для передней оси и от 50% до 100% для задней оси. Такое распределение действует в том случае, если электромоторы работают в режиме тяги. В режиме рекуперативного торможения крутящий момент между передней и задней осью распределен в соотношении 70%:30%. Реальное распределение крутящего момента от 70% до 0% для передней оси и от 30% д 100% для задней оси.
4. В режиме заднего привода электромотор ZF выдает максимум 90 Квт из возможных 120 кВт. В режиме рекуперации максимум 110 кВт. Максимальный крутящий момент в режиме тяги 220 Нм, при рекуперации 200 Нм. В режиме переднего привода передние элетромоторы выдают по 35 кВт каждая из возможных 90 кВт. При рекуперации максимум 30 кВт каждая. Максимальный крутящий момент в режиме тяги 900 Нм, при рекуперации 1000 Нм. В режиме полного привода все моторы выдают по 35 кВт. При рекуперации по 30 кВт передние и 50 кВт электромотор ZF. Максимальный крутящий момент для передних моторов в режиме тяги 220 Нм, при рекуперации 200 Нм, для мотора ZF в режиме тяги 500 Нм, при рекуперации 500 Нм.
4. Во время испытания режимов гибрида ошибок со стороны ГСУ не зафиксировано, система работает исправно. Все параметры ГСУ находятся в допустимом диапазоне. Коммуникация между электронными системами не прерывается, загрузка шины передачи данных в норме. Все электронные системы управления и все необходимые функции на автомобиле настроены успешно. Автомобиль полностью готов к эксплуатации.
5. Обоснована схема гибридной силовой установки автомобиля, включающая двигатель внутреннего сгорания и рекуператор энергии торможения, отвечающая требованиям по удельным мощностным показателям и удельной энергоемкости. В качестве накопителя энергии выбран высоковольтный литий-титанатный аккумулятор, применение которого повышает надежность.
6. Установлено, что применение рекуперации энергии позволяет улучшить тягово-скоростные характеристики автомобиля и уменьшить расход топлива на 1-2 %.
7. Настройка и параметрирование ЭСУ электромоторами завершена успешно. В работе ЭСУ проблем не выявлено. Коммуникация между ЭСУ отлажена.
8. Работоспособность электромоторов в составе автомобиля проверена. Режим работы электромоторов соответствуют настройке. Проблем, оказывающих влияние на работу АТС, не выявлено.