Автореферат (Метод определения энергоэффективного закона движения электробуса по городскому маршруту), страница 2

2.Движение электробуса рассматривается как движение твердого тела, суводом, но без скольжения колес по опорному основанию с учетом повышениясопротивления движению в зависимости от кривизны траектории.Рис. 2. Расчетная схема движения электробуса5Уравнение динамики электробуса получено в следующем виде: ଶ ∙ =э + ௭ ଶ + ௭Т − ТМଶ ସ ଶ ଶ=− + −− ௫ лоб ,௞଴௬2где2௞భమ + 2௞యర + тр ଶ ௗэ = 1 +,௞଴ ଶгдеэ – коэффициент учета вращающихся масс; – масса электробуса;() – кривизна траектории движения центра масс электробуса; – координата движения центра масс электробуса, отсчитываемая вдольтраектории движения от неподвижной точки плоскости движения;௞భమ – момент инерции колеса передней оси электробуса;௞యర – момент инерции колеса задней оси электробуса;тр – передаточное число трансмиссии электробуса;ௗ – момент инерции двигателя электробуса;௭ – момент инерции корпуса электробуса относительно вертикальной оси,проходящей через его центр масс; – скорость центра масс электробуса; – тангенциальное ускорение центра масс электробуса;Т – тяговый/тормозной момент трансмиссии после главной передачи;ТМ = ∑ସ௜ୀଵ ТМ ௜ – суммарный тормозной момент, развиваемый тормознымимеханизмами электробуса; – приведенный коэффициент сопротивления качению электробуса; – угол наклона опорной поверхности;௫ – коэффициент аэродинамического сопротивления;лоб – площадь лобовой проекции электробуса; – плотность воздуха;௬ – приведенный коэффициент сопротивления боковому уводу электробуса.Модель плоского движения электробуса разработана на кафедре СМ10«Колесные машины» МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Данная модель подробноописана и верифицирована в работах: Горелова В.А. «Прогнозированиехарактеристик криволинейного движения полноприводного автомобиля сформулой рулевого управления 1-0-3 при различных законах управленияколесами задней оси»; Чернышева Н.В. «Комплексная система управленияповоротом боевой колесной машины 8х8» и других.Глава содержит анализ приведенных моделей динамики, а такжесравнительные расчеты для характерных режимов движения электробуса, порезультатам которых сделан вывод, что при малых центростремительных6ускорениях (1 м/с2 – 1,5 м/с2) результаты моделирования отличаютсянезначительно (до 4,5 %), при этом машинное время, затраченное намоделирование, при использовании модели движения электробуса кактвердого тела, приведенного к криволинейной координате, уменьшается почтив 50 раз.В главе предложена математическая модель системы управленияэлектробуса, связывающая управляющее воздействие с тяговым/тормозныммоментом электродвигателя и тормозным моментом, создаваемым рабочейтормозной системой.௞ = Т − ТМ = ∙ тр дв<и >0 дв тр тр ℎ⁄ℎдв , если௞дв дв ℎ⁄ℎдв ∙ тр дв, если 0 < ℎ < ℎдв ,если>и < двтр/௞௞дв0 , если > дв рек тр ℎ⁄ℎрек , если ∙ тр < рек и > 0௞ректр ∙ тр рекрек ℎ⁄ℎрек , если −ℎрек < ℎ < 0,= , если>и < рек௞рек тр ∙ /௞0 , если > рек рек трℎ + ℎрек ∙ тр рек−+,если<и >0тℎ−ℎтртрек௞рек − рек + ℎ + ℎрек , если ∙ тр > рек и < , если ℎ < −ℎтрекрек тр ∙ /௞ℎт − ℎрек௞рекℎ + ℎрек , если > рек т ℎт − ℎрекгдедв – максимальный тяговый момент, создаваемый электромашиной втяговом режиме;рек – максимальный тормозной момент, создаваемый электромашиной врежиме рекуперации энергии;т – максимальный тормозной момент, создаваемый рабочей тормознойсистемой;дв – максимальная тяговая мощность, развиваемая электромашиной втяговом режиме;рек – максимальная мощность, развиваемая электромашиной в режимерекуперации энергии;дв – предельная скорость движения электробуса, до которой может работатьэлектромашина в тяговом режиме;7рек – предельная скорость движения электробуса, до которой может работатьэлектромашина в режиме рекуперации энергии;дв – величина управления, при которой электромашина работает в режимемаксимальной тяговой мощности;рек – величина управления, при которой электромашина работает в режимемаксимальной мощности рекуперации;т – величина управления, при которой электромашина работает в режимемаксимальной мощности рекуперации и используется максимальныйтормозной момент рабочей тормозной системы;ߟтр – КПД трансмиссии.В третьей главе рассматривается модель преобразования энергии придвижении электробуса.

Представлена разработка алгоритмов поиска законовэнергоэффективного управления с учетом ограничения на время движения, атакже ограничений по скорости и ускорению в процессе движения.При работе алгоритма с ограничением только на время движенияпроведены варианты расчетов с различным временем прохождения мерногоучастка с учетом и без учета зависимости КПД электромашины от нагрузки.Результат одного из расчетов с зависимостью КПД от нагрузки представлен наРис.

3, без учета на Рис. 4 (длина мерного участка 100 м, время прохождения20 с).Рис. 3. Энергоэффективный закон движения электробуса с учетомзависимости КПД электромашины от нагрузки, t=20 c8Рис. 4. Энергоэффективный закон движения электробуса без учетазависимости КПД электромашины от нагрузки, t=20 cПосле анализа полученных результатов сделан вывод, чтоэнергоэффективный закон управления без учета зависимости КПДэлектромашины от нагрузки дает зависимость с экстремальными режимамиуправления, то есть такими, при которых параметр управления принимаетзначения дв (движение с максимальным тяговым моментом электромашины),0 (движение в режиме выбега), рек (замедление с максимальнымтормозным моментом рекуперативного тормоза) или т (замедление смаксимальным тормозным моментом рекуперативного тормоза и рабочейтормозной системы).Для сравнения результатов расчета с различным ограничением повремени закон движения с временем прохождения маршрута равным 13 с иучетом зависимости КПД электромашины от нагрузки представлен на Рис.

5.Рис. 5. Энергоэффективный закон движения электробуса с учетомзависимости КПД электромашины от нагрузки, t=13 c9Таким образом, можно сделать вывод, что с ростом динамичностиневозвратные потери возрастают.Все дальнейшие расчеты проведены с учетом зависимости КПДэлектромашины от нагрузки.В четвертой главе содержится описание объекта исследования –электробуса ЛиАЗ на базе планера 5292.30.

Приводится описание тестовыхзаездов, которые проводились на участке ровной горизонтальной дороги. Сбори запись параметров движения из CAN-шины осуществлялись посредствомPCAN-USB адаптера компании «PEAK system» и программного комплексаMATLAB Simulink в режиме реального времени с частотой дискретизациизаписи равной 0,01 с. Планирование экспериментов проводилось сиспользованием методов математической статистики.В главе приводится методика эксперимента, посвященного определениюкоэффициента сопротивления качению электробуса, измеренное значениекоторого составило = 0,01219 ± 0,00185. Кроме того, была замеренаснаряженная масса электробуса = 13265кг, вычислено расстояние отцентра масс электробуса до его задней оси = 2100мм, а также определенаплощадь пятна контакта колеса электробуса ௞ = 0,054мଶ .В главе рассмотрен анализ проведенного эксперимента, позволяющеговерифицировать математическую модель движения, приведенного ккриволинейной координате, и преобразования энергии электробуса.

В ходерассматриваемого эксперимента водитель-испытатель управлял электробусомсогласно заранее рассчитанному энергоэффективному закону управлениядвижением на участке длиной 100 м с времени прохождения 20 с. Расчетнаявеличина энергии, затраченной на движение по мерному участку, составила240 кДж. Результаты замеров приведены на Рис. 6.Рис. 6. Результаты заездов по верификации модели движения ипреобразования энергии электробуса10Закон движения для этого испытания был рассчитан без учетазависимости КПД электромашины от нагрузки, так как в этом случае онполучается экстремальным, что дает возможность воспроизвести его принатурных испытаниях.

Для полного соблюдения расчетного закона вдольмаршрута были нанесены метки, указывающие водителю-испытателю, в какойточке пути необходимо изменить режим управления.После обработки результатов эксперимента было получено, что энергия,затраченная на движение, составила 246,48 18,57кДж. Отклонениерасчетной величины затраченной энергии от полученной составило 2,4%.В главе приводится анализ сравнительных испытаний найденногооптимального закона энергоэффективного управления электробуса свождением водителя-испытателя. В ходе эксперимента водителюпредлагалось преодолеть мерный участок длиной 100 м за 20 с так, чтобы былозатрачено минимальное количество энергии на движение.

После обработкиэксперимента было проведено сравнение расчетной величины энергии,затраченной на движение, с энергией, затраченной при управлении водителемиспытателем. Результаты сравнения представлены на Рис. 7.Рис. 7. Результаты заездов водителя-испытателяОбработка результатов эксперимента показала, что энергия, затраченнаяводителем-испытателем, составила 296,63±32,71 кДж. Таким образом,результаты эксперимента доказали, что стратегия управления, рассчитаннаяпредложенным методом, дает возможность сохранить до 19,7% энергии придвижении по мерному участку.В пятой главе представлена разработка алгоритмов поиска законовэнергоэффективного управления на типовых участках маршрута, а также сучетом различных вариантов загруженности электробуса и экстренноговмешательства водителя.11При работе алгоритма было проведено несколько вариантов расчетов сразличными типами мерных участков.