Автореферат (Методология повышения энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств), страница 4

Методика определения длительности события Тп и среднего тока разряда аккумуляторной батареи при пуске Iс рассмотрена ниже. Ранеени одна из применяемых методик расчета не учитывала совместно работу и взаимодействие систем электроснабжения и пуска.2) Прогрев двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время для некоторых типов автотранспортных средств этот режим не обязателен. Длительность прогрева Тпрг может бытьопределена в соответствии с данными эксплуатации и составляет 180 - 240 секунд зимой и 30 60 секунд летом.

При прогреве частота вращения рассчитывается по средней эксплуатационнойчастоте прогрева, a сопротивление нагрузки Rн определяется по составу потребителей, работукоторых необходимо обеспечить при питании электроэнергией от генераторной установки прихолостом ходе.3) Разгон автомобиля. Возможны два пути развития, рассматриваемого режима: разгон до установившейся (максимальной) скорости в ездовом цикле Vy и разгон до скорости переключенияпередачи Vnp.

Таким образом, разгон завершается, когда скорость автомобиля Vа станет равнойVy , либо Vnp .При разгоне текущая частота вращения ротора генератора определяется следующим образом:n = Kгi × Va,(4)где Kгi - коэффициент приведения частоты вращения для i -ой передачи, с помощью которой осуществляется движение.4) Переключение передач. Оно происходит как при разгоне, так и при замедлении. Длительность режима определяется временем переключения передач Тпр, которое рассчитывается поездовым циклам. Частота вращения ротора генератора в любой момент времени данного рехимаТт вычисляется следующим образом:n = Кгi × Vпр + Тт/Тпр ×Vа × (Кг(i+1) - Кгi),(5)гдеVnp- скорость переключения передачи, определяется из ездового цикла;Кгi,Кг(i+1) - коэффициенты приведения частоты вращения, рассчитанные для передач, на которыхосуществляется движение в предыдущем или последующем событиях.5) Движение с установившейся скоростью.

Длительность режима определяется временем Ту,значение частоты вращения рассчитывается по формуле приведенной выше.6) Торможение двигателем. В соответствии с ездовыми циклами, а также данными эксплуатационных испытаний он завершается при выполнении одного из следующих условий:Va = Vnp;(6)15Va = Vтр;Va = Vпов;Va = 0,(7)(8)(9)где Vтр и Vпов - скорости начала торможения и начала поворота соответственно.7) Выбег (движение по инерции).

Учитывая, что в условиях городского движения с высокойинтенсивностью использование выбега на четвертой передаче, а также при замедлении автомобиля до полной остановки без торможения на заключительной фазе ездового цикла маловероятно, что режим завершается при выполнении условий (3), (4), а также после преодоления поворота.8) Торможение завершается при выполнении условий (5) или (6).9) Стоянка при работе двигателя внутреннего сгорания автомобиля в режиме х.х. (стоянка передсветофором или поворотом). Длительность стоянки определяется временем Тхх, которое рассчитывается по ездовым циклам.В течение режимов семь, восемь, девять соблюдается равенство:n = nхх.(10)10) Стоянка с неработающим двигателем внутреннего сгорания. Стоянка может быть как длительной (ночная стоянка, стоянка у места работы владельца транспортного средства и т.д.), так икороткой (стоянка при движении по маршруту, например, при высадке пассажира). Продолжительность Тст и количество стоянок первого типа могут быть определены в соответствии с суточными графиками эксплуатации или по среднему времени движения в сутки, а второго типапо количеству включений стартера за один час движения и коэффициенту, показывающему отношение времени работы двигателя ко времени эксплуатации.

В течение рассматриваемого режима частота вращения равна нулю, a Rн равно сопротивлению потребителей, включаемых настоянке.11) Включение и работа стоп-сигнала.12) Включение и работа сигнала поворота.Включение стоп-сигнала происходит всякий раз, когда осуществляется торможение. Длительность включения стоп-сигнала часто превышает длительность торможения, поэтому работастоп-сигнала может протекать и параллельно режиму девять, то есть при стоянке автомобиля,например на светофоре. Среднюю продолжительность Тсс можно рассчитать по следующейформуле:Тсс = 3600 Кт / Кч,(11)где Кт- коэффициент времени работы потребителя; Кч - количество включений потребителя за один час движения;Кч = К1000 Vср / 1000;(12)Vcp — средняя скорость движения для рассматриваемой категории эксплуатации; К1000- количество включений потребителя на 1000 км.Исхода из функционального назначения сигнала поворота можно считать, что его включение и работа происходят параллельно шестому, седьмому, восьмому, девятому режимам, то16есть при замедлении и стоянке перед светофором или поворотом.

Средняя длительность работысигнала поворота Тсп и количество его включений рассчитываются по формулам (9) и (10).13) Изменение состава включенных потребителей (без учета стоп-сигнала и сигнала поворота) вусловиях интенсивного городского движения может происходить параллельно либо пятому этапу, либо девятому режимам.Длительность включения и работы i-го потребителя Ti определяется по формулам (8) и (9), авероятность включения в течение конкретного режима (пять или девять) Рвклпо следующей формуле:Рвкл = Кч / 2 Кмц,(13)где Кмц - количество микроциклов разгон-замедление за один час движения в данныхусловиях эксплуатации. Кмц может быть определено при анализе схемы маршрута испытаний.Маршрут испытаний выбирается исходя из следующих соображений:- при проведении испытаний систем электроснабжения на выбранном маршруте генераторная установка работает в наиболее напряженном энергетическом и тепловом режиме из-заналичия большого количества светофоров, левых поворотов и коротких прямых участков движения с установившейся скоростью;- относительное время работы генераторной установки на оборотах холостого хода первичного двигателя максимально, а в связи с этим баланс электроэнергии на борту автомобилянаиболее неблагоприятен для аккумуляторной батареи;- в связи с малой длительностью заряда аккумуляторной батареи при движении автомобиля на прямых участках маршрута система пуска эксплуатируется в наиболее напряженномэнергетическом и тепловом режиме.Учитывая вышеизложенные обстоятельства, выбранный маршрут испытаний можно считатьнаиболее напряженным для исследования систем электроснабжения, поэтому он и используетсядля моделирования работы указанных систем в эксплуатации.В режимах 11, 12, 13 изменяется значение Rн.Анализ условий завершения событий показывает, что режимы 1, 2, 4, 5, 9, 10, 11, 12, 13заканчиваются по истечении определенного времени, а режимы 3, 6, 7, 8 при достижении определенной переменной заданного значения.Для расчета токов и напряжений в системах электроснабжения и пуска использованы системынелинейных уравнений.Уравнения расчета токов и напряжений в системе электроснабжения:Uг - К11 Rк11 I67 – Rв (tгу, n, Id) Iв – - Ер (Iст, Iв, Id, Uг, n, tгу, Rв) = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) Iв – Rк10 I47 – Rв (tгу, n, Id) Iв – Ер (Iст, Iв, Id, Uг, n, tгу, Rв) = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) Iв – К9 Rк9 I45 – Rд2 (Uтр, Uр, tгу, n, Id) Iст = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) – Rага I43 – К8 Rкв – Rд2 (Uтр, Uр, tгу, n, Id) Iст = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) – Rага I43 – Rаба I32 – К7 Rк7 I25 – - Rд2 (Uтр, Uр, tгу, n, Id) Iст= 0;(14)Uг - I64 Rд1 (I64) – К13 Rк13 Iн – Iн Rн = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) – Rага I43 – Rаба I32 – К1 Rбн Iб – - К2 Епз (Iб, tэл) – К3 Ез (Iб, ΔСз,tэл, Тц) + К4 Еп (Iб, tэл, Тц) – К5 Ео (ΔСз, tэл) - Rб (ΔСз, tэл) - Uс = 0;Uг - I64 Rд1 (I64) – Rага I43 – Rаба I32 – К12 Rк12 Iс – Rс (Uб, tгу) = 0.17Для пояснения названий переменных, используемых в системе нелинейных уравнений(14) на рис.

6 приведена схема замещения системы электроснабжения.Рис. 6. Схема замещения системы электроснабженияДля расчета тока разряда аккумуляторной батареи при пуске двигателя внутреннего сгорания использована следующая система нелинейных уравнений:Iб = Iц + Iр + Iн;Iс = Iц + Iв;Iр = Iв + Iу;Iу Rу – Iв Rв – Iр Rпр = 0;Iр Rпр – Iу Rу – Iн Rн = 0;Ес (tс, tм) + Iс Rс – Iу Rу + Iв Rв = 0;Еб (Сз, tэл) – Iб Rб (Сз, tэл, τ) – Iн Rн = 0.(15)Для пояснения названий переменных, используемых в системе нелинейных уравнений(15) на рис. 7 приведена схема замещения для моделирования работы системы пуска в эксплуатации (Iу – ток удерживающей обмотки, Iр –ток разряда).Системы уравнений (14) и (15) составлены с учетом специфики реальных взаимосвязей вавтомобильных системах электроснабжения.18Рис.

7. Схема замещения системы пускаНа рис 8 и 9 приведены примеры нелинейных зависимостей, использующихся в уравнениях для расчета токов и напряжений в системе электроснабжения.Рис. 8. Зарядно – разрядные характеристики аккумуляторной батареиРис.

9. Внешние характеристики генератора при изменении нагрузки:от режима холостого хода до номинального режима (а) и от номинального до режима холостогохода (б).19Пример решения систем нелинейных уравнений (14), (15) методом Зейделя для системы электроснабжения ВАЗ 1117 с генератором 94.3702-06 с приведен на рис. 4.

Для статистической обработки данных использовался пакет MATLAB. На рис. 10 приведены наиболее типичные гистограммы распределения тока аккумуляторной батареи и напряжения в бортовой сети.Рис. 10. Наиболее типичные гистограммы распределения тока аккумуляторной батареи (а) инапряжения в бортовой сети (б).Расход топлива на работу системы электроснабжения Нсэс определяется по формуле:Hсэс = Uбс × Iген × gуд / ŋген × Tдв × Vавт, где(16)Hсэс – расход топлива на работу системы электроснабжения (л/км);Uбс – напряжение в бортовой сети (В);Iген – ток генератора (А);gуд – удельный расход топлива двигателя (л/Вт);ŋген – коэффициент полезного действия генератора;Tдв – временной шаг дискретизации (для расчета расхода топлива принимается равным 1секунде).Для определения расхода топлива на работу системы электроснабжения на рис.