Автореферат (Методология повышения энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств), страница 6

Алгоритмпозволяет снизить расход топлива на (6 - 8)% в городских условиях эксплуатации. Под напряжением настройки регулятора напряжения понимается напряжение, при котором ограничивается напряжение генераторной установки во всем диапазоне частот вращения и тока нагрузки.Напряжение аккумуляторной батареи это напряжение в бортовой сети при разряде аккумуляторной батареи, характеризующее ее зарядное состояние (степень заряженности).Для исследования поведения адаптивной автомобильной системы электроснабжения вразличных режимах движения по результатам экспериментов с помощью метода наименьшихквадратов получено уравнение, связывающее математическое ожидание напряжения на приемниках электрической энергии с различными независимыми переменными, влияющими на работу системы.Uн = 21,3 + 38,8 Uр/Uном – 0,1 nдвс max/ nхх двс – 0,3 Iг/Iн + 2,6 Uр/Uном – 46,2× Uр/Uном ×Iг/Iн +10,0 Iг/Iн,(6)где Uн - математическое ожидание напряжения на приемниках электрической энергии; U p - регулируемое напряжение; Uном - номинальное напряжение комплекса электрооборудования автомобиля; Iг - максимальный ток генераторной установки при частоте вращения 6000 мин-1 инапряжении 13В; Iн - суммарный ток приемников электрической энергии в режиме "город - зима- ночь"; nдвс max - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания; nхх двс - частота вращения генератора при оборотах холостого хода двигателя автомобиля.Оценка ошибки уравнения регрессии по критерию Фишера показывает, что уравнениеадекватно эксперименту с вероятностью 95%.Полученное уравнение позволяет определить оптимальные значения напряжениянастройки регулятора напряжения с точки зрения срока службы аккумуляторной батареи и потребителей электрической энергии.Зависимость математического ожидания напряжения на приемниках электрической энергии от частоты вращения ротора генератора на оборотах холостого хода двигателя автомобиля сдостаточной степенью точности описывается следующим уравнением:Uн = (0,02 nдвс max – 18,5 nхх двс) × 2,8Uр/nхх двс .(7)Расчеты показывают, что для генераторных установок с частотой холостого хода, меньшей или равной 1050 мин-1, значение оптимальной частоты вращения генератора на холостомходу двигателя внутреннего сгорания составляет примерно-2200 мин-1, а для генераторныхустановок с частотой холостого хода более 1050 мин-1, 2400 мин-1.

Полученные значения позволяют определить передаточное отношение двигатель – генератор, которое исключит провалынапряжения в бортовой сети на холостом ходу.Анализ воздействия уровня регулируемого напряжения на значение математическогоожидания напряжения на приемниках электрической энергии показывает, что зависимость Uн =f (Uр) носит линейный характер по всей поверхности факторного пространства и описываетсяследующим уравнением:Uн = 2,5 + 1,5 Uр.(8)27С помощью разработанной методики имитационного моделирования проведена оценкавлияния различных принципов управления на расход топлива.

Результаты исследования приведены ниже.Применение способов регулирования напряжения снижающих регулируемое напряжение при степени заряженности аккумуляторной батареи, достаточной для надежного пуска двигателя внутреннего сгорания, приводит к экономии топлива от 8% до 11%.Применение системы, отключающей двигателя внутреннего сгорания при длительнойстоянке автомобиля (система стоп - старт) дает экономию топлива 9% - 12%.Применение отключения генератора от бортовой сети при разгоне автомобиля снижаетрасход топлива на 2% - 3%.Отключение потребителей (при низкой степени заряженности аккумуляторной батареи),работа которых не связана с безопасностью движения, снижает расход топлива на 2% - 3%.На рис. 16 приведены диаграммы, поясняющие снижение расхода топлива на работу системы электроснабжения при движении автомобиля в различных режимах движения.1 - низкая степень заряженности аккумуляторной батареи, напряжение настройки регулятора напряжения максимально и происходит интенсивный заряд;2 -автомобиль движется с постоянной скоростью, степень заряженности аккумуляторнойбатареи достигла достаточно высокого уровня, напряжение настройки регулятора напряженияминимально, расход топлива снижается;3 – автомобиль замедляется, двигателя внутреннего сгорания работает в режиме принудительного холостого хода, напряжение настройки регулятора напряжения максимально происходит интенсивный заряд аккумуляторной батареи;4 - автомобиль ускоряется, потребители получают необходимую электрическую энергиюот аккумуляторной батареи, генератор отключается от бортовой сети, происходит снижениерасхода топлива.28Рис.

16. Диаграммы, поясняющие снижение расхода топлива на работу системы электроснабжения при движении автомобиля в различных режимах.Анализ результатов исследований показывает, что наиболее перспективным для снижения расхода топлива являются способы управления системой электроснабжения, направленныена управление напряжением настройки регулятора напряжения генераторной установки в зависимости от величины напряжения бортовой сети.Шестая глава посвящена разработке:- принципов, обеспечивающих оптимальное использование функциональных свойств системы электроснабжения автотранспортного средства;- регулятора напряжения, обеспечивающего выполнение разработанного принципа.В процессе выполнения работы разработан принцип управления напряжением настройкирегулятора напряжения в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи.Принцип работы системы электроснабжения поясняется диаграммой изменения во временинапряжения в бортовой сети (рис.

17 а) и суммарных потерь в генераторе, регуляторе напряжения, аккумуляторной батареи и бортовой сети при движении автомобиля в городском режимеэксплуатации зимой (рис. 17 б).29Основные принципы работы такой системы состоят в следующем. После пуска двигателяавтомобиля напряжение в бортовой сети непрерывно измеряется и сравнивается с пороговымизначениями, характеризующими зарядное состояние аккумуляторной батареи.Когда напряжение в бортовой сети уменьшается ниже определенного уровня (аккумуляторная батарея заряжена менее чем на 75%) в бортовой сети устанавливается на заданное времяповышенный уровень регулируемого напряжения.Средние потери в элементах системы электроснабжения с традиционным (849.3702) иразработанным регулятором напряжения, встроенным, в ЩУ-5 в городском режиме эксплуатации зимой приведены в таблице 2.

Расчет потерь Распределение потерь в системе электроснабжения проведен для автомобиля ВАЗ 1117 (двигателем 21126 мощностью 72 кВт) с генератором9402.3701-06 и аккумуляторной батареей номинальной емкостью 44 А×ч.Таблица 2.Средние потери в элементах системы электроснабжения с традиционным (849.3702) иразработанным регулятором напряжения, встроенным, в ЩУ-5 в городском режиме эксплуатации зимой.Наименование потерьОбмотка статораОбмотка ротораРегулятор напряжения ивыпрямительный блокАккумуляторная батареяСуммарные потериПотери с 849.3702,Вт142015063302391Потери с разраОтносительноеботанным ЩУ-5, снижение потерь,Вт%13077,957714006,53335315,650822222325,1000730а)б)Рис. 17. Диаграмма изменения во времени напряжения в бортовой сети (а) и суммарныхпотерь в системе электроснабжения (б) при движении автомобиля ВАЗ 1117 с двигателем 21126мощностью 72 кВт в городском режиме эксплуатации зимой с генератором 9402.3701-06 с традиционным регулятором напряжения 849.3702 и разработанным регулятором напряжения,встроенным в ЩУ-5.31На рис.

18 представлена блок – схема, разработанного алгоритма, поясняющая его работу.Рис. 18. Блок-схема алгоритма, снижающего расход топливапараметры алгоритмаНа рис. 19 представлена блок-схема управляющего устройства, реализующего, разработанный алгоритм.32Функциональная схема регулятора напряжения ЩУ-5Изменение во времениуправляющих сигналов1 – генератор, 2 - аккумуляторная батарея, 3 – выходная цепь РН, 4 - интегрирующая цепь, 5 бортовая сеть, 6 – компаратор, 7 - триггер, 8 - таймер, 9 - управляемый ключ.Рис.

19. Блок-схема управляющего устройства, реализующего, разработанный алгоритмНапряжение аккумуляторной батареи (рис. 19 а) измеряется и преобразуется в управляющий сигнал 10 (рис. 19 б). Таймер 8 (рис. 19 а) в это время выключен. Управляющий сигнал 10(рис. 19 б) сглаживается интегрирующей цепью 4 (рис. 19 а) (сигнал 11). Сглаживание сигнала10 (рис. 19 б) позволяет исключить реакцию системы на кратковременные провалы напряженияt5-t6 (рис.

19 б). Затем сигнал 11 (рис. 19 б) сравнивают в компараторе 6 (рис. 19 а) с заданнымпороговым значением (Uп1 и Uп2, где Uп2>Uп1).После пуска двигателя автомобиля сигнал 11 (рис. 19 б) снижается из–за разряда аккумуляторной батареи в результате пуска и низкой частоты вращения двигателя.