Диссертация (Методология повышения энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств), страница 2

Экспериментальные исследования показывают, что увеличениемаксимального тока отдачи генераторной установки до 20А приводит кувеличению расхода топлива двигателем на 10% - 15%.11Большинствоэлектроснабжениясуществующихиспользуютметодикусредненныерасчетазначениясистемвозмущающихфакторов (частоты вращения генератора, тока потребителей электрическойэнергии,напряжениявбортовойсети)привыборехарактеристикгенераторной установки и аккумуляторной батареи. При этом очевидно, чтопри эксплуатации автотранспортного средства эти параметры изменяются взависимости от режима движения. Современные методики выбора основныхпараметров и характеристик системы электроснабжения не предусматриваютмоделирование ее взаимодействия с системой пуска силового агрегатаавтотранспортного средства в эксплуатации из-за отсутствия системногоподхода.

Выбор генераторной установки и аккумуляторной батареи, а такжеконцепциисинтезасистемы электроснабжения является проблемой,решаемой в работе.Вопросамтопливоэлектротехническогоэнергетическойкомплексапосвященоэффективностизначительноеколичествоисследований отечественных и зарубежных ученых. Вопросы топливнойэкономичности и снижения вредных выбросов рассмотрены в работахБахмутова С.В., Эйдинова А.А., Шарипова В.М., Гурицкого О.И., Ютта В. Е.,Графкиной М.Н., Ерохова В.И., Нюнина Б.Н., Хуторского М.Д., ЗволинскогоВ.П, Говорущенко Н.Я.

Развитию теории проектирования и исследованиясистем электроснабжения и пуска автомобилей посвящены работы ФесенкоМ.Н., Трещева А.И., Фрезинского М.Л., Купеева Ю.А., Банникова С.П.,Чижкова Ю.П., Галкина Ю.М., Петленко Б.И., Акимова С.В. Вопросыповышения топливной экономичности электротехнических комплексовавтомобилейпутемоптимизациииинтеллектуализацииработыэлектромеханических преобразователей еще недостаточно проработаны. Внастоящее время наблюдается дефицит научно обоснованных техническихрешений, применяемых вэкономноеуправлениеустройствах управления, обеспечивающихсистемойэлектроснабжения.Анализработзарубежных авторов показывает, что проблемы, связанные с повышением12эффективностиработыэлектротехническихкомплексовавтономныхобъектов также недостаточно проработаны.

Они не учитывают работугенераторной установки при изменяющихся частотах вращения и мощностиприемников электрической энергии.Сучётомэкономичностиизложенногоавтотранспортапроблемузасчетповышениятопливнойэффективногоуправленияэлектротехническим комплексом следует считать актуальной.Цель работы и задачи исследованияЦелью диссертационной работы является повышение топливнойэкономичности АТС за счет разработки и реализации научно-техническойметодологииповышенияэнергетическойэффективностиэлектротехнических комплексов автотранспортных средств, с учетомсовместногофункционированияосновныхэлементовсистемыэлектроснабжения и оптимизации управления генераторной установкой.Достижение поставленной цели обеспечивается на основерешениякомплекса взаимосвязанных научных и практических задач:Достижение поставленной цели обеспечивается на основе решениякомплекса взаимосвязанных научных и практических задач:- обзор принципов работыавтомобильныхэлектротехническихкомплексов, обеспечивающих повышение топливной экономичности;- анализ существующих методов расчета автомобильных системэлектроснабжения;-разработкаметодикимоделированияработысистемыэлектроснабжения для синтеза способов управления, обеспечивающихснижение расхода топлива;-созданиегенераторнойивнедрениеустановкиснижение расхода топлива;концепцииавтотранспортныхуправлениясредств,напряжениемобеспечивающих13- разработка методики для экспериментальных исследований системэлектрооборудования в эксплуатации, обеспечивающей возможность оценкикачества работы по экономии топлива и функциональным показателям.Объект исследования – системы электроснабжения (СЭС) и пуска(СЭП) двигателя автотранспортных средств (генератор, управляющееустройство, стартерный электродвигатель, аккумуляторная батарея (АБ)).Методыисследований.диссертационнойработеДлянаучныхрешениязадачпоставленныхприменялисьвметодыматематического, имитационного и физического моделирования, методыструктурного анализа, теории вероятностей и математической статистики.Достоверность научных положений и выводов подтверждаетсяприменением апробированных методов компьютерного моделированияэлектротехническихсистем,результатамилабораторныхиэксплуатационных испытаний.

Новизна технических решений подтвержденапатентом.Основные положения, выносимые на защиту:1. Концепция автоматического управления напряжением генераторнойустановки, снижающая расход топлива за счет выбора уровня регулируемогонапряжения в зависимости от степени заряженности аккумуляторнойбатареи.2. Методика выбора уровня напряжения генераторной установкиразличных типов автотранспортных средств, использующая зависимостьвеличины математического ожидания напряжения в бортовой сети от уровнярегулируемого напряжения, тока генераторной установки, тока нагрузки ичастоты вращения генератора;3.

Методика выбора передаточного отношения двигатель-генератор дляобеспечения стабильного уровня напряжения в бортовой сети.4.Математическая модельдля определения влияния системыэлектроснабжения на расход топлива автотранспортных средств.145.Математическаямодельсистемэлектроснабженияипускатрадиционных и гибридных автотранспортных средств с адаптивнымиалгоритмамиуправлениянапряжениемгенераторнойустановкивэксплуатации, обеспечивающая учет случайного характера измененияэксплуатационных факторов (частоты вращения, электрической нагрузки,температуры и режима движения).6. Методика экспериментальных исследований различных системэлектроснабженияв эксплуатации, обеспечивающая возможность оценкикачествасистемработыпоэкономиитопливаифункциональнымпоказателям.Научная новизна и значимость работы1.Разработана и научно обоснована методика имитационногомоделирования систем электроснабжения с учетом мгновенных значенийтоков и напряжений в бортовой сети для определения расхода топливадвигателем на работу системы электроснабжения.

Методика позволяетпроводитьустановкойсинтезспособовавтотранспортныхуправлениясредствнапряжениемразличногогенераторнойфункциональногоназначения, улучшающих показатели топливной экономичности.2. Теоретически обоснована и практически реализована концепцияавтоматического управления уровнем напряжения генераторной установки,обеспечивающая снижение расхода топлива за счет введения взаимосвязистепени заряженности аккумуляторной батареи с указанным уровнемнапряжения. При этом диапазон изменения уровня напряжения в бортовойсетиудовлетворяетсуществующимтребованиямкавтотракторномуэлектрооборудованию.3. Разработаны измерительный комплекс и методика для испытанийсистем электроснабжения автотранспортных средств в эксплуатации,обеспечивающие возможность оценки качества работы систем по расходутоплива и по функциональным показателям.15Практическая значимость работыПрактическаязначимостьрезультатовдиссертационнойработызаключается в том, что разработанные предложения обеспечивают снижениерасхода топлива до 6% – 8% при экономии энергии от 21МДж до 26МДж на100 километров при средней скорости 60 км/час.

Диапазон изменяемыхуровней напряжения в бортовой сети с разработанным регуляторомнапряжения удовлетворяет требованиям к качеству электрической энергии вбортовойсети.РегуляторнапряжениявнедренназаводеОАОЭлектромодуль (г. Молодечно), объем производства с 2007 года понастоящее время составил 1 000 000 штук.Комплекспрограммпоимитационномукомпьютерномумоделированию систем электроснабжения внедрен в ФГУП НИИАЭ.Измерительный комплекс для исследования в эксплуатации системэлектроснабжения, внедрен на заводе Электромодуль и ФГУП НИИАЭ.Генераторная установка для городских автобусов ЛиАЗ, позволяющаяснизить расход топлива до 2,5%, внедрена в ООО ГИОР. Объем годовогопроизводства 1 500 штук.Вентильныйэлектродвигатель,рассчитанныйпометодикеимитационного моделирования, заменяющий зарубежные электродвигателифирмы Вебасто, внедрен в ООО ГИОР для автомобилей КАМАЗ.

Объемпроизводства электродвигателей составляет 1 300 штук в год.Апробация работыРезультаты работы докладывались на следующих конференциях исовещаниях:-намеждународнойнаучно-техническойконференцииААИ«Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития иподготовка» 8 – 10 ноября 2010 года;-на77международнойконференцияААИ«Автомобиле-итракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров»,16проходившей27-28 марта 2012 г.