Диссертация (1025283), страница 13
Текст из файла (страница 13)
С достаточной точностью можносчитать, что качение колеса при одновременном действии боковых ипродольных сил происходит без скольжения при соблюдении следующегоусловия [46]:где?7 ≤ 0,5UF,(3.10)?7 – полное ускорение электробуса;U – коэффициент сцепления колеса с опорной поверхностью;F – ускорение свободного падения.Полное ускорение электробуса ?7 можно рассчитать как суммукасательного к траектории и центростремительного: ?7 = WB C + () .(3.11)Результирующее фазовое пространство будет выглядеть следующимобразом (Рис.
3.7).106Рис. 3.7. Фазовое пространство состояний электробуса с учетомограничения скоростиКроме того, для комфортной перевозки пассажиров необходимообеспечить ограничение на ускорение, развиваемое электробусом. Для этого прирасчете значений функции Беллмана надо выбирать такое управление, котороене только находится в области допустимых значений (от т до дв ), но и создаетускорение, не превышающее допустимых пределов.Для создания условий комфорта пассажиров необходимо обеспечитьограничение на ускорение/замедление, равное 1 м/с2 (! 0,1+) [91].Проведем расчет для горизонтального участка дороги длиной 100 м, сограничением скорости, равным 30 км/ч, а также поворотом с радиусом )п 15м.
Время прохождения маршрута ограничим величиной 25 с. Графическаяинтерпретация маршрута представлена на Рис. 3.8.107Рис. 3.8. Графическая интерпретация исследуемого маршрутаРезультаты расчета представлены на Рис. 3.9.1234567Рис. 3.9. Энергоэффективный закон движения электробуса с ограничениемна скорость и ускорениеПри анализе результата расчета видно, что оптимальным закономуправления является:Разгон электробуса (промежуток пути от 0 до 24 м, Рис. 3.9);108Движение в состоянии выбега (промежуток пути от 24 м до 34 м,Рис.
3.9);Торможение перед поворотом рекуперативным тормозом (промежутокпути от 34 м до 51 м, Рис. 3.9);Поддерживаниепостояннойскоростидвижениявповороте(промежуток пути от 51 м до 71 м, Рис. 3.9);Разгон электробуса (промежуток пути от 71 м до 83 м, Рис. 3.9);Движение в состоянии выбега (промежуток пути от 83 м до 87 м,Рис. 3.9);Торможение рекуперативным тормозом (промежуток пути от 87 м до100 м, Рис. 3.9).Энергия, затраченная на ускорение электробуса, составила 444 кДж, приторможении было рекуперировано 210 кДж. Таким образом, суммарная энергия,затраченная на преодоление заданного маршрута за указанное время (25 с),составила 234 кДж. Средняя скорость на маршруте – 0ср м+с 4 .мс109Выводы по третьей главеВ ходе проведения исследования получено:Разработан метод определения энергоэффективного закона движенияэлектробуса по городскому маршруту, отличающийся использованием методадинамическогопрограммированиядлярешениязадачиоптимизацииприменительно к объекту городского автомобильного транспорта;При решении задачи оптимизации реализована возможность учетаограничений на время преодоления участка пути, а также на скорость иускорение в процессе движения;При расчете оптимального закона управления без учета зависимостиКПД электромашины от нагрузки закон получается экстремальным, то естьтаким, при котором параметр управления во время движения принимаетзначения только дв , 0, рек илит ;С увеличением динамичности движения электробуса по маршрутувозрастают безвозвратные потери в связи с увеличением энергозатрат напреодоление сил инерции и возможным использованием рабочей тормознойсистемы.110Глава 4.
Экспериментальные исследованияКакбылоизложеноранее(Глава3),методопределенияэнергоэффективного закона управления электробусом разделяется на несколькоэтапов:Выбор модели движения электробуса;Проведение теоретического расчета энергоэффективного управления сиспользованием метода динамического программирования для выбранногомаршрута движения;Верификация математической модели движения и преобразованияэнергии электробуса по экспериментальным данным;Проведение теоретических расчетов на основе верифицированноймодели движения и преобразования энергии электробуса.Кроме того, для оценки целесообразности внедрения полученного законауправления на выбранном маршруте необходимо оценить, какое количествоэнергии расходуется на движение при использовании полученных результатовдля организации эксплуатации в качестве исходных данных.Глава посвящается разработке метода верификации математическоймодели движения, приведенного к криволинейной координате, и преобразованияэнергии электробуса по экспериментальным данным, а также разработкеметодикисравнительныхиспытанийэлектробуса,движущегосяпооптимальному закону энергоэффективного управления, с вождением водителяиспытателя.Объект испытаний и аппаратурно-измерительный комплексВ качестве объекта испытаний используется электробус, разработанныйгруппой «ГАЗ» совместно со специалистами МГТУ им.
Н. Э. Баумана (Рис. 4.1).111Рис. 4.1. Электробус ЛиАЗ на базе планера 5292.30Рассматриваемый электробус создан на базе планера ЛиАЗ 5292.30(Рис. 4.2). Масса электробуса в снаряженном состоянии составляет 13265 кг,полная масса электробуса равна 18000 кг.Рис. 4.2. Габаритные размеры ЛиАЗ 5292.30ЭлектробусоснащенэлектродвигателемSiemens1DB2016-1NB06(Рис. 4.3). Данный электродвигатель относится к синхронным двигателям спостоянными магнитами. Масса двигателя составляет 294 кг. Габаритныеразмеры 1DB2016-1NB06 в миллиметрах: 463х520х569. Мощность двигателя112при длительном режиме работы составляет 160 кВт. Максимальная частотавращения вала ротора электродвигателя 3500 об/мин.
Внешняя характеристикаэлектродвигателя представлена на Рис. 4.4.Рис. 4.3. Siemens 1DB2016-1NB06Рис. 4.4. Внешняя характеристика Siemens 1DB2016-1NB06На электробусе установлен задний мост фирмы «ZF» AV 133 (Рис. 4.5).Максимальная нагрузка на ось составляет 13000 кг. Передаточное число главнойпередачи – 7,35. Масса моста, заправленного маслом, 973 кг. КПД моста принят0,97.113Рис. 4.5. ZF AV 133Передняя ось электробуса ZF RL 85A (Рис. 4.6). Максимальная нагрузкана ось составляет 8500 кг. Масса передней оси – 527 кг.114Рис. 4.6. ZF RL 85AЭлектробус оснащен шестью LiNiMnCo (NMC) батареями PE350-689компании «EnerZ» (Рис. 4.7).
Емкость одной батареи составляет 35 Ач,напряжение 689 В. Масса батареи – 318 кг. Габаритные размеры в миллиметрах1452х670х404.Рис. 4.7. PE350-689 EnerZРезультаты тестирования одной ячейки, установленной в используемойбатарее, приведены на Рис. 4.8.115Рис.
4.8. Результаты тестирования ячейки EnerZ Hornet 161003Электробус оснащен тяговым инвертором ELFA2 DV-650WH компании«Siemens» (Рис. 4.9). Номинальный ток и напряжение инвертора составляют250 А и 650 В соответственно. Масса инвертора составляет 30 кг. Дляпредотвращенияперегреваинвертороснащенжидкостнойсистемойохлаждения.Рис. 4.9. Siemens ELFA2 DV4-650WHРассматриваемый электробус с 09.01.2017 эксплуатируется на маршрутеM2 в городе Москва (Рис. 4.10) [84]. На маршруте – 25 остановок в прямом и 26116в обратном направлении.
Протяженность маршрута в прямом направлении11,13 км, в обратном – 11,17 км.Рис. 4.10. Маршрут электробуса M2Запись параметров движения электробуса для дальнейшего анализа на ПКпроизводится при помощи CAN-шины транспортного средства.CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандартпромышленной сети, ориентированный, прежде всего, на объединение в единуюсеть различных исполнительных устройств и датчиков.CAN разработан компанией Robert Bosch GmbH в середине 1980-х и внастоящее время широко распространён в промышленной автоматизации,автомобильной промышленности и многих других областях.CAN-шина обеспечивает цифровой связью и управлением электрическиеустройства электробуса, позволяет собирать данные от всех устройств,обмениваться информацией между ними, управлять ими.
Информация осостоянии устройств и командные (управляющие) сигналы для них передаютсяв цифровой форме, согласно протоколу, кабелем связи типа «витая пара». Крометого, к каждому устройству подается питание от бортовой электросетинапряжением 24 В.Передача данных от шины CAN к персональному компьютеру для сбораинформации осуществляется посредством PCAN-USB адаптера компании«PEAK system» (Рис. 4.11). Данное устройство позволяет конвертировать CANсигнал в сигнал, доступный для передачи на ПК.117Рис. 4.11. PCAN-USB адаптерТаким образом, получая и обрабатывая необходимые сигналы CANшины, была реализована возможность определения таких параметров движенияэлектробуса, как:• время движения , с;• напряжения на электродвигателе e, В;• сила тока на электродвигателе f, А;• скорость электробуса , км/ч (вычисляется контроллером при помощиштатного датчика частоты вращения ротора двигателя);• положение педали акселератора;• положение педали тормоза;• реализованный двигателем, крутящий момент (в % от максимального).Запись проводилась при помощи программного комплекса MATLABSimulink [85] в режиме реального времени с частотой дискретизации, равной0,01 с (Рис.
4.12).118Рис. 4.12. Процесс записи сигналов CAN шиныПройденный путь и электрическая энергия, затраченная на движение, вычислялись путем численного интегрирования полученных данных поформулам: C 0,మ(4.1),భ C DE.,మ(4.2),భОпределение параметров модели движения, приведенного ккриволинейной координате, по экспериментальным даннымДля использования модели движения электробуса, приведенного ккриволинейной координате, необходимо определить:Коэффициент аэродинамического сопротивления электробуса;Коэффициент сопротивления качению электробуса;119Площадь пятна контакта колеса электробуса с дорогой (необходимадля проверки расчетов при движении по криволинейной траектории).Так как в ходе испытаний электробус двигается со средней скоростью, непревышающей 30км/ч, и учитывая сложность экспериментального определениякоэффициента аэродинамического сопротивления, было решено принять егоравным 0,68 на основании испытаний, проведенных ФГУП «НАМИ» совместнос «ЛиАЗ» для рассматриваемого планера типа 5292.Коэффициент сопротивления качению электробуса был определенсогласно следующему алгоритму:Контролируем давление воздуха в шинах электробуса (9 бар.);Активируем запись параметров движения электробуса через CANшину;Разгоняем электробус до скорости 30км/ч;Переводим режим движения электробуса в режим выбега безрекупераци энергии;После прохождения электробусом мерного участка протяженностью30м–40м останавливаем электробус тормозной системой и останавливаем записьпараметров движения через CAN-шину.Испытание необходимо проводить на ровной, горизонтальной опорнойповерхности.При движении электробуса в режиме выбега замедление происходит поддействием силы сопротивления качению и механических потерь в узлах заднегомоста, передней оси, электродвигателя и карданной передачи, а также поддействием силы сопротивления воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
