Автореферат (781803), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Методика экспериментальных исследований различных систем электроснабжения вэксплуатации, обеспечивающая возможность оценки качества работы систем по экономии топлива и функциональным показателям.Научная новизна и значимость работы1. Разработана и научно обоснована методика имитационного моделирования системэлектроснабжения с учетом мгновенных значений токов и напряжений в бортовой сети дляопределения расхода топлива двигателем на работу системы электроснабжения. Методика позволяет проводить синтез способов управления напряжением генераторной установкой авто-6транспортных средств различного функционального назначения, улучшающих показатели топливной экономичности.2.
Теоретически обоснована и практически реализована концепция автоматическогоуправления уровнем напряжения генераторной установки, обеспечивающая снижение расходатоплива за счет введения взаимосвязи степени заряженности аккумуляторной батареи с указанным уровнем напряжения. При этом диапазон изменения уровня напряжения в бортовой сетиудовлетворяет существующим требованиям к автотракторному электрооборудованию.3. Разработаны измерительный комплекс и методика для испытаний систем электроснабжения автотранспортных средств в эксплуатации, обеспечивающие возможность оценкикачества работы систем по расходу топлива и по функциональным показателям.Практическая значимость работыПрактическая значимость результатов диссертационной работы заключается в том, чторазработанные предложения обеспечивают снижение расхода топлива до 6% – 8% при экономии энергии от 21МДж до 26МДж на 100 километров при средней скорости 60 км/час. Диапазонизменяемых уровней напряжения в бортовой сети с разработанным регулятором напряженияудовлетворяет требованиям к качеству электрической энергии в бортовой сети.
Регуляторнапряжения внедрен на заводе ОАО Электромодуль (г. Молодечно), объем производства с 2007года по настоящее время составил 1 000 000 штук.Комплекс программ по имитационному компьютерному моделированию систем электроснабжения внедрен в ФГУП НИИАЭ.Измерительный комплекс для исследования в эксплуатации систем электроснабжения,внедрен на заводе Электромодуль и ФГУП НИИАЭ.Генераторная установка для городских автобусов ЛиАЗ, позволяющая снизить расходтоплива до 2,5%, внедрена в ООО ГИОР. Объем годового производства 1 500 штук.Вентильный электродвигатель, рассчитанный по методике имитационного моделирования, заменяющий зарубежные электродвигатели фирмы Вебасто, внедрен в ООО ГИОР для автомобилей КАМАЗ.
Объем производства электродвигателей составляет 1 300 штук в год.Апробация работыРезультаты работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях:-на международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка» 8 – 10 ноября 2010 года;-на 77 международной конференция ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России:приоритеты развития и подготовка кадров», проходившей 27-28 марта 2012 г. в Московскомгосударственном техническом университете «МАМИ»;-на 85 международной научно-технической конференции ААИ «Будущее автомобилестроения в России», проходящей 24 апреля 2014 года в университете машиностроения;-на IX международном салоне «КОМПЛЕКСНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ-2016», проходившем на ВДНХ 10 - 15 мая 2016 года;-на ученом совете ФГУП НИИ автомобильной электроники;-на кафедре "Электротехнические комплексы автономных объектов и электрическийтранспорт" ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»;-в научно-технических отделах Ржевского завода автотракторного электрооборудования(ОАО “Элтра”), Калужского завода авто электрооборудования, ЗАО “Коминвест”, ОАО "Авто-7свет" (г.
Киржач), ОАО “Машиностроительный завод “Маяк” и на Московском машиностроительном заводе “Вперед”.Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 39 работах, 14из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одном патенте на изобретение, и 4 трудах конференций.Личный вклад автора состоит в разработке концепции, повышения топливной экономичности автотранспортных средств за счет повышения эффективности управления уровнемнапряжения генератора;- в разработке комплексного подхода к проектированию систем электроснабжения и пуска;- в создании методики имитационного компьютерного моделирования работы системыэлектроснабжения.Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения,списка использованных источников и приложения, содержащего акты внедрения. Общий объем290 стр. основного текста, включая 59 рисунков и 6 таблицы. Список использованных источников содержит 190 наименований.Основное содержание работыВо введении обоснована актуальность решаемой в диссертации проблемы, сформулированы цель и связанные с ее достижением научные и технические задачи. Сформулирована научная новизна работы и основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Приведены сведения о практической реализации полученных результатов.В первой главе проведен теоретический анализ энергетических установок автомобиля иалгоритмов работы систем электроснабжения, направленных на повышение топливной экономичности.В настоящее время для снижения расхода топлива используются следующие техническиерешения:-применение электропривода (электромобили);-применение гибридного привода (гибридные автотранспортные средства);-оптимизация работы систем электрооборудования, оказывающих влияние на расходтоплива двигателя внутреннего сгорания.Наряду с преимуществами электромобилей и гибридных автомобилей, наиболее важными из которых являются топливная экономичность и снижение эмиссии вредных выбросов, ониимеют и существенные недостатки, а именно:- малый запас хода без участия первичного двигателя;- проблемы с аккумуляторными батареями, возникающие в процессе эксплуатации иутилизации (большие токи саморазряда, зависимость напряжения от температуры, небольшойсрок службы);- сложная конструкция гибридных автомобилей (количество узлов и агрегатов больше,чем в традиционных автомобилях);- большая масса по сравнению с автотранспортными средствами традиционной конструкции;- высокая стоимость и сложность ремонта.В противовес мнению о высокой экономичности электромобилей, анализ показывает, что доляэнергии топлива, используемого на электростанциях для движения автомобиля, не превышает815%.
Это связано с потерей энергии в линиях электропередачи, трансформаторах, преобразователях, зарядных устройствах, в аккумуляторных батареях, электрических машинах. Для сравнения двигатель внутреннего сгорания в оптимальном режиме преобразует в механическую энергию около 40% химической энергии топлива. По нашему мнению, которое основано на результатах многолетних исследований, электромобили и гибридные автотранспортные средства втечение будущих 20–30 лет не найдут широкого распространения. Это подтверждают и объемыпроизводства электромобилей, например, в 2017 году суммарный объем производства автомобилей с электрическим и гибридным приводом от общего объема составляет: в Японии 16%, вСША 10%, в странах ЕЭС 8%.Расход топлива на привод генераторной установки на современных автомобилях с бензиновыми двигателями в городе достигает 20% от общего расхода топлива.
Это значение рассчитывается из следующих показателей:- удельный расход топлива двигателем внутреннего сгорания (0,3 л/квтч – 0,5 л/квтч) поизвестным из теории конструкциям и практики эксплуатации автомобиля;- КПД генераторной установки, находящегося в диапазоне от 0,4 до 0,5;- мощность приемников электрической энергии в режиме город – зима – ночь (0,4 кВт –0,6 кВт);- средняя скорость движения автомобиля, составляющая менее 22 км/ч (по данным Департамента автомобильного транспорта г.
Москвы);- расход топлива легковым автомобилем среднего класса, составляющий 10л –12л на 100км.С учётом вышеизложенного наиболее перспективным для снижения расхода топлива является оптимизация работы генераторной установки. На рис. 1 приведена классификационнаясхема принципов работы современных автомобильных систем электроснабжения. В современных системах электроснабжения автотранспортных средств, построенных по традиционной“буферной” схеме, целью управления является ограничение напряжения генератора на определенном уровне в зависимости от частоты вращения генератора и тока потребителей электроэнергии.Рис. 1 Классификационная схема принципов работы систем электроснабженияС ростом температуры уровень напряжения настройки регулятора напряжения автоматически уменьшается. В традиционной системе электроснабжения аккумуляторная батарея неуспевает компенсировать потерю заряда в процессе пуска двигателя внутреннего сгорания из-забыстрого роста температуры (в подкапотном пространстве температура повышается до 50˚Спосле пуска происходит за 5 – 7 минут и напряжение настройки снижается с 15В до 13В).
Поэтому необходимо поддерживать повышенное напряжение, более длительное время (рис. 2). В9последнее время проводится разработка адаптивных систем электроснабжения автотранспортных средств.а)б)Рис. 2 Изменение напряжения настройки регулятора напряжения при изменении частотывращения генератора, тока потребителей электроэнергии (а) и температуры воздуха в подкапотном пространстве (б)В качестве цели управления для адаптивных систем обычно используется один из следующих параметров:- рациональный расход топлива двигателем на привод генераторной установки;- рациональный уровень стабильности напряжения в бортовой сети;- обеспечение заданного зарядного состояния аккумуляторной батареи (определеннойстепени заряженности).Указанные параметры определяют качество работы основных систем электрооборудования автотранспортных средств.Рассмотрим один из возможных вариантов системы электроснабжения, обеспечивающейзаданный уровень стабильности напряжения на приемниках электроэнергии, разработаннойфирмой Бош (Германия) (рис.
3). При включении одного из мощных приемников электроэнергии система управления увеличивает обороты холостого хода двигателя с 550 мин-1 до 1000мин-1. Этим достигается увеличение мощности, вырабатываемой генератором на оборотах холостого хода двигателя автомобиля, и следовательно, снижение тока разряда и повышениенапряжения аккумуляторной батареи в данном режиме.На рис. 3 приведены токоскоростная характеристика генератора и вольт-амперная характеристика аккумуляторной батареи, поясняющие принцип работы системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
