Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных отечественных и зарубежных научно-технических работ в области исследования систем управления работой приводных электродвигателей транспортных средств с механически независимыми движителями 12
1.1. Аналитический обзор транспортных средств, отличающихся высокими показателями энергетической эффективности и экологической безопасности 12
1.1.1. Обзор существующих разработок транспортных средств с комбинированными силовыми установками 12
1.1.2. Обзор существующих разработок электромобилей 30
1.2. Аналитический обзор конструктивных схем и характеристик механически независимых движителей для транспортных средств 37
1.2.1. Общие положения 37
1.2.2. Типовой вариант структуры и состава КП с одним движителем механически зависимых колес 37
1.2.3. Вариант структуры и состава КП с несущей конструкцией общего ведущего моста и двумя механически взаимонезависимыми движителями в части тягового (тормозного) усилия и частоты вращения 40
1.2.4. Вариант структуры и состава КП с двумя полуосями, угловыми редукторами и механически взаимонезависимыми движителями 43
1.2.5. Вариант структуры и состава КП с двумя полуосями и механически взаимонезависимыми движителями 46
1.2.6. Вариант структуры и состава КП с механически взаимонезависимыми движителями на основе мотор-колёс 50
1.3. Обзор существующих разработок систем управления работой приводных электродвигателей транспортных средств с механически независимыми движителями 53
1.3.1. Общие положения 53
1.3.2. Классификация систем управления тяговым электроприводом по типу первичного источника электроэнергии и используемых электрических машин 54
1.3.3. Обзор существующих разработок и известных технических решений по способам реализации дифференциального управления механически взаимонезависимыми ведущими колесами транспортного средства 56
Выводы по главе 60
2. Выбор структуры и состава колесной пары с механически независимыми движителями 62
2.1. Предложение и обоснование варианта экспериментального образца колесной пары по структуре и составу компонентов 64
2.2. Состав и назначение основных функциональных компонентов БУД колесной пары 66
2.3. Предложения по выбору варианта ЭДГ для экспериментального образца колесной пары 71
2.4. Методика выбора тягово-энергетических показателей ЭДГ для экспериментального образца колесной пары 72
2.4.1. Исходные данные для тягово-энергетического расчета 72
2.4.2. Расчетные величины и их обозначения 75
2.4.3. Основные расчетные зависимости 76
2.5. Определение основных характеристик компонентов экспериментального образца колесной пары с механически независимыми движителями 80
2.5.1. Общие положения 80
2.5.2. Результаты тягово-энергетического расчета 81
2.5.3. Определение параметров тяговой аккумуляторной батареи (для случая реализации ЭО КП и БУД на электромобиле) 90
2.5.4. Определение требуемых характеристик тягового электродвигателя-генератора и углового редуктора 91
2.6. Конструктивное исполнение экспериментального образца колесной пары с механически независимыми движителями 93
2.6.1. Состав экспериментального образца колесной пары с МНД (сборочные единицы) 93
2.6.2. Функциональное назначение и характеристики основных компонентов экспериментального образца колесной пары 93
2.6.3. Общий вид экспериментального образца колесной пары с МНД 104
2.7. Описание технического исполнения экспериментального образца БУД в составе колесной пары 106
3. Основы физических процессов, происходящих в системе колесной пары транспортного средства, движущегося по криволинейной траектории 110
3.1. Физические процессы движения транспортного средства 110
3.1.1. Движение ТС на высокой скорости 110
3.1.2. Движение ТС на малой скорости 113
3.1.3 Динамика системы колесной пары транспортного средства, движущегося по криволинейной траектории 115
3.2. Адаптация программного обеспечения БУД 116
3.2.1. Схема замещения асинхронной машины 120
3.3. Определение параметров силовых энергопотоков в приводе колёсной пары ТС 126
3.3.1. Расчет энергетических показателей для случая прямолинейного движения 127
3.3.2. Расчет энергетических показателей для случая криволинейного движения 129
3.4. Программное обеспечение для управления энергопотоками независимых индивидуальных движителей транспортных средств 131
3.4.1. Ввод исходных данных 132
3.4.2 Ввод параметров закона изменения скорости 137
3.4.3 Задание параметров транспортного средства и колесной пары 138
3.4.4 Выбор параметров приводного электродвигателя и частотного преобразователя 138
3.4.5. Задание параметров поворота 139
3.4.6 Ввод параметров модели 140
3.4.7 Управление выполнением программы 141
3.4.8 Управление скоростью движения и поворотом 143
3.4.9 Управление течением процесса 144
3.4.10 Индикация результатов работы программы 145
3.5. Проверка достоверности математической модели и алгоритмов работы программного обеспечения 147
Выводы по главе 150
4. Программа и методика испытаний экспериментальных образцов колёсной пары, результаты испытаний 151
4.1. Цель испытаний 151
4.1.1. Планируемый состав результатов испытаний экспериментальных образцов колесной пары и блока управления движителями 151
4.1.2. Формат представляемых результатов испытаний 153
4.1.3. Техническое обеспечение испытаний 153
4.2. Результаты испытаний экспериментальных образцов колесной пары и блока управления движителями 155
4.2.1. Общие сведения 155
4.2.2. Описание полученных результатов 155
4.3. Рекомендации по использованию результатов исследований при создании автоматизированных систем управления механически независимыми движителями АТС 161
Выводы по главе 163
Основные выводы 164
Список использованных источников 168
- Обзор существующих разработок транспортных средств с комбинированными силовыми установками
- Состав и назначение основных функциональных компонентов БУД колесной пары
- Адаптация программного обеспечения БУД
- Описание полученных результатов
Введение к работе
Актуальность работы
Одной из перспективных тенденций в развитии транспортных средств с электромеханическими трансмиссиями является использование индивидуального электродвигателя для каждого из приводных колёс. Существует множество вариантов реализации данной концепции (привод через ремённую или цепную передачу; привод, осуществляемый через колёсный редуктор; мотор-колесо и т.д.), но при наличии у транспортного средства двух или более механически несвязанных приводных колёс возникает необходимость регулирования перераспределения энергопотоков между ними.
В Российской Федерации разработчики транспортных средств с электромеханической трансмиссией отмечают перспективность применения раздельного электропривода для каждого из колес. На такие разработки оформлено множество патентов, в которых отмечена необходимость применения регулирования энергопотоков между движителями. Например, патент на электропривод электромобиля RU (11) 2146623 (13). В данном патенте (и в других, подобных этому) описываются технические решения организации механически независимого привода колёс, но вариантов решения проблемы электронного дифференциала (регулятора энергопотоков) не предлагается.
Исходя из вышесказанного, можно отметить, что на сегодняшний день явно присутствует тенденция использования механически независимого привода колёс транспортных средств с электромеханическими трансмиссиями. Применение регулирования энергопотоков является составной частью данной системы. Готовых технических решений отечественных разработчиков данной проблемы на сегодняшний день не существует.
Решение поставленной задачи проекта предлагается осуществить
посредством разработки и изготовления системы индивидуального привода ведущих колес транспортного средства, включающей колесную пару с механически независимыми движителями и блок управления энергетическими потоками привода движителей с соответствующим программно-аппаратным комплексом. При этом, наряду с основными требованиями данного типа привода
(обеспечение высоких тягово-динамических характеристик, повышенной
маневренности, активной безопасности движения АТС), особое внимание отведено вопросам повышения энергетической эффективности системы тягового электрооборудования и транспортного средства в целом.
Анализ отечественных и зарубежных научно-технических разработок (технологии автомобильных концернов BYD, Cadillac, Chevrolet, Honda, Lexus, Mercury, Saturn, Toyota, Volkswagen, Nissan, Tesla, Audi) и патентов позволяет объективно оценить существующие тенденции в развитии транспортных средств с электромеханическими трансмиссиями, конкурентоспособность предлагаемых технических решений и выявить те проблемы, которые наиболее актуальны в настоящее время.
Изготовление в рамках настоящего проекта экспериментальных образцов компонентов системы привода ведущих колес позволит провести опытные исследования эффективности принятых технических решений, проверить адекватность разработанных математических моделей, сопоставить результаты расчетных исследований с экспериментальными данными, дать качественную и количественную оценку технико-экономических показателей транспортных средств в случае оснащения последних колесными парами с механически независимыми движителями, практическим путем отработать различные алгоритмы работы системы и определить оптимизированный вариант, обеспечивающий высокие показатели энергетической и экологической эффективности.
Целью настоящей работы является обеспечение совокупности высоких
тягово-динамических характеристик, повышенной маневренности, активной
безопасности движения и пониженного энергопотребления АТС методом
разработки автоматизированной технологии управления приводными
электродвигателями системы колесной пары с механически независимыми движителями.
В рамках поставленной цели решались следующие основные задачи:
1. Разработка системы индивидуального привода ведущих колес транспортного средства, включающей колесную пару с механически
независимыми движителями и блоком управления энергетическими потоками привода движителей.
2. Разработка системы энергоэффективного управления движителями
колесной пары.
3. Разработка методики определения и расчета тягово-энергетических
показателей основных компонентов электромеханической трансмиссии
транспортного средства.
4. Разработка программных средств, обеспечивающих реализацию функций
электронного дифференциала, антиблокировочной системы (АБС) тормозов и
управления рекуперацией энергии при торможении.
5. Реализация разработанных технических решений в экспериментальных
образцах колесной пары и блока управления движителями.
6. Опытная оценка основных электрических, тягово-энергетических и
механических характеристик экспериментального образца колесной пары.
Методы исследований
При решении задач использованы современные математические методы, основные положения электротехники, электропривода, теорий автоматического управления и автомобиля. Применены методы и средства имитационного моделирования и опытных исследований, в том числе с использованием изготовленных экспериментальных образцов.
Объектом исследования являются энергоэффективные движители для легковых, грузовых автомобилей и автобусов, а также специальных экологических автотранспортных средств.
Научная новизна работы
Разработана система индивидуального привода ведущих колес
транспортного средства, обеспечивающая совокупность высоких тягово-динамических характеристик и показателей энергоэффективности, отличающаяся оптимизированными массогабаритными показателями и унифицированностью в части применения в составе АТС различного назначения. Реализовано независимое управление крутящим моментом и частотой вращения каждого движителя колесной пары, в том числе с целью повышения маневренности и активной безопасности транспортного средства.
6 На защиту выносятся:
1. Система индивидуального привода ведущих колес транспортного средства,
включающая колесную пару с механически независимыми движителями и блок
управления энергетическими потоками привода движителей.
2. Методика определения и расчета тягово-энергетических показателей
основных компонентов электромеханической трансмиссии транспортного
средства.
3. Программные средства, обеспечивающие реализацию функций
электронного дифференциала, антиблокировочной системы тормозов и
управления рекуперацией энергии при торможении.
4. Результаты расчетных и экспериментальных исследований электрических,
тягово-энергетических и механических характеристик колесной пары.
Достоверность результатов обеспечивается:
использованием современных математических методов;
проведением экспериментальных исследований и испытаний;
сопоставлением и анализом результатов, полученных расчетным и опытным путем.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при выполнении работ, связанных с разработкой и созданием перспективных транспортных средств - электромобилей и автомобилей с комбинированными энергетическими установками. Результаты работы, в том числе аппаратно-программные средства, обеспечивающие реализацию функций электронного дифференциала, АБС и управления рекуперацией энергии при торможении использованы в ФГУП НИИАЭ, ФГУП «НАМИ», а также в научно-исследовательских разработках и учебном процессе кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на:
18-й Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», МАДИ, г. Москва, 2014 г.;
68 - 72-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва, 2011 – 2014 гг.;
на заседании кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ, 2013 г.
Публикации
Основные положения и результаты исследований опубликованы в 7 печатных работах, в том числе пять публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 107 наименований. Содержит 179 страниц текста, в том числе рисунки, графики и таблицы.
Обзор существующих разработок транспортных средств с комбинированными силовыми установками
В настоящем разделе представлен обзор существующих решений по улучшению показателей .энергетической эффективности и экологической безопасности транспортных средств за счет применения в составе силовой установки АТС электрического привода, как в сочетании с тепловым движителем (АТС с КЭУ), так и без него (электромобили) [14,70,79]. Автомобили с КЭУ и электромобили - являются основными объектами технических решений, которые будут получены в рамках данного проекта. В связи с этим, анализ информации о существующих тенденциях в развитии данного вида транспорта, а также техническом уровне производимых АТС, является необходимым условием выбора оптимального направления исследований и обеспечит рациональность формируемых технических предложений. Honda Insight II
Honda Insight II (Япония) Рисунок 1.1 создан на базе нового автомобиля Fit/Jazz с 1,34-литровым 8-клапанным ДВС L13A. Со степенью сжатия 10,8 данный ДВС развивает до 88 л.с. при 5800 мин"1, максимальный крутящий момент- 121 Нм.
ДВС автомобиля Honda Insight II работает в составе комбинированного силового агрегата IMA (Integrated Motor Assist). Последний включает в себя выполненный в единой конструкции с маховиком бесконтактный стартер-генератор на основе синхронной электрической машины): максимальная мощность электродвигателя-генератора - 10 кВт при 1500 мин" ; максимальный крутящий момент - 79 Н-м. Общая мощность энергетической установки IMA - до 98 л.с, тогда как суммарный крутящий момент достигает 167 Н-м (при 1000 мин"1). Общий вид комбинированной энергитической установки АТС Honda Insight II и ее основных агрегатов изображен на Рисунках 1.2 и 1.3.
Силовой агрегат автомобиля Honda Insight II сопряжен с бесступенчатым вариатором (CVT). Таким образом, Honda Insight II — так называемый «частичный гибрид» (в отличие от «полных» - типа Prius японской фирмы Toyota), силовой агрегат которой работает по параллельной схеме. Термин «частичный гибрид» - означает, что в автомобиле не предусмотрен режим движения только за счет электрической тяги, при этом тяговый электродвигатель-генератор (ЭДГ) лишь «помогает» ДВС при разгоне. Поэтому данный автомобиль не возможно модифицировать по перспективной схеме plug-in (с зарядом батареи от сети). Тем не менее, в режиме генерирования электрической энергии силовая установка IMA рекуперирует часть кинетической энергии автомобиля при торможении, при этом заряжая тяговую (никель-металлогидридную) аккумуляторную батарею номинальной мощностью 0,58 кВтч.
Свою роль в снижении расхода топлива играет инновационный газораспределительный механизм ДВС L13A - под обозначением VCM (Variable Cylinder Management). Механизм с двухрежимным i-VTEC допускает изменение фаз впускных и выпускных клапанов. Тем самым при замедлении автомобиля (в режиме рекуперации) цилиндры выводятся из рабочего процесса, при этом резко уменьшаются, так называемые, насосные потери. [72]
BYD F3DM Hybrid
Автомобиль с комбинированной энергетической установкой китайской фирмы BYD оснащается электромотором и бензиновым двигателем объемом 1 л. Суммарная мощность ЭДГ и ДВС составляет 167 л.с. При этом, мощность двигателя внутреннего сгорания составляет 67 л.с.
Комбинированная энергетическая установка BYD F3DM Hybrid способна функционировать в двух режимах: в режиме традиционного автомобиля или в гибридном режиме, используя дополнительный источник энергии - аккумуляторную батарею. На автомобиле установлен новый тип генератора и система контроля над работой ДВС. Что в совокупности обеспечивает пробег автомобиля BYD F3DM Hybrid в автономном режиме (т.е. за счет только электрической тяги) 100 км. Комбинированная система является собственной разработкой компании BYD, которая является на сегодняшний день одним из крупнейших в мире производителей аккумуляторных батарей.
Фирма BYD отмечает, что инновационные батареи собственного производства заряжаются на 50% всего за 10 минут. Полная зарядка аккумуляторной батареи (АБ) от бытовой электросети достигается за 7 часов. На специально оснащенной станции BYD возможно сокращение продолжительности заряда АБ до 3 часов. Ресурс батарей при этом составляет 600 000 км пробега АТС, что эквивалентно десятилетнему периоду эксплуатации. [77]
Краткие технические характеристики КЭУ: Двигатель внутреннего сгорания:
Тип: BYD371QA
Рабочий объем, куб.см: 998
Число и расположение цилиндров: 4 в ряд
Мощность, л.с. при об./мин.: 67/6000
Максимальный крутящий момент, Н-м. при мин" : 90/3500
Максимальная скорость, км/ч: 160
Разгон до 100 км/ч, с: 10,5 Электродвигатель:
Максимальная скорость вращения, мин"1: 7000
Максимальный крутящий момент, Н-м: 400
Cadillac Escalade Hybrid
Автомобиль американского концерна General Motors марки Cadillac модель Escalade Hybrid оснащен инновационным гибридным силовым агрегатом, способным работать в двух режимах. Последние обеспечивают высокие показатели топливной экономичности при движении, как в городе, так и по автомагистрали, при сохранении всех функциональных возможностей в части маневренности и проходимости автомобиля. В городских условиях современная гибридная система позволяет АТС трогаться с места и двигаться на низкой скорости исключительно за счет ЭДГ. В случае необходимости дополнительной мощности система организует совместную работу ЭДГ и ДВС.
Трансмиссия с электронным управлением (Electronically Variable Transmission - EVT) автомобиля управляет переключением передач в обоих режимах. В первом режиме она работает как обычный вариатор (CVT), постоянно регулируя передаточные числа для достижения наивысшей энергетической эффективности. На повышенных скоростях система EVT способна выбрать одно из четырех фиксированных передаточных чисел и работать, как традиционная автоматическая коробка передач. EVT использует систему оптимизации комбинированной энергетической установки Hybrid Optimization System, которая автоматически выбирает оптимальный режим движения - режим только электрической тяги, режим традиционного автомобиля или гибридный режим.
Так же, как и другие гибридные АТС, например Toyota Prius, Cadillac Escalade Hybrid способен генерировать энергию во время движения. При движении накатом и при торможении электрическая энергия накапливается в 300-вольтовом никелевом аккумуляторе, который у Cadillac получил название Energy Storage System (система хранения энергии).
В Cadillac Escalade Hybrid используется система активного управления подачей топлива Active Fuel Management, которая отключает часть цилиндров ДВС, когда требуется меньшая мощность, например, при равномерном движении по шоссе. [73]
Краткие технические характеристики КЭУ:
Рабочий объем ДВС, куб.см: 5967
Количество цилиндров ДВС: 8
Мощность ДВС+ЭДГ, л.с. при об./мин.: 332/5100
Максимальный крутящий момент, Нм. при мин" : 497/4100
Расход топлива в городском цикле, л/100 км: 11,8
Расход топлива в загородном цикле, л/100 км: 11,2
Состав и назначение основных функциональных компонентов БУД колесной пары
Исполнение БУД базируется на комплексной оптимизации функциональных блоков (ФБ) по конечным показателям эффективности системы в целом.
Компоненты системы согласно структурной схеме группируются в минимальное количество автономных функциональных блоков, что обеспечивает:
- Возможность индивидуального изготовления, отладки конструктивно законченных крупных блоков, поставки их на сборку системы и комплексные испытания на стенде и транспортном средстве.
- Организацию технического обслуживания и ремонта путем целевого автоматизированного диагностирования и оперативной замены дефектных ФБ на исправные с последующим восстановлением их силами специализированных предприятий.
- Снижение трудовых и материальных затрат на производство и эксплуатацию БУД.
Разработка принципиальных технических решений выполняется на основе:
- наиболее эффективных способов преобразования электрической энергии в механическую и управления процессом потребления энергии с минимальными потерями.
- новых разработок ФБ и подсистем с улучшенными показателями и характеристиками по массе, объему, КПД, схемным и конструктивным исполнениям.
Назначение, состав и основные рабочие функции КПУ
Назначение КПУ:
- преобразование электрической энергии первичного источника и автоматическая реализация оптимизированного управления ЭДГ в двигательном и генераторном режимах;
- контроль состояния компонентов привода движителя КП;
- прием и передача оперативной информации по каналам связи с ПДУ.
Состав КПУ: комплект силовых преобразователей напряжения (КСП); блок автоматического управления (БАУ).
Основные рабочие функции КСП:
- инвертирование входного напряжения первичного источника постоянного тока в трехфазное переменное напряжение, управляемое по величине и частоте в режиме нагрузки на ЭДГ;
- выпрямление трехфазного напряжения ЭДГ в процессе торможения колесной пары (транспортного средства), рекуперация электроэнергии в первичный источник или передача на тормозной реостат (ТР);
- регулирование процесса заряда-разряда батареи накопителей энергии (БНЭ) (в случае использования в качестве первичного источника электроэнергии БНЭ) в диапазоне допустимых величин тока и напряжения;
- плавное изменение тока тормозного реостата методом широтно-импульсного регулирования (ШИР) при достижении предельной величины напряжения первичного источника в процессе рекуперативного торможения при генераторном режиме ЭДГ;
- компенсация пульсаций входного напряжения в процессе коммутации силовых цепей;
- первичное измерение токов фаз, входного напряжения и температуры силовых компонентов, передача их аналогов в БАУ;
- прием сигналов от БАУ посредством цифрового интерфейса RS 485;
- защитное отключение нагрузки (трехфазного электродвигателя-генератора) при превышении максимальных величин токов силовых ключей и входного напряжения по сигналам БАУ;
- принудительное воздушное охлаждение силовых компонентов.
Параметры и характеристики КСП, предлагаемые экспериментальный образец колёсной пары с механически независимыми движителями:
- величина напряжений, В входного по цепи постоянного тока, Ud - 300 - - 660 выходного фазного иф при Ud = 520 В - 0 - 220
- частота напряжений иф, Гц - 0 100
- ток нагрузки, фазный, А - 0 н- 330
- емкость буферной батареи конденсаторов, мкФ - 5000
- напряжение сигналов управления, В - 15
- напряжение вентиляторов устройства охлаждения, В - 24
- мощность вентиляторов суммарная, Вт - 20
- коэффициент полезного действия при 1ф = ЗООА - 0,98
Основные рабочие функции БАУ:
- прием и исполнение команд пульта дистанционного управления (ПДУ).
- передача сигналов обратной связи на ПДУ;
- формирование сигналов по алгоритму подготовки к работе компонентов привода движителя колесной пары;
- формирование сигналов управления IGBT-модулей КСП по алгоритму векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с переходом на амплитудную ступенчатую модуляцию (АСМ);
- автоматическое управление ЭДГ в режимах тяги и генераторного торможения по алгоритму минимальных потерь электроэнергии;
- формирование сигналов о текущем состоянии компонентов привода движителя колесной пары и отключении при нештатных ситуациях;
Предлагаемые параметры и характеристики БАУ:
- интерфейс информационной связи - цифровой, типа RS 485
- напряжение питания, В - 24
- состав компонентов:
- плата управляющего микропроцессорного контроллера (МПК);
- плата сигнального МПК;
- регистратор диагностической информации;
- источник питания 24 В.
Назначение и основные рабочие функции БСК
Дистанционное подключение (отключение) КПУ к (от) первичного источника электроэнергии для реализации режимов тяги и торможения ЭДГ.
Автоматическое отключение компонентов привода движителя колесной пары от силового напряжения первичного источника при нештатных режимах.
Прием и передача сигнальной информации по связям с устройствами управления.
Предлагаемые параметры и характеристики БСК:
- входное (выходное) напряжение постоянного тока, В - до 660
- напряжение цепи управления, В -24
- ток коммутации, макс, А - 250
Назначение и основные рабочие функции ИГП
Преобразование силового напряжения первичного источника энергии в напряжение, требуемое для питания низковольтных устройств БУД и транспортного средства, в том числе после отключения силового напряжения при нештатных режимах.
Адаптация программного обеспечения БУД
Адаптация программного обеспечения (ПО) выполнена применительно к функциям управления ТС типового ряда, предназначенных для эксплуатации в режимах городского движения.
Основные задачи адаптации ПО: I. Адаптация ПО к процессу управления тяговым электроприводом (ТЭП) колесной пары при движении ТС по контрольному (стандартизированному) циклу.
В качестве требуемого для реализации транспортным средством (колесной парой) контрольных циклов движения принят испытательный цикл по Правилам ЕЭК ООН №83 (ГОСТ Р 41.83-2004). (см. рисунок 2.1).
Применение испытательного цикла по Правилам ЕЭК ООН №83 в качестве контрольного обосновано с точки зрения соответствия нормативным документам, касающихся сертификации транспортных средств в отношении измерения расхода топлива и электрической энергии, выбросов вредных веществ и запаса хода.
Общая характеристика простого городского цикла (ЕСЕ 15):
Средняя скорость в цикле: 19 км/час;
1,04 м/с2; 0,94 м/с2; 195 с; 1,013 км.
Максимальная скорость: 50 км/час;
Максимальное ускорение при разгоне: Максимальное замедление при торможении: Фактическое время движения: Пробег в цикле:
Адаптация ПО выполнялась с условием обеспечения следующих рабочих функций КП-БУД и качества их исполнения:
1. Длительность подготовки к началу работы - минимальная
2. Включение и выключение тягового электрооборудования - при любом режиме движения
3. Выход на заданный режим - автоматический с заданной интенсивностью
4. Тяговый режим - управляемый по моменту ЭДГ в диапазоне 0 М Ммакс при изменении частоты вращения 0 п пмакс согласно заданному циклу движения.
5. Электрическое торможение - тяговым ЭДГ путем перевода его в режим генератора с возвратом (рекуперацией) энергии в электрический накопитель.
6. Управление тормозным моментом (Мт) - плавное в диапазоне 0 Мт Ммакс при изменении скорости от О до пмакс согласно заданному циклу движения.
7. Энергетические показатели привода движителя КП в режимах тяги и рекуперативного торможения - минимальные потери энергии в силовых элементах.
8. Оперативное управление режимами движителя КП - по заданию системного контроллера управления колесных пар транспортного средства.
9. Защита электрооборудования и персонала при аварийных и нештатных ситуациях, при нарушении порядка работы с устройствами оперативного управления - реализуется автоматически.
10. Сигнализация (индикация) о состоянии электрооборудования и режимах движения - световая и звуковая.
11. Диагностика состояния (работоспособности) устройств БУД-КП - автоматическая, внутриблочная. 12.Измерение текущих параметров - комплексным прибором с цифровым дисплеем.
II. Реализация управления силовыми IGBT-модулями трехфазных инвертеров КСП (см. схему на рисунке 1.2) в процессе формирования трехфазного напряжения регулируемого в полном диапазоне 0 иф U j max и О fij, Гфтах(250 Гц) на основе принципов и зависимостей текущих параметров и характеристик представленных в разделе 3.2.1.
Описание полученных результатов
В ходе испытаний экспериментальных образцов получены следующие результаты:
а) зависимости сигнала управления (задания) пульта оперативного управления (ПОУ) от внешних воздействий;
б) зависимости выходных сигналов датчиков обратных связей (ДОС) по напряжению (Du), току (Di) и частоте вращения (Df) от внешних воздействий;
в) характеристики выполнения оперативных функций блоком силовой коммутации (БСК);
г) результаты регистрации и оценки выходного напряжения U ф и тока 1Ф фаз ИЛИ;
д) характеристики движителей колесной пары, в том числе:
- зависимости крутящего момента ЭДГ от частоты f2 при постоянных (заданных величинах 1ф в пределах 1фНОм. 1ф 31 фНОМ с целью выявления зависимости частоты f2 от величины 1ф при максимальных величинах Мд = Мтах, определяющие оптимальную зависимость между величинами Мд и 1ф (см. рисунок 4.2 - 4.4).
- выявлены механические характеристики ЭДГ и колесной пары. При этом была определена область регулирования механической характеристики ЭДГ Мд(п) и колесной пары при оптимальной зависимости Мд (Іф) в пределах частоты вращения ротора ЭДГ 0 п 1430 мин"1 и максимальных моментов ЭДГ (Мдмакс=196 Нм; МКпмакс=1900 Нм), см. рисунок 4.5 - 4.7;
- подтверждена возможность реализации плавного регулирования крутящего момента в диапазоне изменения частоты вращения ротора ЭДГ 0 пд 2900 мин"1 и ведущих колес 0 пвк 580 мин"1 (см. рисунок 4.5, 4.7).
е) Результаты регистрации и оценки качества переходных процессов в системе ИПН-ЭДГ при реализации заданий по режиму работы ЭП согласно типовому графику движения ТС (см. рисунок 4.8), в том числе:
- установлено устойчивое (без перерегулирования) достижение заданной величины 1ф по сигналу ПОУ;
- поддержание заданного Іф в режиме разгона;
- переход на заданный Ц в режиме, соответствующем равномерному движению ЭДГ;
- переход ЭДГ на генераторное (рекуперативное) торможение.
- снижение Іф до 1ф = 0 при остановке ТС;
- реверс вращения вала ЭДГ при реализации движения ТС в обратном направлении.
Полученные характеристики экспериментальных образцов, в том числе достигнутые значения эквивалентной максимальной мощности колесной пары и блока управления движителями - 60 кВт и максимального развиваемого момента колесной пары - 1900 Н-м, обеспечивают возможность применения последних в составе переднего или заднего моста транспортных средств (электромобилей или автомобилей с комбинированными энергетическими установками) с полной массой до 3,5 т.
