Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 10
2.1 Состояние работ по электромобилям с комбинированной электроустановкой 10
2.1.1 Страны - участницы разработок и экологические требования к автомобилям 10
2.1.2 Лидеры в разработке наиболее экологически чистых автомобилей и их производстве 12
2.1.3 Проблема снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и уменьшения расхода топлива 14
2.1.4 Пути совершенствования двигателей внутреннего скорания и построения комбинированных силовых энергоустановок с бортовыми накопителями энергии
2.1.4.1 Совершенствование и создание двигателей нового поколения 21
2.1.4.2 Модернизация существующих конструкций ДВС 22
2.1.4.3 Создание поколения ДВС с новыми рабочими процессами
2.2 Тенденции развития отечественного двигателестроения 23
2.3 Использование альтернативных топлив в тепловых двигателях 26
2.4 Аккумуляторные накопители энергии 29
2.5 Инерциальные энергетические установки 31
2.6 Электростатические системы накопления энергии 31
2.7 Анализ и системная классификация комбинированных энергетических установок 34
2.8 Цель и задачи исследований по снижению токсичности и расхода топлива городским транспортом 38
2.9... Выводы к главе 1 39
3 Принципы построения комбинированных энергетических установок и особенности работы ДВС в их составе 41
3.1 Концепция комбинированной энергетической установки муниципального городского автобуса 41
3.2 Концепция ДВС - Генераторной установки 42
3.3 Отечественные двигатели легковых автомобилей з
4 Предварительный тягово-энергетический расчет городского автобуса с КЭУ и БИМ (экобуса) 51
4.1 Статические режимы 52
4.2 Расчет энергетических параметров экобуса при движении по ездовым циклам
4.2.1 Движение по циклу НАМИ-2 59
4.2.2 Движение по городскому европейскому циклу 71
5 Состав и характеристики бортовых источников энергии, накопителей и потребителей энергии экобуса 83
5.1 Основные технические характеристики экобуса 83
5.2 Технические требования к ДВС-Генераторной установке экобуса 86
5.3 ДВС-Генераторная установка 87
5.4 Свинцово-кислотная тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ) 88
5.5 Тяговая конденсаторная батарея 92
5.6. Бортовое зарядное устройство 94
5,7 Бортовая электрическая сеть 95
5.8. Тяговый электропривод 96
5.9 Алгоритм работы «ДВС - генераторной установки» 99
5.9.1 Фаза разгона 100
5.9.2 Фаза равномерного движения 103
5.9.3 Фаза выбега - езда накатом 107
5.9.4 Фаза торможения 108
5.9.5 Фаза стоянки 1 5.10 Алгоритм работы ДВС-ГУ 114
5.11 Вывод к главе 4 116
6 Стендовые и ходовые испытания КЭО с БИМ в составе экобуса «Катрол» 117
6.1 Мобильный измерительно-вычислительный комплекс «T-LAB »
для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний электротранспорта 117
6.1.1 Основные технические данные 120
6.1.2 Параметры измерительных датчиков тока 121
6.1.3 Параметры измерительных датчиков напряжения 121
6.1.4 Параметры измерительных датчиков температуры 1 6.2 Результаты испытаний экобуса «Катрол» с КЭУ и БИМ 122
6.3 Выводы к главе 5 125
7 Основные результаты и выводы по работе 127
Принятые сокращения 129
Литература
- Страны - участницы разработок и экологические требования к автомобилям
- Концепция ДВС - Генераторной установки
- Расчет энергетических параметров экобуса при движении по ездовым циклам
- Свинцово-кислотная тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ)
Введение к работе
Актуальность работы. Экологическая ситуация в больших городах мира в последние годы значительно ухудшается. В ряде стран вводятся жесткие нормы выбросов вредных веществ автомобилей. Это в первую очередь касается США, стран Западной Европы, Японии. Из года в год ухудшается экологическая обстановка и в России. Ежегодный прирост выбросов вредных веществ от автомобилей, эксплуатируемых в Москве, за последние 5-6 лет составил около 9%, а их валовой вклад в загрязнение окружающей среды превышает 87%. Кроме этого автомобильный транспорт является основным источником шума и создает 80% всех зон акустического дискомфорта. В городах с большой плотностью транспортных потоков автомобильные двигатели сжигают столько кислорода, что его доля в составе воздуха становится меньше "стандартных" 20,94 %. Известно, что для сжигания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, или 2,9 кг кислорода, уменьшение которого приводит к частичному сгоранию топлива. Это, в свою очередь, приводит к увеличенным выбросам вредных веществ, особенно монооксида углерода и углеводородов. Правительство Москвы приняло ряд Постановяений, направленных на снижение объема вредных выбросов в атмосферу города.
Электромобили в значительной мере могут решить указанные выше проблемы, однако на пути их создания встречаются большие технические и экономические трудности. В первую очередь - отсутствие развитой инфраструктуры заряда аккумуляторных батарей. Во вторую очередь - для электромобиля до сих пор не нашли источник энергии, способный конкурировать с ДВС. Таким образом, успех в решении этой задачи зависит от правильного выбора и расчета компонентов комбинированной энергетической установки. Исследования могут быть осуществлены как на основе экспериментальных данных, так и с помощью математического моделирования, что наиболее рационально и экономически целесообразно.
Практически все ведущие автомобилестроительные компании мира ведут работы по созданию электромобиля. Наибольшие успехи достигнуты в области комбинированных энергетических систем электромобилей. Это стало возможным из-за улучшения характеристик двигателей внутреннего сгорания и применения как емкостных накопителей энергии в качестве буферного источника мощности, так и импульсных аккумуляторных батарей, позволяющих осуществлять быстрый заряд и разряд при высоком к.п.д.
В предстоящее десятилетие становится самой актуальной эко-лого-экономическая проблема транспорта. Катастрофическое увеличение вредных выбросов в атмосферу и появление в России производства тяговых и "стартерных" конденсаторных батарей потребовали изучить возможные варианты применения комбинированных энергетических установок (КЭУ) с буферным источником мощности (БИМ), что определило актуальность работы. Сформулированная в данной работе проблема предполагает рациональное использование энергии традиционных жидких топлив в КЭУ, решение которой может быть достигнуто минимизацией затрат энергии на движение автотранспортного средства, особенно автобусов в городских условиях.
Известно, что на магистралях современного большого города автомобиль с установившейся скоростью проезжает от 12 до 30 % пути, тогда как на режимах разгона и замедления от 36 до 66 %. Причем у муниципального транспорта это соотношение еще хуже: у него почти весь путь состоит из разгонов и торможений.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего диссертационного исследования является разработка методов и средств повышения эколого-экономической эффективности городского транспорта, использующего объединенный бортовой источник энергии «двигатель внутреннего сгорания - генератор - аккумуляторная батарея - буферный источник мощности - тяговый электродвигатель» на примере городского автобуса (экобуса).
Сформулированная в работе цель достигается решением следующих задач:
системный анализ эколого-экономического состояния массовой автомобилизации и решение проблемы уменьшения энергетического и экологического ущерба от автотранспортных средств;
разработка концепции построения комбинированной энергетической установки в составе «двигатель внутреннего сгорания - генератор - аккумуляторная батарея - буферный источник мощности - тяговый электродвигатель» для эколого-экономичного муниципального городского автобуса (экобуса);
разработка обобщённой математической модели городского автобуса с КЭУ и проведение комплексных исследований его статических, динамических и энергетических характеристик для уточнённого определения массогабаритных параметров его электросилового оборудования;
экспериментальные (компьютерные, стендовые и дорожные) исследования комбинированной энергетической установки и экобуса в целом и определение адекватности математической модели;.
разработка рекомендаций по рациональному использованию в составе комбинированной энергетической установки городского автобуса буферного источника мощности.
Методика исследования предполагала: анализ современного состояния работ по литературным данным, результатам эксплуатации и испытаний образцов электромобилей; математическое моделирование движения городского автобуса с КЭУ и БИМ в различных циклах движения; оптимизацию параметров комбинированных энергетических установок.
Научная новизна:
-
Разработан метод определения основных параметров комбинированной энергоустановки городского автобуса при значительном (в два раза) снижении напряжения буферного источника мощности при условии выполнения графика движения.
-
Создана математическая модель городского автобуса с комбинированной энергосистемой с последовательной структурой. Модели-
4 рование позволило определить зависимость технико-экономических показателей КЭУ от цикла движения и наоборот.
-
Получены зависимости, позволяющие рассчитать параметры КЭУ при различных сочетаниях ее энергетических компонентов в зависимости от носителя агрегатов и циклов движения.
-
Показана возможность и целесообразность применения программных средств для моделирования и расчета параметров энергетических установок электромобиля без изготовления промышленного образца и проведения натурных испытаний.
Практическая ценность. Произведен тягово-энергетический расчет городского автобуса с КЭУ. Определены технические параметры указанной энергетической системы и выбраны компоненты для построения всей энергетической системы экобуса. Разработан образец городского автобуса малой вместимости на базе троллейбуса "КАТ-РОЛ" с ДВС-ГУ и БИМ производства ЗАО "Эконд". На практике доказана возможность существенного (на 11,8 %) снижения расхода топлива и уменьшения объема вредных выбросов в атмосферу в процессе эксплуатации городского автобуса с КЭУ.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по электрическим машинам и электрооборудованию автомобилей.
Реализация результатов работы. Результаты работы использовались ООО «Центр коммерциализации технологий» при создании макетного образца экобуса "КАТРОЛ" с КЭУ и БИМ производства ЗАО "Эконд" по заданию Фонда экологизации транспорта «МОСЭКОТ-РАНС».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ), МГТУ (МАМИ), ТолГУ. Диссертационная работа одобрена на заседании кафедры "Электротехника и электрооборудование" МАДИ (ГТУ). Результаты работы использовались при создании макетного образца экобуса "КАТРОЛ" с КЭУ и БИМ.
Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 15 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержит 140 страниц текста, 50 рисунков и графиков, 20 таблиц, 8 приложений, список литературы из 133 наименований.
Страны - участницы разработок и экологические требования к автомобилям
Система мониторинга атмосферного воздуха в Москве была признана одной из лучших в Европе. Допустимая норма превышается почти ежедневно. Все дело в выхлопах транспорта. Предприятия виновны в выбросе лишь от 13 до 15 % от всего объема загрязняющих веществ.
При возникновении пробок концентрация вредных выхлопов повышается еще больше, усложняя «выветривание» [40]. Четверть автомобилей в Москве не соответствуют экологическим нормам. По данным ГПУ "М.осэко-мониторинг" показатели загрязнения в 2005 году по сравнению с показателями 2004 года были ниже по окиси углерода, остались неизменны по двуокиси серы и взвешенным веществам и стали несколько выше по окислам азота и озону [5]. За рубежом есть существенный опыт в проведении мероприятий, рассчитанных на улучшение экологической ситуации в больших городах. Это и программы экологизации автопарка, и перераспределение и реорганизация транспортных потоков посредством введения платных полос движения или учреждения "Дня без автомобиля" [9]. Все иномарки уже давно не только соответствуют всем нормам стандарта "Евро-3", но еще и оборудованы специальными салонными фильтрами с датчиками уровня загрязнения воздуха.
Если судить по предельно допустимым концентрациям (ПДК), то к главным загрязнителям московского воздуха следует отнести оксиды азота, аммиак и формальдегид, которые устойчиво превышают ПДК от 2 до 2,5; от 1,25 до 3,25 и от 2 до 4 раз соответственно [84].
Российская Федерация - участница международных соглашений в области автомобильного транспорта, которые в соответствии с Конституцией РФ (п.4 ст. 15) и Федерального закона «О международных договорах Российской Федерации» от 15 июля 1995 г. являются международными договорами и подлежат обязательному применению на ее территории [11].
Прежде всего, это Женевское соглашение 1958 г. «Соглашение о принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на них, и об условиях взаимного признания официальных утверждений, выдаваемых на основе этих предписаний» [12], а так же Глобальное соглашение 1998 г. «Соглашение о введении глобальных технических правил для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах».
Международные соглашения Российской Федерации находят отражение и в Федеральном законодательстве Российской Федерации, например в Федеральном законе от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Федеральным законом «О техническом регулировании» определено, что техническое регулирование осуществляется через технические регламенты. Технический регламент может быть принят Международным договором Российской Федерации или Федеральным законом, или Указом Президента, или Постановлением Правительства РФ. Разработка технических регламентов предусмотрена в целях: 1) защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного или муниципального имущества; 2) охраны окружающей среды, жизни или здоровья флоры и фауны; 3) предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей. Общие технические регламенты обязательны для применения и соблюдения в отношении любых видов продукции, процессов производства. Требования специального технического регламента учитывают технологические или иные особенности отдельных видов продукции [24].
Находится в стадии разработки Федеральный закон - специальный технический регламент о безопасности колесных транспортных средств и их компонентов. Этот Федеральный закон предусматривает разработку серии -специальных технических регламентов - постановлений Правительства Российской Федерации, регламентирующих требования безопасности к колес ным транспортным средствам и их составным частям. Первоочередным является специальный технический регламент «Экологическая безопасность колесных транспортных средств, выпускаемых в обращение на территории Российской Федерации, в отношении выделяемых вредных выбросов». В России прогнозируется рост парка колесных транспортных средств с 24 млн. штук в 2004 году до 49 млн. штук к 2020 году. В случае непринятия эффективных мер по регламентированию экологических качеств автомобилей в соответствии с международными требованиями, валовые вредные выбросы к 2020г. возрастут с 24 до 55 млн. т.
Проект постановления Правительства РФ «О повышении экологической безопасности колесных транспортных средств, вводимых в эксплуатацию на территории Российской Федерации» предусматривает: специальный технический регламент «Экологическая безопасность колесных транспортных средств, выпускаемых в обращение на территории РФ, в отношении выделяемых вредных выбросов». Вместе с регламентом вводится экологическая классификация транспортных средств согласно уровню вредных выбросов, представленная в приложении Л.
Концепция ДВС - Генераторной установки
Зарубежными фирмами ведутся работы по созданию ДВС нового поколения, В частности, в США принята программа "Партнерство в целях создания автомобиля нового поколения", которая выдвигает три взаимосвязанные цели: 1) Повышение конкурентоспособности национальной промышленности; 2) Обеспечение коммерческой жизнеспособности изобретений (инноваций); 3) Продажа автомобилей с утроенной топливной экономичностью по сравнению с 1994 г. В число партнеров входят концерны Chrysler, Ford, Genera] Motors. Возродившийся интерес к двигателям с расслоением заряда позволил довести эти разработки до серийного исполнения, благодаря применению многоклапанного газораспределения и электронного впрыска. Решены ранее существовавшие проблемы относительно низких показателей и значительного выброса несгоревших углеводородов на отдельных режимах.
Фирмой «Мицубиси» создан 4-х клапанный двигатель, работающий на бедной топливно-воздушной смеси. По заявлению фирмы этот двигатель имеет лучшую на 16 % по сравнению с обычным двигателем одинакового рабочего объема топливную экономичность по городскому циклу.
В двигателе VTEC-E фирмы «Хонда» при заполнении цилиндра зарядом около свечи залшгания смесь богаче по составу, вблизи стенок цилиндра беднее. Этот двигатель на определенных режимах эксплуатации способен работать при коэффициенте избытка воздуха, а = 1,6 и обеспечить снижение выбросов N0 при этих а в два раза больше по сравнению со стехиометриче-ским составом смеси. В такой конструкции двигателя происходит сжигание топливно-воздушной смеси однородной по фазе и неоднородной по составу.
Следует отметить, что наличие обогащенных топливом зон не позволяет снизить уровень выбросов оксидов азота до величин, соответствующих снижению топливно-воздушной смеси того же состава, но гомогенной по концентрации во всем цилиндре.
Кроме, полностью нерешенной проблемы по снижению выбросов оксидов азота большим недостатком двигателей с расслоением топливно-воздушного заряда являются их сложность, высокая цена и необходимость работы на некоторых режимах эксплуатации при составе смеси, близкой сте-хиометрической. А на этих режимах решение проблемы снижения токсичности отработавших газов связано с ухудшением экономичности их работы.
Основным компонентом, ответственным за выполнение автомобилями эколого-экономической проблемы был и остается двигатель. Двухцилиндровые бензиновые двигатели ВАЗ уже сейчас сдерживают дальнейшее развитие автомобилей класса «А» как по мощности, так и по эколого-экономическим показателям и представляется целесообразным их замена на 3-х цилиндровые двигатели рабочим объемом от 0,8 до 1,0 л, производство которых надо организовать заново. Для автомобилей класса «В» планируется освоить новое семейство 4-х цилиндровых двигателей рабочим объемом от 1,0 до 1,4 л на ОАО «АвтоВАЗ».
Подлежит дальнейшему развитию и семейство серийных двигателей ВАЗ рабочим объемом от 1,5 до 2,0 л, которое впоследствии должно быть заменено новым семейством двигателей рабочим объемом от 1,8 до 2,3 л. Традиционно востребованным и подлежащим развитию остается семейство двигателей ОАО «ЗМЗ» и ОАО «Волжские моторы» рабочим объемом от 2,3 до 2,9 л.
Для автомобилей класса «Е» и нового поколения внедорожников целесообразно освоить производство V-образных 6-ти цилиндровых двигателей рабочим объемом от 3 до 3,5 л.
Для грузовых автомобилей ГАЗ и ЗИЛ и автобусов ПАЗ сохраняется производство V-образных 8-ми цилиндровых двигателей рабочим объемом от 4,2 до 5,5 л и от 6,0 до 7,0 л, но они подлежат модернизации путем применения микропроцессорной системы управления топливоподачей и зажиганием и введением каталитических нейтрализаторов.
Типоразмерный ряд дизельных двигателей охватывает диапазон мощностей от 70 до 550 л.с. при рабочем объеме от 1,5 до 17,2 л.с. числом цилиндров от 3 до 8. Подлежат освоению семейства двигателей рабочим объемом от 1,5 до 2,0 л на ОАО «Барнаултрансмаш», от 2,2 до 2,5 л- на ОАО «ЗМЗ» и от 3,0 до 6,0 л - на ОАО «Автодизель».
Представляется востребованным также семейство дизелей рабочим объемом от 6,3 до 8,8 л в V-образном 8-ми цилиндровом исполнении, за освоение производства которых взялось ОАО «АМУР» г. Новоуральск. Подлежат развитию семейства V-образных 8-ми цилиндровых двигателей ОАО «КамАЗ» в диапазоне рабочего объема от 9,9 до 12,2 л и от 6 до 8 V-образных дизелей ОАО «Автодизель».
Расчет энергетических параметров экобуса при движении по ездовым циклам
После запуска ДВС должен выйти в режим постоянного момента 11,5 + 0,5 кг/м при 2 750 ± 50 об/мин. Эти параметры получены в процессе наладки ДВС-ГУ при оптимизации по следующим критериям: минимальный удельный расход топлива, соответствие нормам ЕВРО-3 по токсичности отработавших газов. Управление осуществляется по сигналу электронной системы управления двигателем (ЭСУД) или МКСУ. Исполнительным механизмом является электрический привод дроссельной заслонки. - Выключение ДВС осуществляется автоматически при снижении скорости электробуса до 5 км/ч или при достижении предельного уровня заряда БИМ и ТАБ. Выключение осуществляется по сигналу МКСУ. При работе в ручном режиме выключение ДВС осуществляет водитель или МКСУ при достижении предельного уровня заряда БИМ. ДВС соединяется с Г через резиновую эластичную муфту. Муфта обеспечивает передачу момента не менее 20 кг-м, ДВС со всеми системами и ТГ монтируются на едином подрамнике. Монтаж топливного бака осуществлен в стандартном месте экобуса.
ДВС-ГУ включает согласованную работу 16-ти клапанного ДВС ВАЗ-2112-10 с электронной системой управления двигателя (ЭСУД) марки «Январь 5.1» и тяговую асинхронную машину 4АПА2, работающую в генераторном режиме. ДВС и генератор работают спорадически в стационарных режимах со следующими установленными режимными параметрами: частота вращения коленчатого вала 2750 ± 50 мин"1 с моментом нагрузки 113 ± 5 Н-м и мощностью на входе генератора 30 ± 1,5 кВт. Рабочие характеристики силовых агрегатов ДВС-ГУ уточняются в процессе дальнейших исследований. На рисунке 5.3 представлена структурная схема гибридного экобуса на которой выделена двигатель-генераторная установка с управляемым выпрямителем и фильтром.
После тягового генератора установлен управляемый выпрямитель. Это дает канал точного регулирования электрических параметров ДВС-ГУ, что необходимо как для управления амплитудой напряжения асинхронных электродвигателей ИПК, так и для обеспечения управляемой защиты силовых электрических цепей экобуса. Фильтр в цепи ДВС-ГУ играет многофункциональную роль - сглаживает пульсации управляемого выпрямителя, бортового зарядного устройства (БЗУ) и обратных диодных мостов 2-х инверторов ИПК в режиме рекуперативного торможения [30]. ТКБ
Структурная схема гибридного экобуса. (выделена двигатель-генераторная установка с управляемым выпрямителем и фильтром)
ДВС-ГУ является генерирующей энергоустановкой экобуса. Она обеспечивает в качестве бортовой микро-электростанции необходимое экобусу количество электроэнергии, которая определяет автономность транспортному средству. ДВС-ГУ должна удовлетворять нормам ЕВРО-3 по токсичности и быть в два раза экономичнее по расходу топлива по сравнению с автобусом-прототипом ПАЗ-3205.
Разрабатываемый проект экобуса должен сократить расход топлива в полтора и более раз за счет спорадически работающего ДВС в стационарных режимах с КПД не ниже 30 % [91]. Свинцово-кислотная тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ) Свинцово-кислотная тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ) фирмы Optima модели СА1000 стартерного типа включает 22 модуля. Емкость каждого модуля равна 55 А-ч при 5-й часовом режиме разряда и ее напряжение -12,5 В. Данная ТАБ используется в квазистартерном режиме. Не допускается разряжение ее более чем на 25 %. КПД зарядно-разрядного цикла не более 75 %. Масса одного модуля 17,5 кг, а полная масса ТАБ (тта равна 385 кг. ТАБ Optima СА1000 обеспечивает заданную автономность (15 км пробега) экобусу в электромобильном режиме, запуск ДВС от тягового генератора 4АПА-2, буферирует энергоемкостные изменения нагрузки, обеспечивая тем самым стационарный режим работы ДВС-ГУ, и буферирует избыточные пиковые нагрузки суперконденстора, особенно при рекуперативном торможении. Для этих целей ТАБ должна обладать некоторой недостаточностью зарядового состояния при маршрутных поездках экобуса [63].
Свинцово-кислотная тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ)
Стендовые испытания экобуса «Катрол» проводились на беговых барабанах. На основе результатов этих испытаний проведена проверка достоверности результатов расчетов сделанных с помощью математической модели. При испытаниях использован «Мобильный измерительно-вычислительный комплекс «T-LABR» для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний электротранспорта» (МИВК) [2, 76].
Мобильный измерительно-вычислительный комплекс «т-LAB » для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний электротранспорта
Комплекс состоит из аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимосвязанный процесс измерения необходимых параметров (до 32) в процессе лабораторных, стендовых или ходовых испытаний электротранспорта, формирование стандартных и оригинальных отчётов, создание и хранение базы данных по испытаниям [77, 78].
Набор датчиков тока, напряжения и температуры, имеющих гальваническую развязку от измеряемых цепей. Блок многоканальных цифровых измерений на основе цифрового сигнального процессора со встроенным блоком питания датчиков и компьютера от бортовой сети 24 или 12 В постоянного тока (мощность 120 Вт), обеспечивающий управление вводом-выводом, первичную обработку сигналов, высокоскоростное буферирование данных и передачу их в портативный компьютер для регистрации и обработки. В модуле программно осуществляется выбор диапазонов измерения, частоты дискретизации, конфигурирование входов АЦП и выбор синхронизации АЦП по внешнему синхросигналу или по уровню входного сигнала.
Портативный компьютер типа notebook с соответствующими параметрами, обеспечивающими регистрацию, обработку и визуализацию результатов измерений в реальном масштабе времени, а также формирование базы данных результатов испытаний. Набор соединительных кабелей и шлейфов.
В состав программных средств входит: интегрированная среда «т-Lab» автоматизированных многоканальных измерений, регистрации, протоколирования и ведения базы данных результатов испытаний; набор драйверов, обеспечивающих работу внешних модулей системы. Интегрированная среда «т-Lab» разработана в виде программы с поддержкой пакетов времени выполнения (динамических библиотек типа
DLL) [80]. Пакет содержит следующие основные программные модули: Модуль регистрации испытаний Report, выполненный в виде текстового редактора с формой в виде фиксированного шаблона. Выходные файлы могут сразу выводиться на печать в виде страниц протокола или отчёта по испытаниям, а также заносится в базу данных. Модуль графического редактора испытательных схем Schematic, обеспечивающий документирование принципиальной или функциональной схемы объекта испытаний совместно с измерительными датчиками.
Модуль Circuit панели измерительных цепей объекта испытаний. Модуль многоканальной непрерывной и покадровой регистрации и отображения измеряемых величин (многоканальный осциллограф и осцилоскоп) MultiGraph, производящий запись данных в файлы с расширением .dat\ отображение графиков измеряемых величин, а также позволяющий редактировать получаемые данные с помощью широкого спектра функций обработки данных.
Результаты испытаний экобуса «Катрол» с КЭУ и БИМ Измерения исследуемых величин происходили по двум типам каналов. Показания токов, напряжения и оборотов коленчатого вала ДВС фиксировались с помощью датчиков. Энергия, расходуемая и рекуперируемая, вычислялась через интегрирующие каналы.
Данные с датчиков тока и напряжения поступали в блок многоканальных цифровых измерений, и в нем происходила первичная обработка информации. Далее информация передавалась в мобильный компьютер, где и происходило накопление данных, а также их дальнейшая обработка и визуализация [79],
Проводились замеры потребляемого и рекуперированного тока на ШЧР ТКБ, на ШЧР ТАБ, на И. Также измерялась скорость движения, напряжение на ТКБ и время включения ДВС-ГУ. Все замеры проводились во время движения экобуса «Катрол» с балластом по европейскому городскому циклу на беговых барабанах. При этом аэродинамическое сопротивление движению и сопротивление качению передних колес имитировалось приложением тормозного момента к беговым барабанам. Бортовые потребители имитировались включением в БС активной нагрузки суммарной мощностью 3 кВт.
На Рисунке 6.4 изображены графики измерения скорости экобуса V (км/ч), тока БИМ (ТКБ) и времени включения ДВС-ГУ при движении по европейскому городскому циклу. На графике изображен один цикл для лучшего визуального восприятия процессов. Отклонения графика скорости от типового объясняются воздействием водителя на задатчик хода с целью максимально точно выдержать заданную скорость экобуса. При снятии воздействия с задатчика хода начинается рекуперативное торможение. Этим объясняются всплески тока.
