Введение к работе
Актуальность темы. Работы по изучению и созданию комбинированных энергетических установок (КЭУ) транспортных средств (ТС), за последние 15 лет фактически выделились в самостоятельное направление современной электромеханики, характеризующееся своей научной проблематикой, спецификой выполнения прикладных исследований, расширяющейся областью практического использования разработок. Повышенный интерес к этим работам обусловлен резким ухудшением мировой экологической обстановки и сокращением природных ресурсов - источников топлива для автомобилей.
Возможность выхода из ситуации ухудшения экологии крупных городов, применением в качестве транспортных средств электромобилей, является на данный момент нецелесообразной, так как эффективность аккумулирующих устройств низка или имеют очень высокую стоимость, а также нет новых разработок, способных удовлетворить потребности электромобиля. Ко всему необходимо создавать структуру электрических станций зарядки.
Оптимально реализуемый вариант - автомобиль с комбинированной энергоустановкой. Такая установка объединяет: ДВС, электродвигатель, генератор, аккумуляторную батарею (АБ). Поскольку такому автомобилю не требуется внешняя подзарядка, то он может работать в существующей инфраструктуре заправочных станций, что позволит достичь приемлемых экономических и экологических показателей по сравнению с обычным бензиновым двигателем. С целью достижения большей эффективности и экологичности, необходимо применение транспортных средств с КЭУ, дополненных более емкими блоками аккумуляторных батарей. Это позволяет транспортному средству преодолевать некоторое расстояние только за счет электроэнергии запасенной в аккумуляторных батареях.
Проектная оптимизация компонентов комбинированной энергетической установки представляет собой много сложностей, так как транспортное средство с комбинированной энергоустановкой состоит из таких компонентов как ДВС, обратимой электрической машины, трансмиссии, блока аккумуляторных батарей, бока управления, системы торможения с возможностью рекуперации и др. Проблема математического моделирования комбинированной энергетической установки остается одной из наиболее сложных и наименее исследованных в методологическом аспекте. Поэтому поиск и разработку новых подходов к решению задач, которые составляют основу математического моделирования, следует рассматривать как одно из наиболее актуальных направлений на пути разработки современных экологически чистых автотранспортных средств.
Целью настоящей диссертации является разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору параметров комбинированной энергетической установки транспортных средств с применением математического моделирования. Проведение комплексных исследований взаимосвязей компонентов комбинированной энергетической установки, позволяющих повысить конкурентоспособность путем рационализации работы компонентов, снизить затраты на создание опытного образца, разработки алгоритмов управления.
Соответствующие поставленной цели и решенные в диссертационной работе задачи формируются следующим образом:
- проведение анализа современного состояния и перспектив развития комбинированных энергетических установок транспортных средств;
- проведение анализа параметров и методик определения мощностных и энергетических характеристик компонентов комбинированной энергетической установки;
- разработка алгоритма математического расчета комбинированной энергетической установкой;
- разработка обобщенной математической модели комбинированной энергетической установки транспортного средства;
- создание методов определения основных параметров КЭУ с использованием математического моделирования.
Научная новизна заключается в следующем:
Создана методика определения основных параметров и компонентов комбинированной энергетической установки автомобиля.
Разработана математическая модель позволяющая определить зависимости технико-экономических и других показателей КЭУ.
Получены зависимости, позволяющие рассчитать параметры КЭУ при различных сочетаниях ее энергетических компонентов.
На защиту выносится:
Математическая модель комбинированной энергетической установки транспортного средства, включающая накопитель энергии (НЭ).
Алгоритм и методика расчета параметров КЭУ, позволяющие выполнить оптимизацию параметров компонентов КЭУ.
Математическая модель КЭУ транспортного средства с использованием программного обеспечения базирующегося на Matlab/Simulink.
Достоверность результатов обеспечена обоснованностью исходных предположений, строгостью выполнения расчетов и преобразований, адекватностью теоретических предположений экспериментальным данным и результатами моделирования.
Практическая значимость и реализация работы
Диссертация выполнена в рамках тематической программы Министерства образования и науки РФ "Развитие научного потенциала высшей школы".
Определены технические параметры энергетической системы и выбраны компоненты для построения комбинированной энергетической установки транспортного средства.
Предложен алгоритм математического расчета КЭУ транспортного средства и математическое моделирование компонентов КЭУ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
- на научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ) в 2006-2008г.г.;
- на международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта. Проблемы и пути решения», г.Суздаль июнь 2008г.;
- на расширенном заседании кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ (ГТУ) 2009г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в пяти статьях общим объемом 2,7 печатных листа, в том числе одна входящая в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа выполнена на 177 страницах машинописного текста, содержит 30 таблицу и 68 рисунков. Список литературы включает 100 наименований отечественных и зарубежных авторов.
