CC BY
83
КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
УДК 629.3+504
ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ Г1БРИДНИХ СИЛОВИХ УСТАНОВОК
АВТОМОБ1Л1В
О.П. Смирнов, доцент, к.т.н., О.1. Репницький, студент, ХНАДУ
Анотаця. Наведено теоретичне обгрунтування задач1 вдосконалення г1бридних силових установок, описано та проанал1зовано yci гг складовi, шляхи гх вдосконалення та представлено схему стратегт гх вдосконалення.
Ключов1 слова: гiбридний автомобть, гiбридна силова установка, електропривод,
акумуляторш батарег, вентильний двигун.
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОМОБИЛЕЙ
О.П. Смирнов, доцент, к.т.н., А.И. Репницкий, студент, ХНАДУ
Аннотация. Приведено теоретическое обоснование задачи совершенствования гибридных силовых установок, описаны и проанализированы все ее составляющие, пути их совершенствования и представлена схема стратегий их совершенствования.
Ключевые слова: гибридный автомобиль, гибридная силовая установка, электропривод, аккумуляторные батареи, вентильный двигатель.
WAYS OF HYBRID VEHICLES POWER UNITS IMPROVEMENT
O. Smirnov, Associate Professor, Candidate of Technical Science,
A. Repnitskyi, student, KhNAHU
Abstract. The theoretical grounding of the task concerning hybrid vehicles power units improvement is presented. All the components as well as the ways of their improvement are described and analyzed, and the scheme of strategies directed to power vehicles unit improvement is offered.
Key words: hybrid vehicle, hybrid power unit, electric batteries, valve engine, improvement.
Вступ
На сьогодш автобущвш компани придшяють серйозну увагу еколопчним та економiчним характеристикам транспортних засобiв. Японсью компани «Toyota Motor Corporation» та «Honda» вже бшьше десяти роюв сершно випускають пбридш автомобш Практично вс крупш корпораци з вироб-ництва автотранспортних засобiв розробляють виставковi екземпляри та дрiбносерiйнi парти електромобшв. Але едино! концепци та стратеги розвитку еколопчно чистих автотранспортних засобiв
поки ще немае. Тому в даному дослщженш сформулюемо стратепчш напрями
вдосконалення та модершзаци пбридних силових установок автомобшв та шляхи !х досягнення.
Аналiз дослщжень та публжацш
Технолопя виготовлення пбридних автомобшв та електромобшв останшм часом стала дуже розповсюдженою завдяки науково-техшчному прогресу в наступних напрямах:
- накопичувачi енергп, наприклад, високовольтнi акумуляторнi батаре!, якi стають бiльш енергоемними й безпечними;
- силова електрошка, завдяки якiй з’явилася можливiсть комутирувати струми й напруги, якi необхщш для керування вентильними електричними машинами;
- тяговий електропривод, наприклад на базi вентильних електричних машин, якi мають невелик розмiри й масу за достатньо високо! потужностi та ККД;
- комп’ютерш й програмнi технологи, яю дозволяють iз високою точнiстю керувати всiма системами i процесами пбридно! силово! установки автомобiля [1-4].
Мета та постановка задачi
Метою даного дослщження е пiдвищення еколопчно! чистоти та економiчноl ефективностi автотранспортних засобiв. Дана мета реалiзуеться за рахунок створення стратеги вдосконалення гiбридних силових установок автомобшв та електричних систем i комп-лекшв електромобiлiв.
Завданнями дослщження е аналiз напрямiв модершзаци пбридних силових установок та визначення шляхiв вдосконалення !х основних складових частин: акумуляторних батарей, електричних машин та систем керування.
Аналiз складових частин пбридних силових установок
При проведенш дослщження було зроблено порiвняльний аналiз ушх сучасних типiв акумуляторних батарей, яю можуть використовуватися у складi пбридних силових установок, а саме: свинце во-
кислотних, свин-цево-титанових, лтй-iонних, лiтiй-полiмерних, нiкель-кадмiевих, нiкель-металгiдридних та iн.
Аналiз проводився за наступними крите-рiями: спiввiдношення маса-потужнiсть,
цiна, кiлькiсть циктв заряд-розряду, показник саморозряду, час, потрiбний на заряд батарей, характеристики при розрядi великим струмом, потреба в обслуговуванш, величина змiнення показникiв потужносп за умов низьких температур, умови угтатзацп акумуляторних батарей, що вщробили свiй термiн служби.
У напpямi покращення xаpактеpистик акyмyлятоpниx батарей працюють багато великиx фipм-виpобникiв. Завдяки новим теxнологiям знижyeться ваpтiсть
виготовлення акyмyлятоpниx батарей, пiдвищyeться ïx вибyxобезпека, збiльшyeться теpмiн служ6и тощо.
Проведений аналiз показав, що для гiбpидниx силовж установок доцiльно використовувати лiтiй-полiмеpнi
акумуляторш батаре^ якi мають низьке сшввщношення маса-потyжнiсть та достатню кiлькiсть циктв
заряд-розряду.
Для використання y гiбpидниx силовиx yстановкаx було розглянуто три типи електpичниx двигyнiв: постiйного струму, асижронш та вентильнi. Аналiз проводився за наступними кpитеpiями: кеpованiсть,
надшшсть, ККД, спiввiдношення маса-потyжнiсть, вартють. Проведений аналiз показав, що в пбриднж силовиx yстановкаx доцiльно використовувати вентильний електропривод, котрий програе y щш, але значно виграе за шшими показниками [3, 4].
Стратепя вдосконалення пбридноТ силовоТ установки
Пюля виконання аналiзy складовиx частин пбридно1' силово1' установки, тенденцiй розвитку наyково-теxнiчного прогресу в галyзi автомобiлебyдyвання та фактоpiв, якi впливають на роботу електpичниx систем та комплексiв транспортам засобiв, можна видiлити перспективи розвитку та шляxи вдосконалення гiбpидниx силовиx установок. Сxемy стpатегiй вдосконалення пбриднж силовиx установок сxематично подано на рис. 1 - вона складаеться з тpьоx груп, що направлеш на вдосконалення акyмyлятоpниx батарей, електpичниx машин та систем керування.
Перша група стpатегiй спрямована на полшшення теxнiчниx xаpактеpистик акyмyлятоpниx батарей з ypаxyванням новиx теxнологiй y виготовленш акyмyлятоpiв. Зокрема до проблем nid групи можна вiднести використання акyмyлятоpниx батарей з бiльш високою напругою та впровадження двоpiвневоï напруги живлення електpичниx систем та комплексiв транспортам засобiв.
Проблемою, виршуваною другою групою стpатегiй, е вдосконалення теxнiчниx xаpактеpистик електpичниx машин, як правило, вентильного типу. За pаxyнок цього
Шляхи вдосконалення пбридних силових установок автомобШв
заявляеться можливють впровадження новiтнix сxемно-теxнiчниx piшень побудови автомобiлiв, такиx як система «Stop&Start», система рекуперативного гальмування та ш.
Вдосконалення акумуляторних батарей
Шдвищення вибyxобезпеки
Зниження соб1вартост1
Шдвищення сшвввдношення маса - потужнють
Зб1льшення цикл1в заряд -розряд та терм1ну служби
Зменшення часу, потр1бного на заряд та струм саморозряду
Зб1льшення максимально допустимого розрядного струму
Вдосконалення тягових електричних машин
Використання вентильн^ електpичниx машин
Використання стартер-генератор1в, впровадження системи «Stop&Start»
Використання системи рекуперативного гальмування
Зб1льшення сшвввдношення маса - потужшсть електричн^ машин
Збшьшення потужносп та ККД електpичниx машин
Вдосконалення систем керування
Запровадження новiтнix мiкpоелектpонниx та комп,ютеpниx теxнологiй
Використання штучного штелекту для керування систем та комплекс1в пбридно! силово! установки
Використання новт силовт елеменпв для керування та розподшу великиx потоков енеpгi!
Рис. 1. Сxема стpатегiй вдосконалення гiбpидниx силовиx установок
До третьо1' групи стратегш вiдноситься вдосконалення систем керування пбридною силовою установкою. Для цього можна використовувати сучасш силовi елементи, котpi дозволяють керувати та pозподiляти велик потоки енергп. Значнi переваги можна отримати використовуючи штучний iнтелект для керуванн^^ВЯИ^^^^ЯИЯИ^ гiбpидниx силовиx установок. Також треба використовувати нов^ш комп’ютеpнi теxнологiï для оптимального керування процесами та системами, що укут iз сучасними теxнологiями пеpедачi даниx дасть дуже великий позитивний вплив на роботу пбридно1' силово1' установки та автомобшя y цiломy.
Висновки
Таким чином, перспективи розвитку та шляxи вдосконалення пбриднж силовиx установок автомобiлiв базуються на тpьоx взаeмозв’язаниx стpатегiяx модершзаци, а саме: акyмyлятоpниx батарей, електричнж машин та систем керування. Використання циx стpатегiй дозволяе точнiше формулювати вимоги до конструктивного
piшення й ефектившше використовувати впровадження новиx теxнологiй для вдосконалення гiбpидниx силовиx установок автомобшв.
Лiтерaтурa
1. Бажинов О.В. Пбридш автомобiлi. Наукове видання : монографiя / О.В. Бажинов, О.П. Смирнов, С.А. Сершов, А.В. Гнатов, А.В. Колесшков. - Харкiв : ХНАДУ, 2008. - 327 с.
2. Бажинов А.В. Концепция создания эколо-
гически чистого автомобиля / О.В. Бажинов, О.П. Смирнов // Вюник Схщноукрашського нащонального
ушверситету iменi Володимира Даля. -Луганськ : СНУ iм. В. Даля. - Луганськ.
- 2006. - №7. - С. 15-19.
3. Смирнов О.П. Синергетичний шдхвд до
створення силово! установки автомобшя / О.П. Смирнов // Вестник ХНАДУ : сб. научн. тр. - Харьков : ХНАДУ. - 2007. - Вып. 37. - С. 131-133.
4. Смирнов О.П. Обоснование использования
вентильных электрических машин в ги-
бридньк силовьк yстановкаx автомобилей // О.П. Смирнов, В.1. Калмиков // Автомобильный транспорт : сб. научн. тр. - Харьков : ХНАДУ. - 2007. -Вып. 21. - С. 31-33.
Рецензент: О.П. Алекаев, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 29 березня 2010 р.
