автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Методика оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей

На правах рукописи

РАКОВ Вячеслав Александрович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.22.10 - эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 СЕВ 2012

Санкт-Петербург

2012

005009841

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет» (ВоГТУ) на кафедре автомобилей и автомобильного хозяйства

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Александров Игорь Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Капустин Александр Александрович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный аграрный университет»

Защита состоится « » марта 2012 г. в 14 часов на заседании совета по

защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.02 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190103, г. Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д 2/5 ауд. 340К.

Телефон: (812) 316-58-73, факс: (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « ^ » февраля 2012 г.

кандидат технических наук, доцент Егоров Алексей Борисович

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

С.В. Репин

Актуальность темы работы. Общепринятое название автомобилей с электромеханическими силовыми установками - гибридные автомобили, в которых в качестве первичного источника энергии используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а вторичным чаще всего является электрический накопитель энергии, сопряженный с электромеханической системой привода ведущих колес. В последние несколько лет число таких автомобилей во всем мире и в России существенно возросло. Тенденция к увеличению производства гибридных автомобилей обусловлена принципиальным повышением требований международных стандартов к экологической безопасности и экономичности транспортных средств (ТС). В ближайшие годы в России ожидается существенное увеличение числа марок гибридных автомобилей, предлагаемых потребителю европейскими, китайскими, корейскими, а также отечественными автопроизводителями. Согласно статистической информации рост численности таких автомобилей составляет в среднем 40-50% в год, а общее количество к 2012 году достигнет приблизительно 20 тыс. штук. Отсюда возникает потребность в коррекции методологии технической эксплуатации современных ТС.

Действующее в России положение о техническом обслуживании транспортных средств не содержит нормативной информации по гибридным автомобилям. В техническом регламенте о безопасности колесных транспортных средств (2009 год) также отсутствуют рекомендации по определению исправного технического состояния гибридных силовых установок (ГСУ). Техническое сопровождение эксплуатируемых на территории Российской Федерации гибридных автомобилей со стороны ведущих автопроизводителей в настоящее время недостаточно организовано. В результате инженернотехнический персонал станций технического обслуживания (СТО) не располагает возможностями для проведения качественного обслуживания и ремонта, а от этого напрямую зависит надежность автомобилей и безопасность участников дорожного движения. К тому же трудности, возникающие в эксплуатации гибридных автомобилей, снижают интерес к ним покупателей, что неизбежно замедлит обновление автомобильного парка перспективными моделями ТС.

Степень изученности проблемы

Для становления методологической базы диагностирования ГСУ автомобилей наиболее ценными являются работы следующих авторов:

- общая методология, изложенная Мирошниковым Л.В., используемая в практике технической эксплуатации, взята в качестве основы при разработке методики оценки технического состояния ГСУ;

-методология расчета базовых параметров ГСУ, разработанная Суриным Е.И., Умняшкиным В.А., Александровым И.К., Васильевым В.А., легла в основу математической модели, служащей для определения опорных значений диагностических параметров.

Кроме этого в работе использован опыт, реализованный в практике оценки технического состояния ГСУ автомобилей.

Оценка технического состояния и поиск неисправностей ГСУ (по результатам сканирования электронной системы управления) в настоящее время выполняется методом поэлементной проверки, что не обеспечивает высокое качество диагностирования, проявляющееся в дополнительных трудозатратах и сложности процесса диагностирования. Недостаточный уровень достоверности при постановке диагноза приводит к ошибкам во время ремонта и повреждению дорогостоящих элементов гибридного привода. Ремонтные работы усложняются из-за отсутствия необходимого диагностического оборудования.

В условиях существующей инфраструктуры обслуживания, как в России, так и за рубежом при оценке технического состояния ГСУ в качестве основных диагностических приборов применяют: мотор-тестер для ДВС, сканер ошибок электронной системы управления ГСУ, осциллограф, тестер высоковольтной части электропривода.

Обобщая существующий опыт, можно сделать вывод о том, что разработчики средств диагностирования ГСУ идут путем раздельного контроля технического состояния систем ДВС и электропривода, не предусматривая при этом оценки их взаимосвязанной работы.

Наиболее распространенными в России являются автомобили с ГСУ смешанного типа (примерно 80%). В смешанной схеме ГСУ мощность, вырабатываемая ДВС, может передаваться на колеса автомобиля в зависимости от режима движения двумя потоками: механическим, через устройство распределения мощности, и электрическим, через электромоторы-генераторы (МГ) и высоковольтную батарею. Для создания мощности на ведущих колесах двигатель внутреннего сгорания и высоковольтная батарея могут работать как раздельно, так и совместно, что затрудняет оценку технического состояния ГСУ.

Информация об отказах ГСУ и причинах их появления недостаточно изучена и практически не систематизирована. Поскольку именно схема смешанного типа наиболее распространена и представляет наибольшую сложность для диагностирования, ей уделено наибольшее внимание при разработке методики.

Целью диссертационной работы является разработка методики оценки технического состояния, повышающей качество диагностирования ГСУ автомобилей.

Поставленная цель достигается посредством решения следующих задач:

- определение комплекса методических задач для возможности применения действующей методологии при оценке технического состояния ГСУ;

— обоснование выбора диагностических параметров для оценки технического состояния ГСУ;

— разработка методики оценки технического состояния ГСУ автомобилей;

— разработка математической модели вычисления эталонных значений диагностических параметров при определении технического состояния элементов ГСУ;

— установление факторов, влияющих на результаты оценки технического состояния ГСУ;

— оценка адекватности разработанных алгоритмов реальным процессам, происходящим в ГСУ автомобилей;

— разработка и изготовление экспериментальной установки и средств диагностирования;

-разработка алгоритма поиска неисправностей ГСУ автомобилей с использованием методики;

— технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения разработанной методики.

Для достижения поставленной цели используются следующие методы исследования:

— моделирование функциональных параметров элементов ГСУ в различных динамических режимах;

— оценка технического состояния ГСУ для вычисления эталонных значений диагностических параметров с использованием математического моделирования процессов функционирования ГСУ с последующей алгоритмизацией и разработкой программ в средах MathCAD и Excel [8].

Методика оценки технического состояния ГСУ апробирована в лабораторных условиях на экспериментальной установке и при испытаниях гибридного автомобиля Toyota Prius NHW11. В ходе экспериментальных исследований циклы «разгон-торможение» ГСУ задаются с помощью программного обеспечения Omron CX-Drive. Измерение и запись текущих параметров осуществлена с использованием программного обеспечения L-Graph и измерительной системы L-Card. Оценка достоверности математической модели проведена методом сравнения вычисляемых диагностических параметров с аналогичными значениями, установленными заводом-изготовителем автомобилей Toyota Prius.

Объект исследования - методики оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана методика оценки технического состояния ГСУ автомобилей, которая отличается от известных методик тем, что одновременно оценивается работа двух потоков мощности - от ДВС и высоковольтной батареи (ВВБ) гибридного привода;

— разработан алгоритм, реализованный в программной среде MathCAD и Excel, обеспечивающий вычисление эталонных значений диагностических параметров для заданных условий тестирования [2,3];

- разработаны алгоритм поиска неисправностей и практические рекомендации по способам оценки технического состояния элементов ГСУ;

- обоснована корректировка программы проведения технического обслуживания (ТО) гибридных автомобилей Toyota Prius в российских условиях эксплуатации;

- разработана, изготовлена и апробирована экспериментальная установка, способная быть полезной в практике технической эксплуатации автомобилей с ГСУ, а также в процессе обучения студентов и бакалавров вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».

Практическая ценность работы заключается в возможности практического использования разработанной методики на станциях технического обслуживания для повышения уровня достоверности при постановке диагноза, а также качества технического обслуживания ГСУ автомобилей.

Срок окупаемости капитальных вложений во внедрение разработанной методики и рекомендуемого диагностического оборудования, определенный с учетом темпа роста количества обслуживаемых гибридных автомобилей, составит 3,5 года.

Изготовленная экспериментальная установка используется в образовательном процессе на кафедре автомобилей и автомобильного хозяйства в Вологодском государственном техническом университете (акт внедрения) и рекомендована для обучения инженеров-диагностов на СТО.

Апробация и внедрение результатов. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» Вологодского государственного технического университета. Основные положения и результаты работы докладывались на 3 международных [10, 12, 13] и 7 всероссийских [11, 14, 15, 16, 17, 18, 19] научно-технических конференциях в 2008-2011 гг.

Материалы диссертационной работы были представлены на международных выставках, по результатам которых получены: серебряная медаль Девятого Московского международного салона инноваций и инвестиций (2009 год); золотая медаль выставки «Innovations for investments to the future» Американо-Российского делового союза (ARBU) (2009 год).

Разработанная автором методика испытана и рекомендована к применению ООО «Перспективные энергосберегающие технологии» в г. Вологде. Результаты работы внедрены в образовательный процесс в Вологодском государственном техническом университете.

В рамках данной работы выполнена НИР «Научно-техническое обоснование и разработка методики тягового расчета ТС с учетом адаптивности тягового двигателя в целях оптимизации эксплуатационных свойств ТС» по заказу вологодской машиностроительной компании ОАО «Транс-Альфа». Получен патент [9].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ общим объемом 1,5 и.л., в т.ч. 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, зарегистрирован 1 программный продукт.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 104 наименований. Работа в целом изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 27 таблиц.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

/. Выявлен основной недостаток существующих методик оценки технического состояния ГСУ автомобилей, а именно, - они основаны на раздельной проверке цепочек потоков мощности. При этом не учитывается то, что неисправности ЛВС, приводящие к ухудшению его эффективных показателей, сопровождаются увеличением нагрузки на высоковольтную батарею. резко снижая ее надежность.

На основе данных, собранных на специализированной станции технического обслуживания «HYBRlDs.ru», был реализован статистический эксперимент, в результате которого выделены основные неисправности систем ГСУ и установлены законы их распределения (рис. 1).

Относительная величина отказов по системам

ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

У, %

I I ^

УДвигатель и его системы |

Уг - Устройство распределения мощности

ц ________-■____^----- * - --- я —т___________X, ТЫС. К к

0-25 25-50 50-75 75-100 100-125 125-150 150-175

5

Л, тыс. км

Рис. I. Закономерности изменения отказов в работе систем ГСУ в зависимости от интервалов пробега

Наибольшее количество отказов в работе ГСУ вызвано неисправностями ДВС, приводящими к ухудшению таких эффективных показателей, как по-

лезная мощность и расход топлива. При этом недостаток мощности ДВС сопровождается увеличением нагрузки на второй источник энергии - высоковольтную батарею, что резко снижает ее надежность.

Взаимовлияние элементов ГСУ делает применение существующих методов неэффективным, затрудняющим поиск неисправностей, что позволяет сформулировать цель и задачи разработки методики оценки технического состояния при взаимодействии двух потоков мощности: от ДВС и накопителя энергии.

2. Обоснован выбор диагностических параметров для оценки технического состояния ГСУ автомобилей.

Диагностические параметры выбраны на основании анализа рабочих и сопутствующих процессов ГСУ. Первоначально рассмотрено 8 параметров рабочих процессов и 5 параметров сопутствующих процессов.

К параметрам рабочих процессов относятся:

- электрическая мощность МГ1 (первого мотор-генератора) в режиме электродвигателя (у1);

- электрическая мощность МГ1 в режиме генератора (у2);

- электрическая мощность МГ2 (второго мотор-генератора) в режиме электродвигателя (уЗ);

- электрическая мощность МГ2 в режиме генератора (у4);

- электрическая мощность ВВБ (у5) при разряде;

- электрическая мощность ВВБ (уб) при заряде;

- саморазряд ВВБ (у7);

- емкость ВВБ (у8).

К параметрам сопутствующих процессов относятся: шум (б1); вибрации (б2); тепловыделение двигателя (бЗ); тепловыделение устройства распределения мощности (б4); тепловыделение ВВБ (55).

После оценки по критериям оптимальности, согласно теории технической эксплуатации автомобилей, выбрано 6 параметров рабочих процессов, подлежащих дальнейшему анализу. ’

Для решения задачи постановки диагноза на основе минимально необходимого количества контролируемых диагностических параметров разработаны диагностические матрицы ГСУ. Результаты оптимизации совокупности матриц диагностических параметров сведены в табл. 1.

Согласно таблице в четырех основных состояниях ГСУ целесообразно использовать только один параметр в двух различных состояниях: мощность в цепи высоковольтной батареи в режиме разряда ^5 и то же - в режиме заряда^, что принимается за основу при разработке методики оценки технического состояния.

Диагностическая матрица ГСУ

Диагностические Неисправный элемент

параметры ДВС ВВБ

1. Запуск двигателя

у5- 0 1

2. Начало движения

у5+ 1 0

_ . у5- . 0 1

3. Ускорение, движение на подъем

у5+ 1 0

у5- . 0 1

4. Движение накатом, торможение

уб- 0 1

(+) - выше нормативного коридора; (-) - ниже нормативного коридора.

Выбранные параметры рабочих процессов контролируются средствами диагностирования и косвенно определяют работоспособность ГСУ, следовательно, принимаются в качестве диагностических параметров, каждый из которых характеризуется фактической величиной и темпом ее нарастания.

3. Разработана методика оценки технического состояния ГСУ автомобилей, исключающая ошибочную постановку диагноза в условиях взаимного влияния потоков мощности: от ДВС и высоковольтной батареи, при этом также упрощается процесс диагностирования [6, 12].

На основании проведенного анализа причин неисправностей ГСУ и установленных закономерностей их возникновения определена уточненная цель работы - разработка методики оценки технического состояния ГСУ автомобилей, которая в отличие от уже известных методик учитывает взаимодействие двух потоков мощности.

Эталонными параметрами, характеризующими работу ДВС и накопителя энергии, являются параметры рабочих процессов ГСУ, вычисляемые для заданных условий тестирования с помощью разработанной математической модели.

В качестве критерия оценки принята относительная величина отклонения А характеристики изменения фактического значения параметра уф от его теоретического эталонного значения уТ.

В аналитической форме критерий оценки имеет вид:

± А = (ут - уф ) -> тт ,

1=1

Диагностическим параметром «у» является временная зависимость изменения значений мощности в цепи высоковольтной батареи.

При исправном техническом состоянии ГСУ величина отклонения А должна быть минимальной. Отклонение диагностического параметра в сто-

рону верхней границы свидетельствует о неисправности ДВС (рис. 2), в сторону нижней границы - о неисправности высоковольтной батареи.

N.,----—

кВт [

зона, определяющая уменьшение вклада

нормативный

і

коридор

ВВБ

зона, определяющая уменьшение вклада мощности ВВБ

Т.с

Рис. 2. График зависимости изменения мощности в цепи высоковольтной батареи от времени, где Л^- граница допустимого технического состояния ДВС; Ы'В'ВБ - граница допустимого технического состояния высоковольтной батареи;

Мф- фактическое значение диагностического параметра;

NT- теоретическое значение диагностического параметра

На рис. 3 представлена схема алгоритма процесса диагностирования гибридных автомобилей по параметрам рабочих процессов ГСУ для оценки их технического состояния.

Рис. 3. Сема алгоритма оценки технического состояния ГСУ, где Д1. — датчики, характеризующие движение автомобиля;

Д 2,- датчики, характеризующие рабочие процессы в КСУ;

ЕС — блоки сравнений; АЦП — аналогово-цифровой преобразователь; Р - результат оценки

Водитель (диагност) либо некое стимулирующее устройство воздействует на ГСУ через педаль акселератора. Под данным воздействием автомо-

биль ускоряется. При этом изменяются параметры рабочего процесса движения автомобиля (мгновенная скорость, расход топлива), измеряемые с помощью датчиков Д1Л-Д1Л, и параметры рабочих процессов ГСУ (генерируемая и потребляемая мощности), отслеживаемые с помощью датчиков Д2.1-Д2Л, установленных на силовых цепях ГСУ. Весь поток диагностической информации поступает через аналогово-цифровой преобразователь в имитационную модель.

Между входными параметрами рабочих процессов, характеризующими движение автомобиля, и параметрами рабочих процессов в элементах ГСУ существует взаимосвязь. Для ее определения разработан алгоритм вычислений, входящий в состав имитационной модели. Сигналы с датчиков Д1.1 -Д1А. поступают в имитационную модель, с помощью которой происходит вычисление значений параметров рабочих процессов в ГСУ. Вычисленные данные имитационная модель преобразует в цифровой сигнал, поступающий на один из входов блоков сравнений БС1-БС1 Значения этих сигналов для блоков сравнений являются опорными.

На второй из входов блоков сравнений поступают сигналы от датчиков Д2.1- Д2Л параметров рабочих процессов ГСУ. Блоки сравнений сопоставляют значения последних с опорными значениями и формируют выходные сигналы по принципу «меньше» - «норма» - «больше». Результат сравнения поступает на дисплей в виде диаграмм.

При условиях исправного состояния ГСУ реальная характеристика изменения мощности в цепи высоковольтной батареи должна совпадать с опорными сигналами имитационной модели.

4. Разработана математическая модель и программы для вычисления эталонных значений диагностического параметра оценки технического состояния ГСУ автомобиля (программа зарегистрирована во ВНТИЦ) [8].

Эталонное (теоретическое) значение мощности в цепи высоковольтной батареи ГСУ вычисляется на основании данных тягово-мощностного баланса автомобиля [3,7] и энергетического баланса ГСУ [1].

Исходными данными для тягово-мощностного баланса являются: временная зависимость скорости движения автомобиля У(1) и продольного профиля дороги а(1)\ масса ТС (м); коэффициент сопротивления качению (/,); площадь поперечного сечения автомобиля {Г)\ коэффициент обтекаемости (кв)\ коэффициент учета вращающихся масс элементов привода (кт). В результате тягово-мощностного баланса устанавливается временная зависимость изменения суммарной мощности сил сопротивления на испытуемом участке, равная мощности ГСУ, развиваемой при движении автомобиля.

^с(0 = ^т0).

Исходными данными энергетического баланса ГСУ является N гсу (О ■ Согласно техническому описанию завода-изготовителя, в ГСУ автомобиля Тоуо1а Рпш вырабатываемая ДВС энергия разделяется на два потока: 28%

преобразуется в МГ1 в электрическую; оставшиеся 72% передаются на коронное зубчатое колесо через водило планетарной передачи, редуктор и на ведущие колеса автомобиля. При этом доля 28 % может быть израсходована на питание одного из электромоторов-генераторов или запасена в накопителе энергии и израсходована позже. На основании вышеизложенного можно заключить, что мощность ГСУ на испытуемом участке складывается из отдельных цепочек: УУ,—мощность от ДВС в электроприводе; - мощность в цепи высоковольтной батареи; N3 - мощность от ДВС в механической передаче; М4 - мощность, возвращаемая от рекуперации при торможении.

^ГСУ ~ NI 3 4 •

Поскольку принятым диагностическим параметром является мощность в цепи высоковольтной батареи N2 = N ЙКБ, то представим предыдущее выражение в следующем виде:

^2=^П^-^,-^3+М4.

В соответствии с балансом мощностей и временными зависимостями остальных параметров, входящих в формулу (рис. 4), определяем:

N,=0,28 (М^-Мнэсг)

^2 ~ N ГСУ.1 ~ NГСУ. СР

N,=0,72 (Nrcyl-Nнэ„)

N4 ~ Nт.СР ,

Рис. 4. Совмещенный график изменения мощности силы тяги на колесах автомобиля в зависимости от времени, средней положительной мощности, средней мощности торможения и средней мощности накопителя энергии

где - средняя мощность ГСУ на ведущих колесах автомобиля в текущей точке;

N,п ср - средняя мощность в цепи накопителя энергии; А'/Г:у ,:7, - средняя мощность ГСУ на ведущих колесах автомобиля за испытание; Л тег ~ средняя мощность торможения за испытание.

При вычислении Ы2 (принятой в качестве эталонной зависимости) учитываются изменяющиеся параметры: фактический уровень заряда батареи; количество энергии, поступающей от ДВС; количество энергии, забираемой на движение и принимаемой от рекуперации торможении.

Потери в элементах ГСУ при передаче энергии от ДВС на ведущие колеса автомобиля находятся в результате декомпозиции потока мощности на отдельные цепочки:

• цепочка Ы, - мощность от ДВС преобразуется в МГ1 в электрическую, затем через инверторы Ин1,2 расходуется на движение с помощью МГ2;

• цепочка N2 - мощность от ДВС преобразуется в МГ1 в электрическую, затем расходуется на заряд батареи, откуда при необходимости подается на МГ2, где преобразуется в механическую и поступает на колеса автомобиля;

• цепочка Л'з - мощность от ДВС передается на колеса автомобиля через водило планетарной передачи, коронное зубчатое колесо и редуктор;

• цепочка возникает при торможении автомобиля, когда энергия передается от ведущих колес через редуктор на МГ2, инвертор Ин2 и накапливается в высоковольтной батарее.

Для установления характеристики диагностического параметра с учетом потерь в ГСУ каждая цепочка потоков мощности рассмотрена отдельно.

Мощность в цепочке N, (рис. 5)

две

МГ1

Ин1

Ин2

МГ2

ТР

Ко

Рис. 5. Блок-схема потока мощности в цепочке где ДВС - двигатель внутреннего сгорания; МП, МГ2 - электромоторы-генераторы; Ин1,

Ин2 - инверторы управления электромоторами; ТР - трансмиссия;

Ко - колесо

Мощность, передаваемая по первой цепочке, равна гк/ за вычетом переданной через накопитель энергии, с учетом потерь в приводе

1Г 0,28 (№,-ЫНЭСр )

N, =--------5------------, кВт,

Чмп х71ин * *1 ИГ 2 Х Чтр

где ЧмП'71мГ2~ КПД в первом и втором МГ, Чцн - КПД инвертора, Птр~ КПД трансмиссии.

Рис. 6. Блок-схема потока мощности в цепочке

Линия (рис. 4) показывает среднюю мощность ДВС, вырабатываемую за время испытаний. Пики мощности Nг выше линии ЫСР компенсированы вторым источником энергии — высоковольтной батареей. Средняя мощность пиков N,аср является средней мощностью, проходящей через накопитель за время движения на испытуемом участке:

N = -!-нэ.сг

'^(^ГСУЛ NГСУ.СР)

-, кВт (сумма, если М, - ЫСР > 0)

с учетом КПД каждого из элементов привода

М2=-

, кВт

Чг Х Пин. Х Л ВВП х ?}мГ2 хт/тР

где МВВЕ~ КПД накопителя энергии.

Мощность в цепочке N3 (рис. 7)

ДВС

ТР

Ко

Рис. 7. Блок-схема потока мощности в цепочке N3

Потери мощности в данном случае складываются только из потерь в трансмиссии т\п:

0,72 (NГCy l ЛтНЭ Ср)

К3 ----------------------------, кВт.

Лтр

Мощность в цепочке М4 (рис. 8)

Часть энергии торможения возвращается в накопитель, после чего повторно расходуется на движение. Поток мощности в этом случае передается по следующей цепочке:

Рис. 8. Блок-схема цепочки мощности в цепочке N4

Мощность, возвращаемая благодаря рекуперации, с учетом потерь:

N 4 = NTCP Л Ко Х VTP Х ПмГ2 Х V Ин. X V ВВБ, кВт

где 'Пр- КПД рекуперации.

Вычисленные значения Л'йя/. являются эталонными, образуя нормативный коридор диагностического параметра. Ширина коридора значений допустимых диагностических параметров определяет границу неисправностей:

^ввб ~ —А, где А — допустимое расхождение значения.

Отклонение фактического значения сигнала датчиков в цепи высоковольтной батареи является основанием для оценки потоков мощности от обоих источников энергии, т.е. оценки технического состояния ГСУ.

Алгоритм вычисления эталонных значений диагностических параметров реализован в программе ГСУ-АВТО [8].

5. Получены результаты теоретического исследования диагностических параметров и установлены факторы, влияющие на результаты оценки технического состояния ГСУ.

rrv "”еНИЯ вьшолнены с использованием разработанной программы У-АВ10 на стандартном программном обеспечении в среде Microsoft Excel 2003. Полученная в результате вычислений временная зависимость (рис. 9) является эталонной для диагностических параметров у5 и уб [14].

ис. . Временная зависимость изменения диагностического параметра в режиме разряда у5 (отрицательные значения) и режиме заряда уб (положительные значения)

Проведено исследование влияния российских условий эксплуатации на результаты оценки, а так же надежность высоковольтной батареи, используемой в ГСУ. Более низкие температуры приводят к уменьшению емкости ВВБ, что компенсирует электронная система управления поддержанием более высокого уровня заряда. В данных обстоятельствах срок службы ВВБ увеличивается, по последним данным статистических исследований с заявленных 8 (160 тыс. км) до 11-13 лет (200 тыс. км).

При проведении оценочных испытаний автомобилей с ГСУ присутствует ряд факторов, существенно влияющих на точность измерений. К ним относятся непостоянство массы автомобилей, давление воздуха в шинах, качество дорожного покрытия на испытуемом участке и параметры внешней среды. Данные факторы учтены при оценке технического состояния ГСУ.

6. Выполнена оценка адекватности разработанных алгоритмов ре-

• альным процессам, происходящим в ГСУ автомобилей.

При отладке программы ГСУ-АВТО использованы данные о мощности, развиваемой ГСУ при движении со скоростью 64, 80 и 96 км/ч, заданные за-водом-изготовителем.

Таблица 2

Мощность, затрачиваемая на движение__________________^

Скорость а вто-: мобнля, км/ч Необходимая для движения мощность* кВт Отклоне- ' нис, %

Нормативное значение Расчетное значение

64 3,6 3,549 -1,44

80 5,9 5,951 0,85

96 9,2 9,534 3,5

По результатам вычислений отклонение расчетных значений от установленных заводом-изготовителем нормативных значений не превышает 3,5%.

Проверка адекватности математической модели осуществлялась по техническим параметрам автомобилей Тоуоіа Ргіш с использованием стандартного ездового цикла ЕС 2004 по директиве 80/1268 ЕСЕ (1/4 городского цикла), аналогичной ОСТ 37.001.054-86. Расход топлива модели Тоуоіа Ргіиз для стандартного ездового цикла ЕС 2004 составил 4,268 л/100км, нормативное значение завода-изготовителя - 4,2 л/100км, что доказывает адекватность математической модели. Расхождение результатов вычислений при этом составило:

А =

-<2з

Q3.11

х]00 =

4,2-4,268

4,2

х 100 =1.6%,

где £?3 ;да и Qэ 1(Ю - заданный и экспериментальный приведенный расход топлива, л.

Результаты сопоставления вычисленных с помощью математической модели значений мощности позволяют сделать вывод о соответствии разра-

ботанного алгоритма вычисления диагностических параметров процессам, происходящим в ГСУ автомобилей.

Оценка достоверности разработанной методики проведена путем тестовых испытаний технически исправного автомобиля Тоуоіа Рп'иэ по методике приближенной к стандартному ездовому циклу ЕС 2004. Результаты оценки представлены в графическом виде на рис. 10.

N. кВт

модел

ji ь

і yft і

А А At і in w г/\т

W1™ 1 / \ / h НИ

ы V эксперимент .. 1 1

80

100 120 140 160 180 t, с

Рис. /0. Изменение мощности в цепи высоковольтной батареи

Относительное отклонение фактических значений диагностических параметров от теоретических (эталонных), вычисляется по следующей зависимости:

±А = -

VI ^Т ~ М.

-х/оо ,(%).

По результатам эксплуатационных испытаний относительное отклонением составило 4,35%.

Таким образом, соответствие теоретической модели результатам эксперимента позволяет рекомендовать разработанную методику на СТО при оценке технического состояния ГСУ автомобилей.

7. Разработаны и изготовлены экспериментальная установка и средства диагностирования, позволяющие выполнить исследования по проверке разработанной методики в лабораторных условиях.

Испытания на экспериментальной установке проведено в соответствии и разработанной методикой оценки технического состояния ГСУ гибридных автомобилей. Смоделирована серия циклов «разгон-торможение». Для многократного повторения циклов использован управляющий комплекс СХ-Бпуе.

В основе цифрового тестера высоковольтной системы, лежит измерительная система Ь-Сагс! с бесконтактными датчиками токов и датчиками напряжений, работающая совместно с записывающей системой Ь-СгарЬ.

Рис. 11. Экспериментальная установка, имитирующая работу ГСУ в условиях эксплуатации

Данное оборудование позволяет производить измерение и запись параметров рабочих процессов, происходящих в высоковольтной части электропривода.

В качестве основного для практического применения рекомендован способ оценки технического состояния ГСУ на автомобиле при его тестировании в условиях движения, основанный на использовании бесконтактного датчика тока и датчика напряжения в цепи высоковольтной батареи, т.к. при этом максимально уменьшается трудоемкость тестирования.

Изготовленная экспериментальная установка (рис. 11) имитирует ключевые рабочие процессы, происходящие в гибридном приводе в условиях повторно-переменных нагрузок.

Наиболее удобным местом подключения датчиков является участок в цепи высоковольтной батареи, расположенный на большинстве гибридных автомобилей за спинкой заднего сидения. При проведении углубленного диагностирования ГСУ использованы датчики тока, встроенные в основные силовые цепи электропривода.

Экспериментальная установка используется в образовательном процессе в Вологодском государственном техническом университете для обучения специалистов и бакалавров по направлению «Автомобили и автомобильное хозяйство» (акт внедрения).

8. Разработан алгоритм поиска неисправностей ГСУ автомобилей с комплексной диагностикой ДВС. и накопителя энергии, исключающий этап поэлементной проверки цепочек мощности (рис. 12).

Рис. 12. Алгоритм поиска неисправностей с использованием разработанной методики

Разработанный алгоритм также позволяет использовать методику при усовершенствовании встроенной системы диагностирования. Интеграция предлагаемой методики во встроенную систему диагностики автомобилей может быть осуществлена производителем с помощью встроенных программных тестов, при использовании имеющихся на гибридных автомобилях датчиков тока и напряжения.

9. Выполнено технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения разработанной методики. За счет использования методики при диагностировании технического состояния ДВС и высоковольтной батареи трудозатраты могут быть снижены в два раза.

При оценке экономической эффективности применяемой методики использовано несколько подходов:

1. Определена точка безубыточности внедрения методики. Исходя из стоимости одного диагностирования 1500 руб., до достижения точки безубыточности необходимо выполнить не менее 72 диагностирований ГСУ.

2. Рассчитано прогнозное значение дополнительной выручки для СТО при внедрении методики составляет не менее 1,0 тыс. руб. с одного диагностируемого автомобиля с ГСУ в год.

3. Прогнозное значение срока окупаемости капитальных вложений, рассчитанное с учетом темпа роста количества обслуживаемых гибридных автомобилей, составляет 3,5 года.

III. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Александров, И.К. Оценка энергетической эффективности ДВС в условиях неустановившегося режима работы / И.К. Александров, О.Л. Белков, В.А. Раков // Вестник машиностроения. - 2008. - № 6. - С. 17-20.

2. Раков, В.А. Определение необходимой мощности ДВС гибридных силовых установок транспортных средств / В.А. Раков, А.В. Смирнов // Вестник машиностроения. - 2010. - № 4. - С. 32-35.

3. Александров, И.К. Тяговый расчет транспортных средств с адаптивным приводным двигателем / И.К. Александров, Е.В. Несговоров, В.А. Раков // Вестник машиностроения . - 2010. - № 2. - С. 18-21.

4. Александров, И.К. Адаптивные трансмиссии - путь к созданию экономичных машинных агрегатов и транспортных средств / И.К. Александров, Е.В. Несговоров, В.А. Раков // Техника в сельском хозяйстве. - 2011. - № 1. -С. 25-27.

5. Александров, И.К. Перспективы развития транспортных средств с электроприводом / И.К. Александров, В.А. Раков, А.А. Щербакова // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 4. - С. 65-68.

6. Раков, В.А. Оценка технического состояния гибридных силовых установок автомобилей. / В.А. Раков // Автотранспортное предприятие. -2012. -№1.- С. 49-52.

В зарубежных изданиях

7. Alexandrov, I.K. Tractional Calculations for Vehicles with Adaptive Motors/

I.K. Alexandrov, E.V. Nesgovorov, V.A. Rakov // Russian Engineering Research, 2010.-No. 2. —pp.122-124.

В других изданиях

8. Регистрационная карта: инв. № 50201001370. Автоматизированный расчет оптимальных параметров гибридных силовых установок транспортных средств с последовательной и параллельной схемой расположения эле-

ментов: программа ГСУ-АВТО. - ИКАП / В.А. Раков. -№И100616190121; дата регистрации 10.08.10. - М.: ВНТИЦ, 2010. - 2 с.

9. Пат. 2411496 Российская Федерация, МПК в01 N 3/56. Способ экспериментально-теоретического определения фрикционных характеристик пары трения для передачи вращательного движения и устройство для его осуществления / И.К. Александров, В.А. Раков, А.В. Рыжков; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Вологодский государственный технический университет (ВоГТУ). - № 2009112708/28; заявл. 06.04.2009; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4. -8 с.

10. Александров, И.К. Модернизация традиционной методики расчета фрикционных потерь в парах трения на основе экспериментальных исследований механических потерь в опорах валов / И.К. Александров, В.А. Раков // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования: материалы пятой междунар. науч.-техн. конф., 23-25 нояб. 2009 г. - Вологда, 2009. - Т. 1. - С. 21-25.

11. Раков, В.А. Расчет параметров тягового привода электромобиля /

В.А. Раков // Материалы II ежегодных смотров-сессий аспирантов и молодых ученых по отраслям наук: в 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2008 г. - Т. 1: Технические науки. - С. 225-229.

12. Раков, В.А. Диагностирование автомобилей с гибридной силовой установкой - проблемы и пути их решения / В.А. Раков, И.К. Александров // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин приборов и оборудования: материалы шестой междунар. научн. - техн. конф.: в 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2010. - Т. 2. - С. 64-68.

13. Раков, В.А. Исследование и испытание гибридных двигателей транспортных средств / В.А. Раков, А.В. Смирнов, Д.А. Колесниченко // Молодежь. Наука. Инновации: Труды I международной научно-практической интернет-конференции. - Пенза: Пензенский филиал РГУИТП, 2010. - С. 246-257.

14. Раков, В.А. Результаты автоматизированного расчета параметров гибридного привода / В. А. Раков // Вузовская наука - региону: материалы восьмой всерос. науч.-техн. конф., 26 февр. 2010 г. / ВоГТУ. - Вологда, 2010. -Т. 1.-С. 263-265.

15. Раков, В. Концепция экономичного легкового автомобиля для города / В. Раков // Молодые исследователи - регионам: Материалы всерос. научн. конф. студентов и аспирантов: в 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2007. - Т. 1. - С. 293-295.

16. Раков, В.А. Определение оптимальных параметров накопителя энергии гибридных силовых установок автомобилей / В.А. Раков // Молодые исследователи - регионам: Материалы всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2009. - Т. 1. - С. 199-200.

17. Александров, И.К. Повышение экономичности автотранспортных средств путем использования гибридных силовых установок / И.К. Алексан-

дров, О.Л. Белков, В.А. Раков // Вузовская наука - региону: материалы пятой всерос. науч.-техн. конф., 21 февр. 2007 г. / ВоГТУ. - Вологда, 2007. - Т. 1. -

С. 4-7.

18. Александров, И.К. Модернизация расчета параметров тягового привода электромобиля / И.К. Александров, В.А. Раков // Вузовская наука - региону: материалы седьмой всерос. науч.-техн. конф., 27 февр. 2009 г. / ВоГТУ.

- Вологда, 2009. - Т. 1. - С. 112-114.

19. Раков, В.А. Особенности технического обслуживания гибридных автомобилей на территории РФ / В.А. Раков, И.К. Александров, А.Ю. Сальников // Вузовская наука - региону: материалы девятой всерос. науч.- техн. конф.,25 февр.2011 г./ВоГТУ.-Вологда,2011.-Т. 1.-С. 138-140.

Подписано в печать 23.01.2012. Уел. печ. л. 1,0. Тираж 120. Печать офсетная. Бумага офисная. Заказ №40.

Отпечатано: РИО ВоГТУ, 160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15

61 12-5/1840

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РАКОВ ВЯЧЕСЛАВ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.22.10 - эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Александров И.К.

Вологда 2012

6

14

14

30

41

Оглавление

Список терминов, условных обозначений и сокращений 5

Введение

Глава 1. Анализ автопарка гибридных автомобилей, эксплуатируемых в РФ и других государствах

1.1 Анализ численности, состава автопарка и конструкции гибридных силовых установок автомобилей эксплуатируемых на

территории РФ

1.2 Оценка состояния инфраструктуры обслуживания автомобилей с гибридными силовыми установками 28

1.3 Выявление элементов гибридной силовой установки проблемных для диагностирования

1.4 Анализ возникающих отказов и неисправностей автомобилей Тойота Приус

1.5 Оценка закономерности изменения технического состояния гибридных силовых установок по пробегу автомобиля 45

1.6 Вероятностная оценка отказов ДВС и его систем 47

1.7 Определение стратегии и тактики поддержания

работоспособности элементов гибридной силовой установки 51

1.8 Формулировка цели и задач исследования Выводы по первой главе Глава 2. Разработка методики оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей 57

2.1 Общее описание разрабатываемой методики 57

2.2 Выбор параметров оценки технического состояния гибридных

/ГА

силовых установок ои

2.3 Разработка диагностических матриц выявления отказов и неисправностей элементов гибридной силовой установки 63

54

55

2.4 Разработка способов определения параметров оценки технического состояния гибридной силовой установки на автомобиле 66

2.5 Алгоритм расчёта параметров оценки технического состояния

70

гибридных силовых установок

2.6 Программа вычисления эталонных значений параметров оценки технического состояния гибридных силовых установок ВО

2.7 Рекомендации по использованию методики 86

оо

Выводы по второй главе

Глава 3. Теоретические исследования оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей 89

3.1 Теоретические исследования с применением стандартного

89

ездового цикла ЕС 2004

3.2 Исследование факторов, влияющих на периодичность ТО и Р

да

гибридных силовых установок 7

98

Выводы по третьей главе

Глава 4. Эксплуатационные и стендовые испытания гибридных

силовых установок ^

4.1 Аналоговая модель оптимизации процесса диагностирования автомобиля с гибридными силовыми установками 100

4.2 Средства диагностирования для оценки технического

состояния гибридных силовых установок 105

4.3 Обоснование конструкции экспериментального стенда для моделирования работы гибридной силовой установки 107

4.4 Методика проведения стендовых исследований 114

4.5 Определение эффективных показателей с помощью

117

экспериментального стенда

4.5.1 Определение потерь в механической передаче

экспериментальной гибридной установки 116

4.5.2 Определение эффективности рекуперации 121

4.5.3 Определение энергетического КПД при различных схемах

передачи энергии

4.5.4 Исследование и анализ работы электропривода 131

133

134

135

135

4.6 Анализ стендовых испытании Выводы по главе

Глава 5. Результаты исследований

5.1 Оценка достоверности методики по результатам экспериментальных и теоретических исследований

5.2 Корректировка интервалов сервисного обслуживания автомобилей с гибридными силовыми установками 139

5.3 Рекомендации по унификации встроенной системы

диагностирования для производителей автомобилей 142

5.4 Экономическое обоснование применения методики оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей 143 Общие выводы и результаты работы I46 Список литературы Приложения

Приложение 1. Технические характеристики автомобилей с

гибридными силовыми установками, эксплуатируемыми в РФ 160

Приложение 2. Технические характеристики элементов гибридных

" 1 /л?

силовых установок автомобилей

Приложение 3. Результаты расчёта КПД механической передачи 162

Приложение 4. Копия акта внедрения в образовательный процесс 166 Приложение 5. Копия акта внедрения и использования результатов Приложение 6. Копия информационной карты алгоритмов и программ

148 160

167

Список терминов, условных обозначений и сокращений

ГСУ- гибридная силовая установка ДВС - двигатель внутреннего сгорания ВСХ - внешняя скоростная характеристика МГ- мотор генератор Ин - инвертор

ВВБ - высоковольтная батарея

PSD (Power Split Device) - устройство распределения мощности

Д1. i - датчик входных сигналов

Д2. i - датчик выходных сигналов

БС - блок сравнения

TP - трансмиссия

Ко - колесо

ЭБУ- электронный блок управления Ni-MH- никель-металлогидридная батарея Li-ON- литий-ионная батарея

ЭСУД- электронная система управления двигателем

Введение

Согласно последнему статистическому исследованию, проведённому компанией ВР [79], подтверждённых запасов нефтепродуктов во всём мире разведано на 60 лет добычи, при существующих темпах роста потребления на 30 лет, что неизбежно приведет к поиску новых технических решений повышения энергоэффективности в автомобильной отрасли [12]. Другой серьёзной проблемой станет снижение пагубного влияния продуктов сжигания углеводородов на окружающую среду [36]. Данные обстоятельства приводят к совершенствованию конструкции автомобилей, что способствует повышению технико-эксплуатационных свойств. Одно из возможных конструктивных решений - автомобили с электромеханическими силовыми установками. Согласно действующему техническому регламенту о безопасности колесных транспортных средств таким силовым установкам присвоено название - гибридные (ГСУ). В качестве первичного источника энергии в них используют ДВС, вторичный чаще всего - электрический накопитель энергии. В последние годы число таких автомобилей в нашей стране заметно возросло, некоторые из них эксплуатируются с 1999 года. Тенденция к повышению производства таких автомобилей обусловлена повышающимися требованиями к экологической безопасности и увеличением спроса на автомобили с экономичным двигателем [24].

В Евросоюзе рассматривают проект закона к 2050 году ввести запрет на продажу бензина и эксплуатацию автомобилей с традиционным бензиновым или дизельным двигателем в крупных городах. В ближайшие 2 года ожидается значительное увеличение предлагаемых потребителю марок автомобилей с ГСУ со стороны европейских, китайских, корейских, а так же российских автопроизводителей, что повышает актуальность проблемы исследований [38,68]. Одновременно повышаются требования к методам, оборудованию и технологиям обеспечения работоспособности автомобилей в процессе эксплуатации.

Диагностирование, ремонт автомобилей с электромеханическими установками на данный момент является актуальной задачей. ГСУ в совокупности с бортовым компьютером автомобиля и другими его узлами представляет собой

сложную систему, требующую специальных подходов при определении технического состояния и ремонте [44]. Именно такая проблема может возникнуть при эксплуатации подобных автомобилей, в частности гибридных автомобилей Тойота, Лексус, Хонда, Форд. В свою очередь от технического состояния автомобиля на дороге напрямую зависит безопасность участников дорожного движения [30].

В действующем в РФ положении по техническому обслуживанию отсутствует нормативная информация по автомобилям с ГСУ. Технический регламент также не содержит информации по определению исправного состояния силовых агрегатов с электромеханической трансмиссией [77]. Имеющейся нормативно-справочной литературы [70,81] недостаточно для создания условий качественного обслуживания гибридных силовых установок автомобилей. Ведущие производители автомобилей с ГСУ на данный момент мало заинтересованы в организации обслуживания вне дилерских центров и предоставлении информации по условиям определения технического состояния ГСУ. Обслуживающий персонал станций технического обслуживания существующей инфраструктуры не имеет достаточной квалификации для проведения диагностики и ремонта такого рода автомобилей.

На сегодня в нашей стране существует несколько центров для автомобилей с ГСУ марок Тойота, Лексус, что говорит об имеющейся потребности в их обслуживании. Основное средство диагностирования здесь: диагностический сканер Тойота, позволяющий считывать информацию о неисправностях с бортовой

системы диагностики.

В России десятки городов с числом зарегистрированных автомобилей более 200 тыс., расположенных в 7 часовых поясах. Только в одной из специализирующихся на гибридных автомобилях станции технического обслуживания города Москва обслуживают более 3000 автомобилей Тойота. Общее количество официально проданных автомобилей с ГСУ в России, по итоговым отчётам компаний Тойота, Лексус, БМВ, с 2004 по 2010 год составило около 7500 штук. Всего в автопарке страны на середину 2011 года, эксплуатировалось от 20 до 25

тыс. автомобилей с ГСУ, темпы роста составляют в среднем 40-50% в год. Существующая инфраструктура не в состоянии обслуживать такую обширную зону, а приобретение учебного и диагностического оборудования стоимостью несколько миллионов рублей даже для дистрибьюторов компании Тойота не целесообразно. Всё это создает проблемы владельцам автомобилей с ГСУ, что ограничивает интерес к ним и затормаживает обновление автомобильного парка страны. Необходим более универсальный и доступный способ определения технического состояния гибридных силовых установок.

В процессе эксплуатации ухудшение эффективных показателей автомобиля может быть вызвано нарушением условий эксплуатации, износом деталей, другими взаимосвязанными причинами, для чего необходимо произвести анализ известных неисправностей, связанных с ГСУ. В то же время неисправности могут быть не явными, т.е. возникающие только в определённых условиях, не всегда определяемые или не определяемые статическими замерами. Это связано с тем, что в выполнении выходного процесса участвуют четыре самостоятельных узла: двигатель, мотор - генератор 1 (МГ1), мотор - генератор 2 (МГ2) и высоковольтная батарея (ВВБ), каждый из элементов представляет собой самостоятельную систему. Выбор диагностических параметров оценки технического состояния ГСУ с такой системой требует дополнительного анализа. Для этих целей, возможно использовать методику оценки технического состояния транспортных средств в условиях тестирования, а так же с применением специальных записывающих устройств, для

последующего анализа и обработки данных.

В связи с этим в диссертационной работе разработана методика и оборудование, во многом позволяющие упростить процесс диагностирования, априорно оценить техническое состояние тягового гибридного привода автомобиля, а также оборудование для диагностики и обучения инженеров-механиков устройству и принципам ремонта ГСУ.

Экспериментальные исследования по применяемым методикам и оборудованию могут быть проведены на действующих ГСУ, с этой целью мо-

жет быть использовано несколько гибридных автомобилей или экспериментальная модель, имитирующая работу в условиях заданных изменяющихся нагрузок. Такая задача так же поставлена в диссертационной работе.

Наиболее близкими по направлению исследования в данной области являются работы следующих авторов:

- Александров И.К., «Энергетический анализ механизмов и машин» [13,3];

- Златин П.А., Электромобили и гибридные автомобили [23];

- Сурин, Е.И., «Энергетическая эффективность электромобилей и гибридных автомобилей»; [48,49,57];

- Мирошников Л.В., «Диагностирование технического состояния автомобилей на автомобильном транспорте» [35];

- Карпухин К.Е., «Принципы и алгоритм управления автомобилем с гибридной силовой установкой» [25];

- Умняшкин В.А., «Основы методики расчёта и обоснования базовых параметров гибридной энергосиловой установки легкового автомобиля» [65,51];

- Ипатов A.A. Электромобили и автомобили с КЭУ [26].

Проанализированы работы других авторов по исследуемой проблеме

[1, 4,16,17,21,22, 24,27,28,29,34,53,55].

Целью работы является разработка методики оценки технического состояния, повышающей качество диагностирования ГСУ автомобилей.

Поставленная цель достигается посредством решения следующих задач:

-определение комплекса методических задач для возможности применения действующей методологии при оценке технического состояния ГСУ;

- обоснование выбора диагностических параметров для оценки технического состояния ГСУ;

- разработка методики оценки технического состояния ГСУ автомобилей;

- разработка математической модели вычисления эталонных значений диагностических параметров при определении технического состояния элементов ГСУ;

-установление факторов, влияющих на результаты оценки технического состояния ГСУ;

-оценка адекватности разработанных алгоритмов реальным процессам, происходящим в ГСУ автомобилей;

-разработка и изготовление экспериментальной установки и средств

диагностирования;

- разработка алгоритма поиска неисправностей ГСУ автомобилей с использованием методики;

- технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения

разработанной методики.

Для достижения поставленной цели используются следующие методы исследования:

- моделирование функциональных параметров элементов ГСУ в различных динамических режимах;

- оценка технического состояния ГСУ для вычисления эталонных значений диагностических параметров с использованием математического моделирования процессов функционирования ГСУ с последующей алгоритмизацией и разработкой программ в средах MathCAD и Excel [8].

Методика оценки технического состояния ГСУ апробирована в лабораторных условиях на экспериментальной установке и при испытаниях гибридного автомобиля Toyota Prius NHW11.B ходе экспериментальных исследований циклы «разгон-торможение» ГСУ задаются с помощью программного обеспечения Omron CX-Drive. Измерение и запись текущих параметров осуществлена с использованием программного обеспечения L-Graph и измерительной системы L-Card. Оценка достоверности математической модели проведена методом сравнения вычисляемых диагностиче-

ских параметров с аналогичными значениями, установленными заводом-изготовителем автомобилей Toyota Prius.

Объект исследования - методики оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей.

Научная новизна работы заключается в получении следующих результатов:

- разработана методика оценки технического состояния ГСУ автомобилей, которая отличается от известных методик тем, что одновременно оценивает работу двух потоков мощности: от ДВС и высоковольтной батареи

(ВВБ) гибридного привода [7,11, 41,45];

- разработан алгоритм вычислений, который реализован в программной среде MathCAD и Excel, обеспечивающий вычисление эталонных значений диагностических параметров, для заданных условий тестирования;

- разработан алгоритм поиска неисправностей и практические рекомендаций по способам оценки технического состояния элементов ГСУ[44];

- обоснована корректировка программа проведения ТО гибридного автомобиля Toyota Prius для российских условий эксплуатации [72];

- разработана, изготовлена и апробирована экспериментальная установка, способная быть полезной в практике технической эксплуатации автомобилей с ГСУ, а также в процессе обучения студентов и бакалавров вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» [43].

Практическая ценность работы заключается в возможности практического использования разработанной методики на станциях технического обслуживания для повышения уровня достоверности при постановке диагноза, а также качества технического обслуживания ГСУ автомобилей.

Срок окупаемости капитальных вложений во внедрение разработанной методики и рекомендуемого диагностического оборудования, определенный с учетом темпа роста количества обслуживаемых гибридных автомобилей, составит 3,5 года.

Изготовленная экспериментальная установка используется в образовательном процессе при обучении специалистов в Вологодском государственном техническом университете (акт внедрения), и рекомендована для

обучения инженеров-диагностов на СТО.

Апробация и внедрение пезультатов. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автомобилей и автомобильного хозяйства» Вологодского государственного технического университета. Основные положения работы доложены на 3 международных [8,43,44] и 6 Всероссийских научно-технических конференциях в 2008-2010 годах.

Некоторые положения работы были представлены на международных выставках, по результатам которых получена серебряная медаль девят�