автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Принципы и алгоритм управления автомобилем с гибридной силовой установкой

На правах рукописи

Карпухин Кирилл Евгеньевич

ПРИНЦИПЫ И АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ

Специальность 05. 05. 03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003452248

На правах рукописи

Карпухин Кирилл Евгеньевич

ПРИНЦИПЫ И АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ

Специальность 05. 05. 03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете «МАМИ»

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор В.В. Селифонов

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Н.М. Филькин

кандидат технических наук, доцент А.Б. Фоминых

Ведущая организация

ГНЦ РФ ФГУП НАМИ

Защита диссертации состоится "18" декабря 2008г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 при Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 107023 г. Москва, ул. Б. Семеновская, 38. МГТУ «МАМИ», ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МГТУ «МАМИ»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по адресу: 107023 г. Москва, ул. Б. Семеновская, 38. МГТУ «МАМИ».

Автореферат разослан "31" октября 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета *

кандидат технических наук, профессор

Ю.С. Щетинин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время автомобильный транспорт, неотъемлемо вошел в нашу жизнь, внеся в неё как положительные, так и отрицательные черты. Действительно, транспортные перевозки крупных городов нельзя представить без автомобилей. Однако за прошедшие сто лет автомобиль не только до неузнаваемости изменился сам, но и значительно изменил окружающий мир. Автомобили, оборудованные двигателями внутреннего сгорания (ДВС), расходуют огромное количество моторного топлива и выбрасывают в окружающую среду вредные вещества вместе с выхлопными газами. Эта проблема, особенно остро стоит в крупных городах и вблизи автомагистралей. К началу 2008 года общий мировой парк легковых автомобилей, по различным оценкам, превысил 800 млн. единиц, увеличившись за последние 10 - 15 лет почти на 50 %. Значительная доля мирового парка автомобилей приходится на Европу, включая Россию. Доля автомобилей в загрязнении атмосферы окружающей среды крупных городов составляет 80 -90 %, в несколько раз превышая долю промышленных предприятий. В одной только России транспорт за год выбрасывает в атмосферу около 15 миллионов тонн вредных веществ. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат около 200 различных компонентов, большинство из которых токсично. Период их существования длится от 2-3 минут до 4-5 лет.

Ухудшение экологической обстановки, обусловленное вредным воздействием автотранспорта, приняло катастрофический характер, поэтому приоритетной задачей проектирования автомобилей является снижение количества выбросов вредных веществ и улучшение топливно-экономических показателей автомобиля. Это заставляет ученых, конструкторов и инженеров искать способы решения этой проблемы.

Единственно рациональный выход - создание экологически чистого городского транспорта. Возможность выхода из тупиковой ситуации путем применения электромобилыюго транспорта не является корректной из-за низкой эффективности чистого электромобиля. Поэтому рациональным пу-

тем решения сложившейся проблемы является создание автомобиля с гибридной силовой установкой (ГСУ), которая позволит решить вышеперечисленные проблемы.

Гибридными силовыми установками, с различными типами силового привода, занимаются многие известные фирмы. Например, Toyota с 1997, а Honda с 2000 года выпускают серийно автомобили с ГСУ. Такие фирмы как Audi, BMW, Dodge, Renault, GMC, Subaru, Mercedes, Mercury, Ford, Mazda и д.р. уже выпустили концепт кары с ГСУ и с 2009 - 2010 года планируют серийный выпуск этих машин.

Отечественное автомобилестроение существенно отстает в разработке и реализации этого направления. В связи с этим исследования в области создания отечественного гибридного автомобиля крайне актуальны, т.к. лежат в русле стратегических разработок по повышению экономической и экологической безопасности России.

Цель работы. Разработка принципов и алгоритма управления гибридной силовой установкой полноприводного, многоцелевого автомобиля с параллельной компоновочной схемой ДВС и электродвигателя.

Задачи исследований. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследований:

- выбор рациональной схемы для полноприводного, многоцелевого автомобиля;

- разработка методик расчета основных технических характеристик ГСУ по выбранной схеме;

- расчет эксплуатационных показателей автомобиля с ГСУ по выбранной схеме и получение исходных параметров для разработки принципов и алгоритма управления автомобилем;

- создание и анализ имитационной математической модели;

- разработка принципов и алгоритма управления ГСУ;

- разработка рекомендаций по созданию ГСУ для автомобилей семейства УАЗ.

Методы исследований, используемые в работе, базируются на основных положениях теории автомобиля, автоматизированных систем автомобиля, основных положениях электроники и электротехники, методов инженерного эксперимента и математического анализа.

В качестве теоретической базы для проведения исследований использовались фундаментальные и прикладные труды ведущих отечественных и зарубежных ученых.

Достоверность и обоснованность. Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается согласованностью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, полученных в лабораторных и дорожных условиях НИЦИАМ ФГУП НАМИ.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана компьютерная имитационная модель, описывающая работу автомобиля и агрегатов ГСУ;

- разработаны принципы и алгоритм управления автомобилем с ГСУ;

- разработана методика, получения рациональных значений основных параметров агрегатов ГСУ выполненной по выбранной схеме;

- разработана и создана конструкция опытного автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа;

- уточнена методика экспериментальных исследований автомобиля с гибридной силовой установкой в стендовых и дорожных условиях;

- разработаны рекомендации по изготовлению автомобилей с гибридной силовой установкой семейства УАЗ.

Практическая ценность. Диссертационная работа была выполнена в рамках тематической работы Министерства образования и науки РФ «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области транспортных технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-

технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок» и программы правительства Москвы «Альтернативные источники энергии для больших городов». Внедрение в производство разработанных принципов и алгоритма управления автомобилем с ГСУ, а также рекомендаций по созданию гибридного автомобиля позволяет значительно улучшить эксплуатационные свойства автомобиля, что подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы реализованы в научно-образовательном центре «Автомобили с ГСУ» при подготовке предложений для предприятий автомобильной промышленности по разработке перспективных моделей автомобилей с ГСУ. В учебных целях, при проведении занятий по курсам «Теория автомобиля», «Конструирование и расчет автомобиля» и «Автоматизированные системы автомобиля» для студентов, обучающихся по специальности 190201.65 «Автомобиле - и тракторостроение».

Апробация работы. Результаты исследований доложены на 49-ой международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2005г); на 4-ой Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ (г. Тольятти, 2005г.), на 58-ой международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» ФГУП НИЦИАМТ (г. Дмитров 2007г.), на 72-ой научно-технической и научно-методической сессии университета ХНАДУ (г. Харьков 2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, причем 3 в изданиях входящих в перечень ВАК РФ, 1 учебное пособие с грифом УМО и 4 научно-исследовательских отчета, по которым автор является ответственным исполнителем. Получен 1 патент на изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе диссертации проанализировано воздействие автотранспортного комплекса России на окружающую среду. Рассмотрены вопросы нормирования экологических показателей автотранспортных средств. Рассмотрены вопросы проблем движения автотранспорта в городских условиях, которые включают в себя три основных вопроса:

- Современные двигатели автомобилей имеют достаточно высокую мощность, для обеспечения динамичного и безопасного движения. Однако при движении в городе скорости ограничены, вследствие чего автомобиль должен идти с глубоким дросселированием двигателя на неэкономичных режимах, сопровождающихся повышенным расходом топлива;

- Непрерывное чередование фаз разгона и замедления, приводит к тому, что 70% энергии топлива, затрачиваемой на накопление кинетической энергии автомобиля теряется во время замедления автомобиля;

- На остановках автомобильные двигатели не глушатся, ДВС расходуют энергию, по сути, впустую, поэтому приоритетной задачей проектирования городских автомобилей является снижение количества выбросов вредных веществ и улучшение топливной экономичности.

Проанализированы перспективные пути улучшения топливно-экономических и экологических показателей автомобилей, а также предпосылки создания автомобилей с гибридной силовой установкой. Проанализировано общее состояние разработок в области гибридостроения.

Наиболее глубокие исследования, посвященные данной проблеме, выполненные за последние годы рядом российских и зарубежных ученых. Данную проблему исследовали: C.B. Бахмутов, P.M. Галиев, Н.В. Гулиа, О.Н. Дидманидзе, М.М. Дижур, И.С. Ефремов, В.А. Звонов, С.А. Иванов, Д.В. Изосимов, A.A. Ипатов, В.Ф. Каменев, A.JI. Карунин, И.П. Ксеневич, Л.Ю. Лежнев, В.В. Ломакин, Б.И. Петленко, В.А. Петров, В.Е. Розенфельд, В.В.

Селифонов, А.Д. Степанов, В.А. Умняшкин, Н.М. Филькин, В.М. Фомин, Б.Я. Черняк, С.Ю. Шугуров, A.A. Эйдинов, В.Е. Ютт, M. Berg, P. Chudi, R. Krish-namachari, A. Malmquist, J. Maxwell, P. Papalambros и др.

Основным критерием выбора темы работы была практическая потребность машиностроительных заводов в разрабатываемом научном направлении, позволяющим существенно улучшить эксплуатационные свойства выпускаемых легковых автомобилей. Интерес к подобным автомобилям проявляется как со стороны потребителей городского транспорта, так и со стороны заказчиков оборонной техники. Цели создания автомобилей с гибридными силовыми установками в этих двух случаях разные, но пути реализации имеют очень много общих черт. Следует вместе с тем отметить, что в отечественной автомобильной промышленности реальные конструкторские работы по созданию подобных транспортных средств в настоящее время не ведутся. Проводившиеся до последнего времени исследовательские работы в этой области в научных подразделениях высших учебных заведений велись с определенным отрывом от возможностей и области интересов автостроительных предприятий. В настоящее время в отечественной автомобильной промышленности есть автомобильные заводы, выпускающие продукцию, как для народного хозяйства, так и для обороны. В частности, таким предприятием является Ульяновский Автомобильный Завод, продукция которого может использоваться как в городских условиях, так и в вооруженных силах России. При этом возможность создания образцов таких автомобилей с гибридными силовыми установками представляется весьма перспективной.

Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных задач по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследования диссертационной работы:

- обобщающий анализ известных автомобилей с гибридными силовыми установками, как концептов, так и серийно выпускаемых;

- выбор наиболее рациональной схемы ГСУ применительно к многоцелевому автомобилю;

- разработка методик расчета основных технических характеристик ГСУ по выбранной схеме;

- расчет эксплуатационных факторов автомобиля с ГСУ по выбранной схеме и получение исходных параметров для построения имитационной модели управления автомобилем с ГСУ;

- разработка принципов и алгоритма управления автомобилем с ГСУ;

- разработка и создание конструкции опытного автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа;

- разработка рекомендаций по создания ГСУ для автомобилей семейства УАЗ.

Во второй главе проведен анализ и выбор схемы ГСУ, показана структуризация автотранспортных средств с гибридными силовыми установками.

В соответствии с разработанными Поправками к Правилам № 83 ЕЭК ООН, термин «гибридное транспортное средство» (НУ) обозначает АТС, имеющее, по крайней мере, два различных преобразователя энергии и две различные системы хранения энергии на борту для обеспечения его движения. Термин «гибридное электрическое транспортное средство» (НЕУ) означает АТС, которое может получать энергию для его движения от 2-х следующих источников хранения на борту: какое-либо топливо и электрическое энергонакопительное устройство (батарея, электронакопители емкостного или маховичного типа и др.).

Составляющие ГСУ компоненты:

• Двигатель внутреннего сгорания;

• Обратимая электромашина (тяговый электромотор-генератор);

• Генератор;

• Накопители энергии (аккумуляторные батареи или высокоемкие конденсаторы);

• Сцепление;

• Коробка передач;

• Система управления;

• Силовая электроника для АТС с ГСУ;

• Зарядная инфраструктура для АТС с ГСУ.

Проанализированы три основные схемы ГСУ: последовательная, параллельная и «сплит».

Выбрана наиболее рациональная, применительно к многоцелевому автомобилю, параллельная схема ГСУ и приведено компоновочное решение:

Рис. 1. Компоновочная схема полноприводного многоцелевого автомобиля с ГСУ. 1 - ДВС, 2 - привод переднего моста, 3 - коробка передач, 4 - раздаточная коробка, 5 - привод обратимой электрической машины, 6 - обратимая электрическая машина, 7 - электрические накопители энергии, 8 - передний мост, 9 - привод заднего моста. 10 - система управления тяговым электрооборудованием, 11 - задний мост.

На данную разработку имеется Патент на изобретение №2312030 от

29.12.2005г. В нее входят элементы не только серийного автомобиля (ДВС, коробка передач, приводы переднего и заднего мостов), но и новые для автомобиля устройства (обратимая электрическая машина со своим приводом, система управления тяговым электрооборудованием и накопители энергии). На основе данного компоновочного решения был создан автомобиль с гибридной силовой установкой УАЗ 3153 МАМИ. Общий вид и расположение электрических компонентов, представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Автомобиль с ГСУ УАЗ 3153 МАМИ.

В третьей главе показана структурная схема и приведено описание имитационной модели, необходимой для построения принципов и алгоритма управления автомобилем с гибридной силовой установкой.

Имитационная модель гибридной силовой установки необходима для определения значений выбросов вредных веществ и расхода топлива в зависимости от режима работы двигателя, то есть в зависимости от положения управляющего органа - педали управления автомобилем, педали торможения автомобиля и частоты вращения коленчатого вала пдв а для обратимой электромашины тока генератора, напряжения генератора и степени зарядки накопителей.

Значения г) MPi г| рир накопителей, определяются, исходя из данных производителей и экспериментальным путем. На данном автомобиле установлены свинцово-кислотные аккумуляторные батареи OPTIMA D1000.

Рис.3. Структурная схема имитационной математической модели. Проведен выбор потребной мощности тягового электродвигателя для автомобиля с ГСУ.

Оценивая массив вычисленных значений N^ =/{Уа), выбираем максимум из полученных значений Л' '.

где лг^ - мощность, необходимая для разгона на 1-ой фазе разгона, мощность, необходимая для разгона на 1-ой фазе разгона

Исходя из шах Л^', определяем необходимую мощность на колесах

автомобиля, которая составила 23,61 кВт

С учетом КПД механических и электрических агрегатов системы, требуемая мощность электродвигателя для разгона в городском цикле до 50 км/ч по правилу №83 ЕЭК ООН, рассчитанная для автомобиля УАЗ-З153 с ГСУ: хг'преб

ЛЖ? = _*-= = 34,97 кВт

ТЭД ц .„ 0,9-0,75 'тр 'ТЭЦ

Птр - 0,9 - кпд трансмиссии,

Л „л- 0,75 - кпд тягового электродвигателя.

Энергия, поступившая в накопитель на фазе замедления учетом КПД электроагрегатов:

Ч '

-Л-Чг.-Т,^ •Д/-^=113,7кВтс

г.

Общий КПД электропривода при рекуперации энергии:

Л рек =Лтр Л ген Лпр Пзар = 0,9-0,75-0,8-0,85 = 0,459

Общий КПД электропривода при движении на электротяге.

Праз = Птр Птэд Чир Празр = 0,9-0,75-0,80,8 = 0,432

Энергия, затраченная электродвигателем на фазах разгона и равномерного движения:

А^ -= -!=-= 1647, 9 кВт с

Пр«, Пр.„

Как видно из расчетов, энергия, рекуперируемая при торможении, составляет лишь определенную часть затраченной электродвигателем энергии при разгоне и равномерном движении. Поэтому очевидно, что необходимо использовать избыток мощности ДВС для рекуперации электроэнергии при

работе гибридной силовой установки во время движения по городскому циклу. При этом достигается ряд преимуществ: ДВС дополнительно загружается генератором и выводится на режим, обеспечивающий как минимизацию удельных расходов топлива, так и минимизацию вредных выбросов одновременно при этом пополняя запас электроэнергии в батареях. В результате данных расчетов нам необходима максимальная мощность ЭД равная 35 кВт.

Был проведен расчет динамических и топливо - экономических показателей стандартного и гибридного автомобиля. При расчете топливной экономичности при разгоне автомобиля применялся метод численного интегрирования, при котором на элементарно малом отрезке времени скорость автомобиля принималась постоянной, средней на этом интервале, сила сопротивлению движения также принималась средней на интервале, но к ним добавлялись все силы инерции.

В результате расчетов путевой расход топлива стандартного автомобиля при движении в режиме городского цикла по правилам № 83 ЕЭК ООН составил: 18,85, л/100км.

Таблица 1. Результаты расчета путевого расхода топлива автомобиля с ГСУ

Режимы работы ГСУ № "гР <2*, г <2, л/100км В, кВтс Од от Г Оэк-в, л/100км

Равномерное движение 35км/ч-ДВС 50км/ч-ДВС 3 81,79 11,028 +349,135 - 11,028

4 79,91 10,775 -128,548 8,927 12,17

Равномерное движение 35км/ч-ТЭД 50км/ч-ДВС 3 74,98 10,11 +53,796 - 10,11

4 72,98 9,84 -292,302 20.299 12,78

Равномерное движение 35км/ч-ТЭД 50км/ч-ТЭЛ 3 60,71 8,186 -354,911 24,647 11,69

Расчеты показывают, что применение ГСУ позволяет сократить расход топлива при движении в городском цикле по правилам №83 ЕЭК ООН в зависимости от режимов работы ГСУ от 32,2% до 46,3%.

При построении алгоритма управления автомобилем с ГСУ встает проблема возможного возникновения динамических нагрузок в трансмиссии, при запуске ДВС путем принудительно вращения коленчатого вала от трансмиссии с высокой частотой (запуск ДВС сходу). Действительно, если величина нагрузки при запуске двигателя гибридного автомобиля сходу будет велика, то использование данного автомобиля будет невозможно. Вариант запуска ДВС с помощью электростартера не целесообразен с точки зрения резкого увеличения токсичности, а также потери времени на сам запуск.

В данном случае система двигатель-трансмиссия транспортное средство - дорога моделируется эквивалентной схемой:

О М

нГ

О

О

о

У*

Саг

К

о

Ух

с

л

рис.4 Расчетная динамическая схема

Уравнения, описывающие ее динамику на основании уравнения Ла-гранжа, которые имеют вид:

Щ =йУ.(В + 0-п)кге

В Б 0 двигатель

0,45 0,00035 1,15-1,45 карбюраторный

0,7 0,0005 1,1-1,25 дизельный

Мс-Ст(<рс-<р^ = 0

^<Р„-Ст(<Рс-<Р^+Сш(<р„-<1>а) = 0

¿,(Ра-Сш{<Рк-<Рс) = О Уравнения для определения угловой скорости и углового ускорения ведущих колес:

Полученные результаты аналитических расчетов показали, что величина нагрузок при запуске двигателя автомобиля «сходу» при скоростях движения от 25 до 35 км/ч находится в пределах нормы.

Вследствие определения основных элементов входящих в состав гибридной силовой установки, построения имитационной модели, проведения основных теоретических расчетов опишем базовые принципы работы автомобиля с ГСУ:

1. Исключить из режимов работы не рациональные режимы работы двигателя внутреннего сгорания.

2. ДВС должен работать на режимах, обеспечивающих минимально возможный расход топлива и минимально возможный выброс вредных веществ.

3. На стоянках ДВС не работает.

4. Применять рекуперацию энергии торможения.

5. Обеспечение работы ЭД и генератора в зоне приемлемых КПД;

6. Минимилизация электрического дисбаланса в режиме городского цикла.

7. Выборы режима работы ДВС необходимо обуславливать как минимизацией расхода топлива и минимально возможным выбросом вредных веществ и минимилизацией электрического дисбаланса.

Вследствие выработки принципов управления, был построен алгоритм управления автомобилем гибридной силовой установкой параллельного типа.

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа.

Диссертационные исследования проводились в стендовых условиях на автомобильном стенде с беговыми барабанами, с использованием расходо-

мера топлива, газоанализатора и системы отбора отработавших газов, а также в дорожных условиях на дорогах НИЦИАМ ФГУП НАМИ.

При исследованиях использовались разработанные в данной диссертационной работе принципы и алгоритм управления автомобилем с ГСУ. Сопоставление расчетных зависимостей с результатами экспериментальных измерений позволили оценить достоверность и точность использованных методик исследований.

Показаны программы, методика и аппаратура экспериментальных исследований автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа в стендовых и дорожных условиях. Для определения топливной экономичности и токсичности отработавших газов автомобиля были проведены стендовые испытания согласно правилам №83 ЕЭК ООН, в соответствии с которыми расход топлива автомобиля и количество вредных выбросов измеряются в режиме движения по городскому циклу, а также согласно правилам №101 ЕЭК ООН определялся баланс энергии. Использовалась первая часть городского цикла, представляющая наибольший интерес для сопоставления различных схем ГСУ и режимов их работы. Испытательный городской цикл в этом случае состоит из четырех повторов простых циклов продолжительностью 195с каждый, при этом общая продолжительность цикла составляет 780с.

Таблица. 2. Условия испытаний:

1 Атмосферные условия давление. кПа - 98 к - 24оС 1 влажность 54%

2 Топливо пои испытаниях бензин. АИ-92

3 Стенд с беговыми барабанами мод. CD-60 d). Froude (Великобритания)

алгоритм загоузки F=11.57+0.07865 V2

эквивалентная инерционная масса. 2150

поглощаемая мощность стенда. кВт 50км/ч-.2.89 180 км/ч-11.44

4 Газоанализатор мод. SAE 8539 cb.Yanako (Япония")

5 Система отбора ОГ CFV/CVS мод. CVS LD-30 Ф. AVL (Австрия)

Поскольку стенд не ориентирован на полноприводные автомобили, удалось реализовать только одну из возможных схем привода экспериментального гибридного автомобиля — задний привод.

Рис. 5. Работа ГСУ в городском цикле.

ТЭД - движение на тяговом электродвигателе ДВС+ГЕН - движение на ДВС с рекуперацией энергии. ГЕН - рекуперация при торможении Последний участок равномерного движения в одном из заездов электромашина работает в режиме тягового двигателя, в другом - в режиме генератора

При стендовых испытаниях были реализованы следующие режимы работы ГСУ в условиях равномерного движения: Таблица 3 . Режимы работы ГСУ.

№режима Режим работы ГСУ

1 равномерное движение со скоростью 35 км/ч происходит на ТЭД (3 передача)

2 равномерное движение со скоростью 35 км/ч происходит на ДВС (третья передача), избыток мощности направляется в накопитель

3 равномерное движение со скоростью 35 км/ч происходит на ДВС (четвертая передача), избыток мощности направляется в накопитель

Расход топлива испытуемого автомобиля определялся двумя способами: прямым - по расходомеру и косвенным - вычислялся по показаниям газоанализатора. Выполнение городского цикла осуществлялось по прибору водителя, который допускал погрешность по скорости ± 2 км/ч, по времени -± 1 с. Замерялись параметры электромашины и накопителя.

При этом, для стендовых испытаний автомобилей с гибридными силовыми установками приняты правила №101 ЕЭК ООН. При наличии дефицита электрической энергии в городском цикле этими правилами предусмотрена коррекция показаний расхода топлива с учетом величины дефицита электрической энергии. При нулевом электроэнергетическом балансе коррекция не производится. Коррекция осуществляется по следующим формулам: 1. Корректирующий коэффициент расхода топлива:

где: С, - расход топлива, измеряемый при ¡-том испытании, проведенном заводом-изготовителем (л/100 км);

<3; - электроэнергетический баланс измеряемый при ¡-том испытании, проведенном заводом-изготовителем (Л-ч), п - количество данных.

2. Расход топлива, приведенный к нулевому балансу энергии: Со = С - (л/100 км),

где: С - расход топлива, измеряемый в ходе испытания (л/100 км), О - электроэнергетический баланс, измеряемый при испытании (А-ч). Результаты стендовых испытаний (по ездовому циклу Правил ЕЭК ООН №83-00) из прогретого состояния.

Таблица 4. Выбросы вредных веществ и расход топлива в городском цикле.

Вид силовой установки Выбросы вредных веществ, г/км л/100км

СО СН ЫОх С02 по газовому анализу по расходомеру

Штатная (бензиновый ДВС) 17,8 3,43 3,88 383 18,8 20,45

Гибридная - режим 1 5,3 1,51 3,92 211 9,5 10,25

Гибридная - режим 2 7,5 1,21 5,2 225 10,2 10,45

Гибридная - режим 3 9,23 2,1 3,9 218 10,1 10,76

Результаты дорожных испытаний:

Таблица 5. Расход топлива в городском цикле при дорожных испытаниях

варианты 1 2 3 4 5

<3$ г.ц., л/100км 20,074 15,600 14,800 15,100 14,925

разница, л/100км 4,47 5,274 4,974 5,1

разница, % 22,29 26,27 24,78 25,65

1 - автомобиль в стандартной комплектации,

2 - ГСУ, раздельный полный привод, движение только на третьей передаче в КП,

3 - ГСУ, раздельный полный привод, движение на третьей и четвертой передача* в КП,

4 - ГСУ, задний привод, движение на третьей и четвертой передачах в КП,

5 • ГСУ, блокированный полный привод, движение на третьей и четвертой передачах в КП

Среднеквадратичное значение отклонения результатов эксперимента и расчета составляет величину:

ок= 1,604 , т.е. несовпадение эксперимента и расчета составляет 14,5 % , что следует признать достаточным признаком адекватности предложенной расчетной модели.

В пятой главе предложена оптимальная конфигурация промышленного образца автомобиля с гибридной силовой установкой и соответственно дальнейшее развитие данной работы.

Основную концепцию дальнейшего развития данной работы можно сформулировать следующим образом: на основе проведенных ранее теоретических и экспериментальных исследований, а также построения имитационной модели, принципов и алгоритма управления макетным образцом автомобиля с гибридной силовой установкой, двигателей создать конструкцию и методики расчета параметров гибридных силовых установок для многоцелевых транспортных средств (провести комплекс теоретических, расчетных, проектных и экспериментальных исследований).

Основные требования к эксплуатационным параметрам разрабатываемых гибридных силовых установок: снижение расхода топлива на 30-50 % и обеспечение выполнения норм по токсичности отработавших газов Евро - 5 и выше в сравнении с базовыми моделями автомобилей.

Проведенные исследования позволили определить общую концепцию создания городского, развозного автомобиля с гибридной силовой установкой. В качестве основополагающей, предлагается параллельная схема ГСУ.

Удобнее всего реализовать такую схему на базе полноприводного автомобиля. В качестве основного варианта предлагается шасси на основе автомобиля УАЗ грузоподъемность 0,8 тонны (Патриот или Хантер).

Обратимая электрическая машина мощностью 35 - 50 кВт, минимальным напряжением 120 V. Единое приемно-распределительное устройство на основе раздаточной коробки УАЗ, реализуется один из исследованных вариантов ГСУ - с приводом от ДВС на задний мост и приводом от обратимой электрической машины - на передний мост, либо вариант с приводом обоих источников энергии на один задний ведущий мост.

Накопители энергии - комплекс 12 V батарей общим напряжением 120 V. Требуемая мощность накопителя в режиме зарядки - не менее 40 кВт, в режиме разряда - не менее 50 кВт.

На данном автомобиле, на основании ранее выполненных исследований, проведенных расчетов, разработанного и отлаженного алгоритма управления автомобилем с ГСУ возможно создание автоматических систем управления агрегатами и системами автомобиля с ГСУ. Для этого необходимо создание и установка следующих систем:

- бортового компьютера, управляющего ГСУ;

- электронного модуля педали управления, с датчиком положения педали;

- датчиков скорости автомобиля, подающих сигнал на на бортовой компьютер;

- датчиков контроля степени заряженности накопителей энергии;

- автоматический вакуумный насос;

- система привода насоса гидроусилителя руля, при неработающем

ДВС;

- система автоматического управления сцеплением автомобиля;

- автономный обогреватель '№еЬа51о.

Основные результаты и выводы.

1. По результатам анализа прогнозных исследований в области автомобилестроения, установлено, что в ближайшие 20 - 25 лет двигатель внутреннего сгорания (ДВС) будет являться основным элементом энергетических установок автотранспортных средств.

2. Современный автомобиль имеет ряд принципиальных недостатков, присущих ему при любой степени совершенства узлов и агрегатов:

- на всех циклах городского движения работа ДВС происходит на неблагоприятных топливно-экономических и экологических режимах;

- обязательная работа двигателя на остановках;

- невозможность рекуперации энергии торможения.

3. Указанные недостатки решают применением отдельных систем: регулируемых бесступенчатых передач; рекуператоров энергии торможении; систем «стоп - старт». Суммирование таких систем ведет к чрезвычайному усложнению и удорожанию конструкции автомобиля.

4. Комплексное решение указанных недостатков в условиях интенсивного городского движения достигается за счет применения гибридных силовых установок (ГСУ), из которых параллельная схема является предпочтительной для легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

5. Разработана компьютерная имитационная модель, позволяющая определить стратегию управления автомобилем с ГСУ параллельного типа, ориентированная, на выработку принципов, на разработку и отладку алгоритма управления агрегатами ГСУ при движении по заданному ездовому циклу (например, ездовой цикл по Правилам №83 ЕЭК ООН).

6. Разработана методика, получения рациональных значений основных параметров агрегатов ГСУ:

- мощности ДВС при работе по характеристике минимального удельного расхода;

- мощности обратимой электрической машины при работе в режиме тягового электродвигателя;

- мощности обратимой электрической машины при работе в режиме генератора;

- ёмкости накопителей электрической энергии;

- токовых и мощностных характеристик накопителей энергии.

7. На основании выполненных расчетов уточнены принципы и разработан алгоритм управления, описывающие работу автомобиля и агрегатов ГСУ при движении по заданному ездовому циклу.

8. Результаты имитационного моделирования позволили определить рациональные принципы и алгоритм управления ГСУ для городского автомобиля малой грузоподъемности: режимы работы ДВС по характеристике

минимальных удельных расходов; пороговые скорости включения ДВС и ТЭД; сигналы управления ДВС, ТЭД, генератором и накопителями энергии.

9. Разработана и создана конструкция реального автомобиля с гибридной силовой установкой, позволяющая проводить сравнительный экспериментальный анализ различных схем гибридных силовых установок параллельного типа.

10. Разработана и реализована при испытаниях методика экспериментального определения дисбаланса электрической энергии применительно к автомобилю с ГСУ, в соответствии с правилом № 101 ЕЭК ООН

11. Реализация разработанного алгоритма управления позволила получить сокращение расхода топлива на опытном образце автомобиля с ГСУ по сравнению с базовым автомобилем «УАЗ 3153» с двигателем УМЗ - 4218.10 на 48%, обеспечение экологических норм не ниже ЕВРО-4 по результатам стендовых и дорожных испытаний на полигоне НИЦИАМ ФГУП НАМИ.

12. Результаты обработки эксперимента, показали, что расхождение результатов расчета по предложенной методике оценки топливной экономичности автомобиля с ГСУ с экспериментальными результатами не превышает 14,5 % , что является признаком адекватности предложенной расчетной модели.

Основные положения диссертации отражены в следующих печатных работах:

1. В.В. Селифонов, К.Е. Карпухин «Автомобили с гибридной силовой установкой». Журнал Машиностроитель №1 2003г. с.с. 39-41

2. В.В. Селифонов, К.Е. Карпухин «Будущее за гибридными автомобилями». Журнал Машиностроитель №3 2004г. с.с. 43-45

3. В.В. Селифонов, Е.Е. Баулина, К.Е. Карпухин «Электромобиль особо малого класса с гибридной энергетической установкой». Журнал Автотракторное электрооборудование №9 2004г. с.с. 20-22

4. B.B. Селифонов, K.E. Карпухин «Автомобили с гибридным приводом». Тезисы 4-ой Всероссийской научно-технической конференции Тольятти 2005г.

5. В.В. Селифонов, К.Е. Карпухин «Автомобиль с гибридной силовой установкой. Алгоритм управления автомобилем с ГСУ». Материалы международного научного симпозиума к 140-летию МГТУ «МАМИ». Секция 1, подсекция «Автомобили». Часть 2 Москва 2005г. с.с. 13-18

6. А.Л. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, Е.Е. Баулина, К.Е. Карпухин «Автомобиль с гибридной силовой установкой параллельного типа с раздельным приводом мостов от ДВС и ТЭД». Материалы научно технических разработок МГТУ «МАМИ» международного научного симпозиума посвященного 140 летию МГТУ «МАМИ» с.с. 61-63

7.А.Л. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, A.B. Круташов, К.Е. Карпухин, Е.Е. Баулина, Е.В. Авруцкий «Экспериментальный многоцелевой гибридный автомобиль». Журнал Автомобильная промышленность №6 2006г.

8. В.В. Селифонов, Е.Е. Баулина, Е.В. Авруцкий, А.И. Филонов, К.Е. Карпухин «Испытания экспериментального образца гибридного транспортного». Журнал Строительные и дорожные машины №3 2007г. с.с. 23-28

9. А.Л. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, A.B. Круташов, Е.Е. Баулина, Е.В. Авруцкий, А.И. Филонов, К.Е. Карпухин «Гибридные автомо-били-столбовая дорога к экономичному и экологически чистому транспорту». Журнал Автомобильных инженеров №3 (44) 2007г. с.с. 38-45

10. К.Е. Карпухин «Логика работы гибридной силовой установки при движении в городском цикле». Тезисы 58 международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» Дмитров 2007г.

11. А.Л. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, М.Е. Вайсблюм, Е.Е. Баулина, К.Е. Карпухин «Испытания экспериментального многоцелевого гибридного автомобиля». Журнал Автомобильная промышленность №7 2007г.

12. В.В. Селифонов, А.И. Филонов, Е.Е. Баулина, Е.В. Авруцкий, К.Е. Карпухин «Гибридные автомобили - решение экологической проблемы автомобильного транспорта». Научный рецензируемый журнал Известия МГТУ «МАМИ № 2 (4) Москва 2007г. с.с. 30 - 44

13. C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, В.В. Ломакин, К.Е. Карпухин «Пути решения проблемы загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом в мегаполисах». Тезисы 72-ой научно-технической и научно-методической сессии университета ХНАДУ Харьков 2008г.

14. C.B. Бахмутов, А.Л. Карунин, В.В. Селифонов, А.В. Круташов, В.В. Ломакин, Е.Е. Баулина, Ю.В. Урюков, К.Е. Карпухин «Конструктивные схемы автомобилей с гибридными силовыми установками». Учебное пособие. М. МГТУ «МАМИ» 2007г.

15. Патент на изобретение №2312030 от 29.12.2005г. «Комбинированная энергетическая установка полноприводного транспортного средства» (в соавторстве).

Карпухин Кирилл Евгеньевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Принципы и алгоритм управления автомобилем с гибридной силовой установкой» Подписано в печать 27.10 2008 Заказ Объем 1,0 п л Тираж 100

Бумага типографская_Формат 60x90/24_

МГТУ «МАМИ», 107023, Москва, Б Семёновская ул, дом 38

Введение

Глава № 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Воздействие автотранспортного комплекса России на окружающую среду

1.2 Нормирование экологических и энергетических показателей автотранспортных средств

1.3 Автотранспорт в городских условиях движения. Проблемы и пути их решения. Предпосылки создания автомобилей с ГСУ

1.4 Общая характеристика состояния разработок

1.5 Аналитический обзор ранее выполненных теоретических работ в данном направлении

1.6 Постановка цели и задач диссертационной работы

Глава № 2 Анализ схем и теоретическое исследование гибридных силовых установок, выбор рациональной схемы

2.1 Структуризация автотранспортных средств с гибридными силовыми установками

2.2 Схемы гибридных силовых установок

Глава № 3 Теоретические исследования принципов и алгоритма управления автомобилем с гибридной силовой установкой

3.1 Структурная схема и описание имитационной модели для построения алгоритма управления автомобилем с гибридной силовой установкой

3.2 Выбор потребной мощности тягового электродвигателя для автомобиля с гибридной силовой установкой

3.3 Разработка методики расчета расхода топлива на примере элементарного городского цикла обычного автомобиля и автомобиля с ГСУ

3.4 Расчет баланса энергии и топливно-экономических характеристик автомобиля с гибридной силовой установкой при движении в городском цикле по правилам №83 ЕЭК ООН

3.5 Исследование динамических нагрузок в трансмиссии при запуске двигателя автомобиля с ГСУ «сходу»

3.6 Построение принципов и алгоритма управления автомобилем с гибридной силовой установкой параллельного типа

Глава № 4 Экспериментальные исследования автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа

4.1 Основные направления исследований

4.2 Программы и методика экспериментальных исследований автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа

4.3 Аппаратура, применяемая при испытаниях автомобиля с ГСУ

4.4 Результаты испытаний автомобиля с ГСУ

4.5 Расхождение результатов расчета и эксперимента

Глава № 5 Оптимальная конфигурация промышленного образца автомобиля с гибридной силовой установкой 175 Основные результаты и выводы 185 Библиографический список использованной литературы 187 Приложения

Актуальность работы. В настоящее время автомобильный транспорт, неотъемлемо вошел в нашу жизнь, внеся в неё как положительные, так и отрицательные черты. Действительно, транспортные перевозки крупных городов нельзя представить без автомобилей. Однако за прошедшие сто лет автомобиль не только до неузнаваемости изменился сам, но и значительно изменил окружающий мир. Автомобили, оборудованные двигателями внутреннего сгорания (ДВС), расходуют огромное количество моторного топлива и выбрасывают в окружающую среду вредные вещества вместе с выхлопными газами. Эта проблема, особенно остро стоит в крупных городах и вблизи автомагистралей. К началу 2008 года общий мировой парк легковых автомобилей, по различным оценкам, превысил 800 млн. единиц, увеличившись за последние 10-15 лет почти на 50 %. Значительная доля мирового парка автомобилей приходится на Европу, включая Россию. Доля автомобилей в загрязнении атмосферы окружающей среды крупных городов составляет 80 - 90 %, в несколько раз превышая долю промышленных предприятий. В одной только России транспорт за год выбрасывают в атмосферу около 15 миллионов тонн вредных веществ. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат около 200 различных компонентов, большинство из которых токсично. Период их существования длится от 2-3 минут до 4-5 лет.

Ухудшение экологической обстановки, обусловленное вредным воздействием автотранспорта, приняло катастрофический характер, поэтому приоритетной задачей проектирования автомобилей является снижение количества выбросов вредных веществ и улучшение топливно-экономических показателей автомобиля. Это заставляет ученых, конструкторов и инженеров искать нетрадиционные способы решения этой проблемы.

Единственно рациональный выход - создание экологически чистого городского транспорта. Возможность выхода из тупиковой ситуации путем применения электромобильного транспорта не является корректной из-за низкой эффективности чистого электромобиля. Поэтому рациональным путем решения сложившейся проблемы является создание автомобиля с гибридной силовой установкой (ГСУ), которая позволит решить вышеперечисленные проблемы.

В работе рассмотрены исследования, посвященные данной проблеме, выполненные за последние годы рядом российских и зарубежных ученых. Данную проблему исследовали: С.В. Бахмутов, P.M. Галиев, Н.В. Гулиа, О.Н. Дид-манидзе, М.М. Дижур, И.С. Ефремов, В.А. Звонов, С.А. Иванов, Д.В. Изосимов, А.А. Ипатов, В.Ф. Каменев, A.JI. Карунин, И.П. Ксеневич, Л.Ю. Лежнев, В.В. Ломакин, Б.И. Петленко, В.А. Петров, В.Е. Розенфельд, В.В. Селифонов, А.Д. Степанов, В.А. Умняшкин, Н.М. Филькин, В.М. Фомин, Б.Я. Черняк, С.Ю. Шу-гуров, А.А. Эйдинов, В.Е. Ютт, М. Berg, P. Chudi, R. Rrishnamachari, A. Malm-quist, J. Maxwell, P. Papalambros и др.

Гибридными силовыми установками, с различными типами силового привода, занимаются многие известные фирмы. В настоящий момент, многие мировые производители создают и выпускают, в том числе и серийно, автомобили с ГСУ. Например, Toyota с 1997, a Honda с 2000 года выпускают серийно автомобили с ГСУ. Такие фирмы как Audi, BMW, Dodge, Renault, GMC, Subaru, Mercedes, Mercury, Ford, Mazda и д.р. уже выпустили концепт кары с ГСУ и с 2009 - 2010 года планируют серийный выпуск этих машин.

Отечественное автомобилестроение существенно отстает в разработке и реализации этого направления. В связи с этим исследования в области создания отечественного гибридного автомобиля крайне актуальны, т.к. лежат в русле стратегических разработок по повышению экономической и экологической безопасности России.

Цель работы. Разработка принципов и алгоритма управления гибридной силовой установкой полноприводного, многоцелевого автомобиля с параллельной компоновочной схемой ДВС и электродвигателя.

Задачи исследований. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследований:

- выбор рациональной схемы для полноприводного, многоцелевого автомобиля;

- разработка методик расчета основных технических характеристик ГСУ по выбранной схеме;

- расчет эксплуатационных показателей автомобиля с ГСУ по выбранной схеме и получение исходных параметров для разработки принципов и алгоритма управления автомобилем;

- создание и анализ имитационной математической модели;

- разработка принципов и алгоритма управления ГСУ;

- разработка рекомендаций по изготовлению автомобилей с гибридной силовой установкой семейства УАЗ.

Методы исследований, используемые в работе, базируются на основных положениях теории автомобиля, автоматизированных систем автомобиля, основных положениях электроники и электротехники, методов инженерного эксперимента и математического анализа.

В качестве теоретической базы для проведения исследований использовались фундаментальные и прикладные труды ведущих отечественных и зарубежных ученых.

Достоверность и обоснованность. Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается согласованностью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, полученных в лабораторных и дорожных условиях НИЦИАМ ФГУП НАМИ.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработана компьютерная имитационная модель, описывающая работу автомобиля и агрегатов ГСУ;

- разработаны принципы и алгоритм управления автомобилем с ГСУ;

- разработана методика, получения рациональных значений основных параметров агрегатов ГСУ выполненной по выбранной схеме;

- разработана и создана конструкция опытного автомобиля с гибридной силовой установкой параллельного типа;

- уточнена методика экспериментальных исследований автомобиля с гибридной силовой установкой в стендовых и дорожных условиях;

- разработаны рекомендации по изготовлению автомобилей с гибридной силовой установкой семейства УАЗ.

Практическая ценность. Диссертационная работа была выполнена в рамках тематической работы Министерства образования и науки РФ «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области транспортных технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок» и программы правительства Москвы «Альтернативные источники энергии для больших городов». Внедрение в производство разработанных принципов и алгоритма управления автомобилем с ГСУ, а также рекомендаций по созданию гибридного автомобиля позволяет значительно улучшить эксплуатационные свойства автомобиля, что подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы реализованы в научно-образовательном центре «Автомобили с ГСУ» при подготовке предложений для предприятий автомобильной промышленности по разработке перспективных моделей автомобилей с ГСУ. В учебных целях, при проведении занятий по курсам «Теория автомобиля», «Конструирование и расчет автомобиля» и «Автоматизированные системы автомобиля» для студентов, обучающихся по специальности 190201.65 «Автомобиле и тракторостроение».

Апробация работы. Результаты исследований доложены на 49-ой международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2005г); на 4-ой Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ТГУ (г. Тольятти, 2005г.), на 58-ой международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» ФГУП

НИЦИАМТ (г. Дмитров 2007г.), на 72-ой научно-технической и научно-методической сессии университета ХНАДУ (г. Харьков 2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, причем 3 в изданиях входящих в перечень ВАК РФ, 1 учебное пособие с грифом УМО и 4 научно-исследовательских отчета, по которым автор является ответственным исполнителем. Получен 1 патент на изобретение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. По результатам анализа прогнозных исследований в области автомобилестроения, установлено, что в ближайшие 20 - 25 лет двигатель внутреннего сгорания (ДВС) будет являться основным элементом энергетических установок автотранспортных средств.

2. Современный автомобиль имеет ряд принципиальных недостатков, присущих ему при любой степени совершенства узлов и агрегатов:

- на всех циклах городского движения работа ДВС происходит на неблагоприятных топливно-экономических и экологических режимах;

- обязательная работа двигателя на остановках;

- невозможность рекуперации энергии торможения.

3. Указанные недостатки решают применением отдельных систем: регулируемых бесступенчатых передач; рекуператоров энергии торможении; систем «стоп - старт». Суммирование таких систем ведет к чрезвычайному усложнению и удорожанию конструкции автомобиля.

4. Комплексное решение указанных недостатков в условиях интенсивного городского движения достигается за счет применения гибридных силовых установок (ГСУ), из которых параллельная схема является предпочтительной для легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

5. Разработана компьютерная имитационная модель, позволяющая определить стратегию управления автомобилем с ГСУ параллельного типа, ориентированная, на выработку принципов, на разработку и отладку алгоритма управления агрегатами ГСУ при движении по заданному ездовому циклу (например, ездовой цикл по Правилам №83 ЕЭК ООН).

6. Разработана методика, получения рациональных значений основных параметров агрегатов ГСУ:

- мощности ДВС при работе по характеристике минимального удельного расхода;

- мощности обратимой электрической машины при работе в режиме тягового электродвигателя;

- мощности обратимой электрической машины при работе в режиме генератора;

- ёмкости накопителей электрической энергии;

- токовых и мощностных характеристик накопителей энергии.

7. На основании выполненных расчетов уточнены принципы и разработан алгоритм управления, описывающие работу автомобиля и агрегатов ГСУ при движении по заданному ездовому циклу.

8. Результаты имитационного моделирования позволили определить рациональные принципы и алгоритм управления ГСУ для городского автомобиля малой грузоподъемности: режимы работы ДВС по характеристике минимальных удельных расходов; пороговые скорости включения ДВС и ТЭД; сигналы управления ДВС, ТЭД, генератором и накопителями энергии.

9. Разработана и создана конструкция реального автомобиля с гибридной силовой установкой, позволяющая проводить сравнительный экспериментальный анализ различных схем гибридных силовых установок параллельного типа.

10. Разработана и реализована при испытаниях методика экспериментального определения дисбаланса электрической энергии применительно к автомобилю с ГСУ, в соответствии с правилом № 101 ЕЭК ООН

11. Реализация разработанного алгоритма управления позволила получить сокращение расхода топлива на опытном образце автомобиля с ГСУ по сравнению с базовым автомобилем «УАЗ 3153» с двигателем УМЗ - 4218.10 на 48%, обеспечение экологических норм не ниже ЕВРО-4 по результатам стендовых и дорожных испытаний на полигоне НИЦИАМ ФГУП НАМИ.

12. Результаты обработки эксперимента, показали, что расхождение результатов расчета по предложенной методике оценки топливной экономичности автомобиля с ГСУ с экспериментальными результатами не превышает 14,5 % , что является признаком адекватности предложенной расчетной модели.

1. Автокаталог «Мир легковых автомобилей». Москва: Изд. «За рулём», 2008г.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский О.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений М.: Наука, 1971 г.

3. Аль-Масуд Тауфик, Прохоров В.А., Петленко А.Б., Гурьянов Д.И. Электропривод индивидуального транспортного средства особо малого класса//Научно-техн. Прогресс в автомобилестроении/Тез. докл. Научно-техн. Конф. М.-МАМИ, 1994 г.

4. Архангельский В.М., Пришвин С.А., Эпштейн С.С. Энергетические показатели карбюраторных двигателей при их разгонах на режимах полной мощности. Двигателестроение. № 4 1988г.

5. Бахмутов С.В., Безверхий С.Ф., Статическая обработка результатов и планирование эксперимента при испытаниях автомобиля. Москва: МАМИ, 1994г.

6. Бахмутов С.В., Карунин А.Л., Селифонов В.В., Карпухин К.Е., Круташов А.В., Ломакин В.В., Баулина Е.Е., Урюков Ю.В. Конструктивные схемы автомобилей с гибридными силовыми установками.Учебное пособие. М. МГТУ «МАМИ» 2007г.

7. Бахмутов С.В., Круташов А.В., Селифонов В.В., Авруцкий Е.В., Карпухин К.Е., Баулина Е.Е. Патент на изобретение №2312030 от 29.12.2005г. «Комбинированная энергетическая установка полноприводного транспортного средства».

8. Бахмутов С.В., Селифонов В.В., Ломакин В.В., Карпухин К.Е. «Пути решения проблемы загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом в мегаполисах». Тезисы 72-ой научно-технической и научно-методической сессии университета ХНАДУ Харьков 2008г.

9. Белоусов Б.Н., Куприянов А.А., Лексин К.Г., Попов С.Д., Ше-ломков С.А. — Алгоритм управления мотор-колесами АТС. Автомобильная промышленность №4, 2003 г.

10. Бендат Д., Пирсол А., Измерение и анализ случайных процессов. -Москва: Мир, 1974г.

11. Болштянский А.П., Зензин Ю.А., В.Е. Щерба «Основы конструкции автомобиля» учебное пособие. Москва: Изд. Легион Автодата 2005г.

12. Галлиев Р.К. Обоснование и выбор параметров конструкции комбинированной энергосиловой установки легкового автомобиля, диссертация кандидата технических наук. Ижевск: ИжГТУ 2002г.

13. Гибридные автомобили и их компоненты (обзор материалов зарубежной печати). Мобильная техника. № 1 2003г.

14. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. М.: Транспорт. 1987 г.

15. Гурьянов Д.И., Шахов В.Д., Петленко А.Б., Федоренко Е.Н. Полноприводный электромобиль с раздельным управлением // Электротехнические системы автотранспортных средств и их робототизированных производств / Сб. научн. тр. М.: МАМИ, 1997 г.

16. Данные Интернет портала www.wikipedia.ru

17. Данные Министерства природных ресурсов и экологии Российской федерации www.mnr.gov.ru/files/part/233918-chast v г 4.doc

18. Држенкинс Г., Ватте Д., Спектральный анализ и его приложения. т.1, 2. Москва: Мир, 1971г.

19. Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет троллейбусов. М.: Высшая школа. 1981 г.

20. Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского электрического транспорта. М.: Высшая школа. 1976 г.

21. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001г.

22. Звонов В.А., Козлов А.В., Кутенёв В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. — М.: НАМИ, 2001. 248 с.

23. Иванов A.M., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др. Книга «Основы конструкции автомобиля» Москва: Изд. «За рулем» 2005г.

24. Иванов В.Н., Ерохов В.И. Экономия топлива на автомобильном транспорте. Москва: Транспорт 1984г.

25. Каменев В.Ф., Куров Б.А. Российское и международное нормирование вредных выбросов автотранспортных средств. // Автомобильная промышленность, 1993, № 12. с. 30-33.

26. Карпухин К.Е. «Логика работы гибридной силовой установки при движении в городском цикле». Тезисы 58 международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» Дмитров 2007г.

27. Карунин А.Л., Бахмутов С.В., Селифонов В.В., Вайсблюм М.Е., Баулина Е.Е., Карпухин К.Е. «Испытания экспериментального многоцелевого гибридного автомобиля». Журнал Автомобильная промышленность №7 2007г.

28. Карунин A.JL, Бахмутов С.В., Селифонов В.В., Круташов А.В., Карпухин К.Е., Баулина Е.Е., Авруцкий Е.В. «Экспериментальный многоцелевой гибридный автомобиль». Журнал Автомобильная промышленность №6 2006г.

29. Кондрашкин А.С., Умняшкин В.А., Филькин Н.М. Для улучшения топливно-скоростных показателей легкового автомобиля. Автомобильная промышленность. №1 1987г.

30. Кондрашкин А.С., Филькин Н.М., Мезрин В.Г. Комбинированная силовая установка для электромобиля. Автомобильная промышленность. №4 1996г.

31. Кондрашкин А.С., Филькин Н.М., Мезрин В.Г. Комбинированная силовая установка для электромобиля. Автомобильная промышленность. №4 1996г.

32. Кондрашкин А.С., Филькин Н.М., Мезрин В.Г., Сальников В.Ю. Легковой автомобиль с гибридной силовой установкой. Результаты экспериментов. Автомобильная промышленность. № 11 2001г.

33. Ксеневич И.П., Ипатов А.А., Изосимов Д.Б. Технологии гибридных автомобилей: состояние и направления развития. Мобильная техника. №3, 2003 г.

34. Лежнев Л.Ю. Улучшение топливно-экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания в составе комбинированных энергетических установок автотранспортных средств. Москва: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2005г.

35. Логачев В.Н. Электропривод электромобиля с комбинированной энергоустановкой и его эффективность. Дисс. М.: МАДИ, 1982 г.

36. Ломакин В.В., Карпухин К.Е., Кондрашов В.Н. Тенденции развития автомобилестроения. Учебное пособие Москва: МГТУ «МАМИ» 2008г.

37. Мищенко В.А., Мищенко Н.И., Мищенко А.В. Патент РФ №2132110.

38. Некрасов В.Г. «Каким быть ДВС для комбинированной силовой установки?» Автомобильная промышленность. № 2, 2003г.

39. Некрасов В.Г. «Топливная экономичность автомобиля с комбинированным силовым агрегатом». Автомобильная промышленность. № 12, 2000г.

40. Петленко А.Б. «Инвалидная коляска с раздельным электроприводом колес и комбинированной энергоустановкой». Москва: МАМИ, 1997г.

41. Петленко Б.И. «Математическое моделирование электромобиля с комбинированной энергоустановкой». Электричество, № 11, 1991г.

42. Петленко Б.И. Математическое моделирование и комплексная оценка эффективности электромобиля с комбинированной энергоустановкой. Кн. «Электрическое и электронное оборудование автомобилей, тракторов и их робототизированное производство. М.:МАМИ, 1992г.

43. Петленко Б.И. Математическое моделирование электромобиля с комбинированной энергоустановкой.//Электричество, № 11, 1991 г.

44. Сага об Инсайте . Авто ревю. №23 1999г.

45. Селифонов В.В., Баулина Е.Е., Авруцкий Е.В., Филонов А.И., Карпухин К.Е. «Испытания экспериментального образца гибридного транспортного». Журнал Строительные и дорожные машины №3 2007г. с.с. 23-28

46. Селифонов В.В., Баулина Е.Е., Карпухин К.Е. «Электромобиль особо малого класса с гибридной энергетической установкой». Журнал Автотракторное электрооборудование №9 2004г. с.с. 20-22

47. Селифонов В.В., Губанов И.О. «Исследование влияния рекуперативной системы привода на динамику разгона и торможения автомобиля» Кутаиси: Кутаисский политехнический институт 1989г.

48. Селифонов В.В., Карпухин К.Е. «Автомобили с гибридной силовой установкой». Журнал Машиностроитель №1 2003г. с.с. 39-41

49. Селифонов В.В., Карпухин К.Е. «Автомобили с гибридным приводом». Тезисы 4-ой Всероссийской научно-технической конференции Тольятти 2005г.

50. Селифонов В.В., Карпухин К.Е. «Автомобиль с гибридной силовой установкой. Алгоритм управления автомобилем с ГСУ». Материалы международного научного симпозиума к 140-летию МГТУ «МАМИ». Секция 1, подсекция «Автомобили». Часть 2 Москва 2005г. с.с. 13-18

51. Селифонов В.В., Карпухин К.Е. «Будущее за гибридными автомобилями». Журнал Машиностроитель №3 2004г. с.с. 43-45

52. Селифонов В.В., Круташов А.В., Баулина Е.Е. Патент №55445 на полезную модель «Приемно-распределительное устройство преимущественно для комбинированных энергетических установок транспортных средств (варианты)».

53. Селифонов В.В., Филонов А.И., Баулина Е.Е., Авруцкий Е.В., Карпухин К.Е. «Гибридные автомобили решение экологической проблемы автомобильного транспорта». Научный рецензируемый журнал Известия МГТУ «МАМИ № 2 (4) Москва 2007г. с.с. 30 - 44

54. Селифонов В.В., Фиронов A.M., Губанов И.О. «Комбинированная энергетическая установка городского автобуса и система управления» Москва: МАДИ 1991г.

55. Специальный технический регламент "О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ". М.:2005 г.

56. Тарасик В.П. Теория движения автомобиля. Санкт Петербург: БХВ Петербург 2006г.

57. Транспортное средство переходного периода. Журнал Авто ревю. №21 1997г.

58. Умняшкин В.А., Филькин Н.М., Музафаров Р.С., Хамидулин Р.П. Выбор мощности тягового электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания и параметров накопителей гибридных силовых установок автомобилей. Учебное пособие Ижевск 2006г.

59. Умняшкин В.А., Филькин Н.М., Самохвалов Ф.В. Обоснование базовых параметров квадрицикла с гибридной энергосиловой установкой. Межвузовский сборник научный трудов "Техника, технологии и перспективные материалы". М.: МГИУ, 2003г.

60. Умняшкин В.А., Филькин Н.М., Скуба Д.В. Обоснование необходимости создания автомобиля особо малого класса (квадрицикла) с гибридной энергосиловой установкой. Машиностроение и инженерное образование. №2 2005г.

61. Умняшкин В.А., Филькина А.Н., Ившин К.С., Скуба Д.В. Автомобили особо малого класса (квадрициклы) с гибридной энергосиловой установкой. Под общ. ред. В.А. Умняшкина. — Ижевск: Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика", 2004г.

62. Филькин Н.М. Оптимизация параметров конструкции энергосиловой установки транспортной машины. Диссертация д-ра технических наук. Ижевск: ИжГТУ 2001г.

63. Филькин Н.М. Требования к работе пускорегулирующей аппаратуры легкового автомобиля с комбинированной энергосиловой установкой. Вестник Уральского межрегионального отделения Академии транспорта. -Курган: КГУ, 1999г.

64. Филькин Н.М., Кондрашкин А.С. Новая конструкция гибридной энергоустановки для малотоннажных грузовых автомобилей типа фургон и пикап. Успехи современного естествознания. № 10 2004г.

65. Филькина А.Н. Методика расчета параметров гибридной энергосиловой установки легкового автомобиля. Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии".

66. Пенза: Пензенский технологический институт, 2004г.

67. Филькина А.Н. Методика расчета параметров гибридной энергосиловой установки легкового автомобиля. Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии". — Пенза: Пензенский технологический институт, 2004г.

68. Филькина А.Н. Обоснование необходимости создания и серийного производства гибридного микролитражного автомобиля. Материалы Межвузовской научно-практической конференции "Актуальные проблемы науки в России". Выпуск 2. - Кузнецк: КИНУТ, 2004г.

69. Филькина А.Н. Проект создания квадрицикла с гибридной энергосиловой установкой. Современные наукоемкие технологии. №2 2004г.

70. Филькина А.Н., Умняшкин В.А., Музафаров Р.С. Основы теории исследования эксплуатационных свойств автомобиля. — Ижевск: ;Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика", 2006г.

71. Эйдинов А.А. Автотранспортные с комбинированными энергоустановками. Москва: МГТУ «МАМИ» 2000г.

72. Эйдинов А.А. Расчет автомобилей с комбинированными энергоустановками. Москва: МГТУ «МАМИ» 2003г.

73. Эйдинов А.А., Каменев В.Ф., Лежнев Л.Ю. Электромобили и автомобили с КЭУ. Автомобильная промышленность. № 11 2002г.

74. Эйдинов А.А., Математические модели энергетики комбинированных силовых установок. Автомобильная промышленность. № 1 2002г.

75. Akihiro Kimura, Tetsuya Abe and Shoichi Sasaki. Drive force control of a parallel-series hybrid system. JSAE Review, Volume 20, Issue 3, July 1999.

76. David Coup. Toyota's Approach to Alternative Technology Vehicles: The Power of Diversification Strategies, Corporate Environmental Strategy, Volume 6, Issue 3, 1999.

77. Henein, Naeim A., Taraza, Dinu, Chalhoub, Nabil, Lai, Ming-Chai, Bryzik, Walter. Exploration of the contribution of the start/stop transients in HEV operation and emissions. SAE Paper 2000-01-3086.

78. Lin, Chan-Chiao, Filipi, Zoran, Wang, Yongsheng, Louca, Loucas, Peng, Huei, Assanis, Dennis, Stein, Jeffrey. Integrated, feed-forward hybrid electric vehicle simulation in SIMULINK and its use for power management studies. SAE Paper 2001.

79. Robert F. Nelson. Power requirements for batteries in hybrid electric vehicles. Journal of Power Sources, Volume 91, Issue 1, November 2000.

80. Routex, Jean Yves, Gay-Desharnais, Sebastien, Ehsani, Mark. Modeling of Hybrid Electric Vehicles using gyrator theory: Application to design. IEEE Vehicular Technology Conference, Volume 5, Issue 52ND, 2000.

81. Takeo Kiuchi, Satosh Taguchi, Katsunor Nakaya, Shigelcazu Fueta and Kenji Fukuda Electric generation control system for hybrid vehicle, Journal of Power Sources, Volume 70, Issue 1, 30 January 1998.

82. Willett Kempton and Torn Kubo. Electric-drive vehicles for peak power in Japan. Energy Policy, Volume 28, Issue 1, January 2000.

83. Yang, Yinglin, Parten, Micheal, Berg, Jordan, Maxwell, Tim. Modeling and control of a hybrid electric vehicle. IEEE Vehicular Technology Conference, Volume 5, Issue 52ND, 2000, Pages 2095-2100.

84. Yi-Fu Yang. Measurement of the maximum charge and discharge powers of a nickel/metal hydride battery for hybrid electric vehicles, Journal of Power Sources, Volume 75, Issue 1, September 1998.