تحقیق مقاله یک سلان با اندازه متوسط برای انتشارات آلودگی کم و اقتصاد صرفه جویی سوخت زیاد

چکیده:

تیم US Davis Futur car ، یک وسیله به نام AIV را به صورت یک دستگاه الکتریک هیبرید موازی (HEW) با اهداف سه گانه صرفه جویی سوخت، حصول انتشارات آلودگی بسیار کم و تعیین کیفی انتشارات صفر جزئی در کالیفرنیا طراحی مجدد کرده است با استفاده از یک ترن قوی با راندمان بالا وزن وسیله کم شد و سیستم های کنترل پیشرفته بکار رفت . US Davis روش را برای صرفه جویی حداکثر انرژی را ایجاد کرده و توانایی های عملیاتی تمام برقی را ارائه می کند. ترن برقی یک موتور 658CC سوبارو و یک موتور مغناطیسی دائم بدون برس 75KW یونیک موبیلیته را با یک سیستم انتقال متغیر پیوسته نیسان جفت می کند. این ترن حرکتی موازی، ساده، فشرده و کارآمد است. موتور با بسته باتری هیدرید فلز نیکل با قدرت زیاد حرکت می‌‌نماید. نتایج شبیه سازی پیش بینی می کند که این وسیله بر اساس زمان بندی و حرکت شهری دولتی و بر اساس زمان بندی حرکت بزرگراه فدرال بدست می آورد.

مقدمه:

در 1998 از دانشگاه کالیفرنیا ، تیم Furtune car برای سومین سال متوالی شرکت کرد، بخش انرژی و شورای تحقیق خودرو مسئول این امر بود. رقابت مهندسان و دانشجویان را به طراحی مجدد یک سدان با اندازه متوسط تشویق کرد تا به صرفه جویی سوخت به سه برابر مقدار فعلی برسد بدون آنکه عملکرد، قابلیت استفاده یا هزینه را قربانی نماید. با این اهداف روی تعیین کیفی 80% اعتبار تحت تنظیم های دستگاه با انتشار آلودگی کم کالیفرنیا (LEVII) تمرکز کرد.

در طی دوسال قبل، us Davis را وارد کرد که یک مدل فورد تانوس 1996 تبدیل شده بود، برای 1998، us Davis به طرف آلودگی های کم و صرفه جویی سوخت با معرفی یک دستگاه متمرکز بر آلومینیم پایدار (AIV) مدل مرکوری توسعه می یابد . در صرفه جویی سوخت وسیله مضاعف ترکیبی بزرگراه/شهر را بدست آورد. کارایی بعدی افزایش می یابد، طراحی مجدد ترن قدرت، و بهینه سازی کنترل ها، کولمب این تغییرات را نشان می‌دهد. قاب آلومینیمی جرم وسیله را به اندازه کاهش می دهد. یک انتقال متغیر پیوسته، بهینه سازی راهبرد کنترل را آسان می کند و یک ترن قدرت از مؤلفه های مشتری استفاده می‌نماید که با تولیدکنندگان طراحی شده اند تا راندمان، قابلیت اعتماد و قابلیت حرکت را زیاد کند.

اهداف طراحی:

بر اساس جدول زمانی توسعه برای  تیم تقسیم توسعه کولمب به دو مرحله دراز مدت را انتخاب کرد. اولین سال بر روی توسعه یک ترن قوی تمام جدید، یک سیستم کنترل آب و هوایی با عملکرد بالا و تبدیل به لوازم جانبی تمام الکترونیک تمرکز کرد. در سال دوم، us Davis آئوردینامیک دستگاه را اصلاح خواهد کرد، راهبرد کنترل را برای آلودگی ها و کارایی بهینه تضمین می نماید و جرم وسیله را کاهش می دهد. جدول زیر اهداف اولین و دومین سال را فهرست می کند. این اهداف در انتخاب اجزای دستگاه و راهبردهای کنترل بکار می رود.

« انتخاب ترکیب بندی دستگاه »

وسایل الکتریکی EV و ICEV وسایل موتور احتراق داخلی هر کدام دارای مزایای عملکرد هستند ولی اهداف رقابت با محدودیت های یک راندمان ICEV را تامین نمی‌کنند. هر دو نوع دستگاه اهداف را با توسعه کافی تامین می کنند ولی بررسی ها نشان می دهد که اهداف می توانند با ترکیب های از فن آوری الکتریکی و قدرت کمکی در یک آرایش هیبرید، تامین شوند.

ترکیب بندی هیبرید یک ترن قوی هیبرید یک موتور الکتریکی را با یک واحد

قدرت کمکی ترکیب می کند این اجزا می توانند در سه ترکیب بندی اصلی ترکیب شوند. سری، موازی یا هر دو× هر آرایشی دارای مزایا و معایب است که باید در طی طراحی یک هیبرید در نظر گرفته شود. هیبرید سری در یک آرایش سری APV ، برق تولید می کند. بستگی به شرایط حرکت، برق از طریق موتور یا باتری توزیع می شود. یک ترکیب بندی سری را از بار جاده جدا می کند و استفاده از هر دستگاه تولید نیرویی را ممکن می نماید. بعلاوه ، می تواند با سرعت و بار ثابت کار کند و راندمان سوخت موتور و آلودگی ها را بهینه نماید. ولی بدلیل عدم کارایی های انباشته مراحل انتقال گوناگون، راندمان توزیع از سوخت به چرخ ها نسبتاً کم است. بعلاوه، تولید برق اغلب مستلزم وصل شدن ژنراتور با APV و یک موتور الکتریکی مجزا برای حرکت دادن دستگاه است. هیبرید موازی در یک آرایش موازی و موتور الکترونیک می‌توانند هر کدام نیرو را مستقیماً برای چرخ ها فراهم کنند. اتصال مستقیم به خط حرکت منجر به راندمان انتقال خیلی بالا می شود ولی انتخاب های عملی را برای موتورهای احتراق داخلی محدود می کند که در یک دامنه گشتاور و سرعت مختلف کار می کند. موتور مقداری از تقاضای نیروی فوری را فراهم می کند و استفاده از باتری ها را کاش می دهد. ترن قدرت مستلزم یک موتور/ ژنراتور است ولی آرایش قدرت ترکیب موتور می تواند مشکل باشد.

هیبرید دو گانه یک هیبرید دو گانه از یک طراحی ترن قدرت استفاده می کند که عملیات سری و موازی را ترکیب می نماید . Toyota Drius مثالی از یک هیبرید دو گانه است و از یک موتور و یک ژنراتور ترکیبی استفاده می نماید. موتور و ژنراتور به دو ورودی از یک مجموعه دنده وصل می گردد و موتور و داریو نهایی به سومین ورودی متصل می‌باشند. ژنراتور برای تنظیم رابطه سرعت بین درایو و موتور است و یک CVI برای موتور ایجاد می نماید. مقداری از نیروی موتور از ژنراتور به موتور منتقل می شود و به چرخ ها می رود. این باعث می شود که توان خروجی موتور بین مسیر دنده مکانیکی و مسیر موتور الکتریکی ، تقسیم شود. این سیستم پیچیدگر مکانیکی را با حذف سیستم کلاچ کردن مکانیکی از یک انتقال خودکار، کم می کند و راندمان را با تغییر دادن پیوسته دنده موثر افزایش می دهد. ولی، کاهش های حرکت را توسط گردش پیوسته مقداری از نیرو از طریق مسیر الکتریکی، ممکن می نماید. انتخاب ترکیب بندی یک آرایش هیبرید موازی را بدلیل توان حصول راندمان بالا انتخاب کرد. افزایش در راندمان به سختی حاصل می گردد ولی کاهش های در آلودگی ها می تواند توسط فن‌آوری عملیات بعدی دود خروجی با راندمان بالا و راهبرد کنترل ترن قوی کاهش می یابد . دارای پنج سال تجربه در طراحی و ساخت ترن های برقی موازی است.

راهبرد کنترل وسیله:

کولمب از راهبرد کنترل تهی سازی بار الکتریکی مانند شکل 6 استفاده می کند. در سرعت روشن موتور، انتقال های ترن برق از عملیات تمام الکتریک به عملیات به کمک موتور صورت می گیرد. در طی رانندگی شهری در حالت های شارژ باتری، کولمب بصورت یک عمل می کند. در سرعت های بزرگراه یا در حالت های شارژ کم، وسیله از موتور استفاده می کند تا سرعت تهی سازی باتری را کاهش دهد. کاهش سرعت روشن موتور، میزان زمانی را افزایش می دهد که موتور روشن است و مصرف انرژی واحد برق بیشتری را می دهد. راهبرد عملیات وسیله اولیه را برای برق تخمین می کند ولی کاربرد بنزین را افزایش می دهد هنگامی که شارژ باتری خالی می شود یک محدوده حرکت شهری امکان پذیر است قبل از اینکه شارژ کردن مجدد باتری انجام شود. حرکت بزرگراه در سرعت هایی از رژیم موتور رخ می دهد. طوری که دامنه توسط ظرفیت ذخیره سوخت محدود می شود، نه انرژی ذخیره شده در بسته باتری.

تخلیه شارژ:

در یک تهی‌سازی‌شارژ‌CD‌باتری ها از دیوار سوکت و ترمز کردن مولد شارژ می‌شوند.

در طول یک زمان بندی حرکت نمونه، حالت شارژ بسته باتری کم می شود. این امر متفاوت با راهبرد تحمل کننده شارژ است که اغلب در HEV استفاده می شود. جایی که APV برای حفظ حالت شارژ باتری، استفاده می شود. راهبرد CD از کاهش های تبدیل انرژی ذاتی در یک ترکیب اکترناتور/ و کاهش های تخلیه/شارژ باتری پرهیز می‌کند. یک دستگاه CD با استفاده از یک راهبرد حرکت که در یک حالت تمام الکتریک در حالت های بالایی شارژ عمل می کند، به وسیله اجازه می دهد که کاربرد بنزین را با کاربرد انرژی برق، جایگزین نماید. جابجایی بنزین کلی بویژه وقتی موثر است که توزیع حرکت روزانه متوسط در نظر گرفته شود. اطلاعات حاصل از پیشنهاد می کند که یک وسیله تهی سازی شارژ می تواند برای 73% از حرکت سالیانه اش با استفاده از برق ذخیره شده عمل نماید (CARB) . این جابجایی بنزین را تایید کرده است و مقررات را تجدید نظر می‌کند. اعتبارهای انتشارات صفر وسیله را به دستگاهی می دهد که استاندارد وسیله انتشارات بسیار کم را در 000/250 کیلومتر تامین می‌نماید و دارای آلودگی های سوختگیری مجدد و تبخیر صفر است. اعتبار با استفاده از انتشارات چرخه سوخت محاسبه خواهد شد و از باتری های پیشرفته استفاده می‌نماید. در کولمب، برای تا 80% اعتبار جزئی تحت این مقررات ناچیز خواهد بود. راهبرد کنترل تهی سازی شارژ برای حداکثر سازی اقتصاد( صرفه جویی) سوخت طراحی می‌شود و این در حالی است که آلودگی ها حداقل شده باشند. در عمل، این استراتژی مستلزم یک موتور برق قوی برای شتاب دادن و ترمز کردن است، یک موتور کوچک برای حرکت، و یک بسته باتری بزرگ برای حرکت تماماً برقی در شهر بکار می رود.

نیازهای عملکرد وسیله:

اهداف طراحی و راهبرد کنترل در یک شبیه سازی رایانه برای تعیین مؤلفه های ترن برق Power train ، تنظیم سیستم کنترل، و پیش بینی اقتصاد انرژی بکار می رود. برنامه fortan  از نقشه های استفاده از انرژی ایجاد شده از اطلاعات اجزای تولید کننده استفاده می کند. این روش بر روی کاهش های مؤلفه در مقایسه با راندمان ها تمرکز دارد و اجازه مدل سازی دقیق را در طی سرعت کم، شرایط حرکت با گشتاور کم را می دهد. مدل های مؤلفه (اجزا) به آسانی برای فیرو مقیاس بندی نمی شوند، ولی نقشه ها برای اجزای ترن برقی خاص می توانند برای بهینه سازی عملکرد دستگاه بکار بروند. مدل بکار رفته نتایجی را بدست می آورد که در محدوده 5/1% نتایج واقعی بودند. برای طراحی ترن برقی در این سال، برنامه شبیه سازی با خصوصیات CVT روز آمد گردید. شبیه سازی یک ایده کلی خوب از نیازهای سیستم را فراهم می کند و مقایسه راهبردهای انتقال و توسعه روش ها برای تنظیم پارامترهای سیستم را ممکن می نماید. اهداف عملکرد ارائه شده در مقدمه، برای تعیین توان خروجی لازم موتور برای شتاب دادن استفاده شدند. موتور بر اساس کار قبلی انتخاب شد که نیازهای برای راهبرد کنترل کلی را تعیین کرد. نیازهای طراحی شبیه سازی شده در جدول 2 و پیش بینی های عملکرد در جدول 3 ارائه می شوند. شبیه سازی برای اجرای یک تحلیل حساسیت  وسیله به تغییرات در خصوصیات فیزیکی استفاده گردید. جدول 4 کاهش های در خصوصیات سیستم گوناگون را نشان می دهد که برای بهبود اقتصاد سوخت معادل به میزان 5% بر اساس برنامه زمان بندی حرکت شهری و بزرگراه دولتی لازم بود.

بر اساس این تحلیل حساسیت و تحلیل های انجام شده ، تصمیم گرفته شد که بهبودهای آیرودینامیک در اولین سال ناشی از مقدار زمان زیاد لازم برای حصول یک کاهش جزئی dras ، بدست آید. حساسیت کاهش وزن 7% برای افزایش صرفه جویی سوخت 5% تصمیم گیری را برای استفاده از پشتیبانی می کند. کاهش جرم پیش بینی شده منجر به یک افزایش چشمگیر در صرفه جویی سوخت می گردد. شبیه سازی با نتایج دینامومتر حاصل از چالش Future car 1998 کالیبره خواهد شد و در توسعه راهبرد کنترل برای وسیله 1999 بکار می رود.

توسعه ترن برقی:

پیش بینی های شبیه سازی نیروی ترن برقی مورد نیاز و ظرفیت باتری برای طراحی ترن برقی استفاده گردید. بعضی ملاحظات عملی بدست آمده نیز برای تعیین یک ترن برقی با عملکرد خوب، اقتصاد انرژی، و بهره برداری استفاده گردید. ترن برقی استفاده شده راندمان بالایی دارد ولی از مسائل قابلیت حرکت رنج برد که آن را برای یک مشتری غیر قبول می کند. از یک موتور الکتریکی و انتقال حرکت دستی استفاده کرد. انتقال نیروی دنده متمایز و موتور، انرژی بازیافت شده را در طی ترمز کردن مولد بازیافت کرد و از ترن برقی خودکار قوی پیش بینی شده وسایل در این کلاس تفاوت داشت.