Концепция построения гибридной силовой установки

Вектор научного интереса ведущих специалистов Харьковского национального автомобильно-дорожного университета (ХНАДУ) направлен на разработку интеллектуальных экологически чистых транспортных средств. Одним из научно-технических направлений является разработка автомобилей с гибридными силовыми установками. Исследования, проводимые в ХНАДУ, связанные как с теоретическим и практическим изучением лучших разработок гибридных автомобилей, так и с разработкой теории управления энергетическими потоками в гибридной силовой установке автомобиля, проведением математического моделирования работы всех процессов и систем, и, самое главное, с конструированием и разработкой опытных образцов таких автомобилей.

Новые конструкторские решения построения гибридных силовых установок в корне меняют традиционные подходы и концепции к созданию не только силовых установок, но и автомобилей в целом. Это связано как с изменением принципов управления гибридной силовой установкой, так и со значительным повышением питающего напряжения, кардинальным изменением схемно-конструкторских решений силовой установки автомобиля в целом, так и с тем, что автомобиль становится более интеллектуальным, информативным и дружелюбным по отношению к водителю и пассажиров.

Целью научно-технического исследования являлась разработка стратегических направлений развития и концептуальных решений по созданию экологически чистого транспортного средства. Повышение экологической чистоты, топливной экономичности и тягово-скоростных характеристик автомобиля возможна благодаря применению на нем гибридной силовой установки. Такой комплексный положительный эффект достигается благодаря комбинации сильных сторон электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания при различных режимах движения автомобиля. Задача исследования посвящена анализу построения современных гибридных силовых установок и синтеза принципиальных решений по созданию экологически чистого автомобиля.

Гибридная силовая установка автомобиля включает следующие основные компоненты:  тяговые двигатели, источники энергии, преобразователи энергии, системы управления, а при необходимости устройства отображения информации, преобразователи напряжения, делитель механической мощности.

Рассмотрим каждый из этих компонентов в отдельности.

Тяговые двигатели. Как правило, это двигатель внутреннего сгорания в сочетании с одним или несколькими обратными электрическими машинами пневмодвигателя, или другими источниками механической энергии.

Источники энергии на автомобилях могут быть самыми разнообразными. Приведем несколько из них. Химическая энергия топлива (бензин, дизельное топливо, пропан, бутан и другие альтернативные виды топлива) в ДВС преобразуется в механическую энергию движения автомобиля. Химическая энергия накопителей электрической энергии (аккумуляторы конденсаторы, молекулярные накопители энергии, топливные элементы и другие источники) в электрических двигателях превращается в механическую энергию движения автомобиля. Механическая энергия, накопленная в баллонах высокого давления, в пневматических двигателях превращается в механическую энергию движения автомобиля. Механическая энергия маховика, который разгоняется электрическим двигателем, превращается в механическую энергию движения автомобиля. Тепловая энергия солнца в солнечных батареях преобразуется в электрическую энергию для питания различных потребителей. Тепловая энергия выхлопных газов автомобиля тоже может превращаться в электрическую энергию.

Преобразователи энергии преобразуют энергию из одного вида в другой. Например генераторная установка предназначена для преобразования механической энергии ДВС в электрическую энергию для питания тяговых электродвигателей и (или) заряда аккумуляторной батареи. Стартер-генератор используется также для автоматического пуска ДВС, т.е. преобразует электрическую энергию в механическую.

Система управления. Система управления согласовывает работу всех компонентов гибридной силовой установки. Система управления включает источники информации (датчики) о внутреннем и внешнем состоянии гибридной силовой установки, исполнительные устройства и непосредственно устройство управления с соответствующими алгоритмами и программами обработки информации.

Устройства отображения информации используются для сообщения водителя о режимах и состоянии гибридной силовой установки, а также для рекомендации управляющих действий. Устройство отображения информации включает монитор энергетических потоков, панель приборов (например, указатель мгновенного расхода мощности), световые индикаторы, звуковые сигнализаторы и т.п..

Преобразователь напряжения включает конвертор и инвертор. Конвертер преобразует (обычно снижает) переменное напряжение в постоянное напряжение для согласования переменного напряжения генератора с постоянным напряжением аккумуляторной батареи. Инвертор преобразует (обычно повышает) постоянное напряжение аккумулятора в напряжение питания электродвигателя и генератора, который используется в качестве стартера.

Делитель механической мощности представляет собой, как правило, планетарный механизм, применяется для согласования работы ДВС, генератора и электродвигателя на разных режимах работы гибридной силовой установки. 

« назад