Концептуальні рішення щодо створення синергетичного автомобіля

По мірі вдосконалення акумуляторних батарей значну частину автотранспорту в майбутньому займуть електромобілі. Але на сьогоднішній час поки вони не можуть конкурувати зі звичайними автомобілями з ДВЗ по ряду параметрів. Тому в даний час самим конкурентоздатними стають автомобілі з синергетичними силовими установками. Оскільки сучасний автомобіль з ДВЗ є високотехнологічним і достатньо надійним вибором, слід визнати доцільним шлях конверсії такого автомобіля в синергетичний.

На кафедрі Автомобільної електроніки ХНАДУ проведена конверсія базового автотранспортного засобу ЗАЗ 1105 «Таврія» з механічною коробкою передач у синергетичний варіант, який задовольняє сучасним вимогам та має істотно кращі характеристики по витраті вуглеводного палива і екологічним параметрам, в порівнянні з базовим автомобілем.

Крім того, такий конвертований автомобіль, на відміну від серійних гібридних автомобілів, достатньо просто зробити з одного боку з взаємодіючими силовими установками (ДВЗ і електропривод), а з другого боку залишити їх здатними працювати автономно. Це дозволить, наприклад, при будь-якому несправному блоці в системі електроприводу користуватися автомобілем як звичайним автомобілем з ДВЗ, і, відповідно, навпаки, при несправному ДВЗ користуватися ним як електромобілем.

При проведенні конверсії базового автомобіля в синергетичний ми надали особливу увагу мінімізації витрат, пов’язаних з такою модернізацією. Основний внесок в підвищення ціни сучасного гібридного автомобіля в порівнянні зі звичайним вносять тягові високовольтні акумуляторні батареї, тяговий електричний двигун-генератор і силова електроніка, що керує електричною машиною та всією синергетичною установкою на різних режимах руху.

Дослідження проведені на кафедрі автомобільної електроніки ХНАДУ дозволили зробити висновок, що найбільш перспективним, на сучасному етапу розвитку автомобілебудування, є синергетичний автомобіль з гібридною силовою установкою, який використовує:

- в якості тягового двигуна-генератора - електричні машини змінного струму вентильного типу;

- в якості джерела енергії - високовольтні акумуляторні батареї з системою заряду від стаціонарної електричної мережі (plug in hybrid).

Енергія акумуляторної батареї, яка отримана від стаціонарної електричної мережі має більш низьку вартість, ніж енергія, отримана з вуглеводневого палива. Це найбільш актуально при застосуванні ефективних енергоємних акумуляторних батареї, а не супер-конденсаторів, як в Ё-мобілі, а поїздки на такому автомобілі на невеликі відстані стають можливими тільки на електротязі, тобто в режимі електромобіля, наприклад поїздка на такому автомобілі на роботу і назад на відстань 20...40 км може відбуватися за рахунок енергії з електричної мережі.

Дослідження середнього пробігу приватного автомобіля в різних країнах показали, що 50 % автолюбителів за день проїжджають не більш 40 км, а 80 % водіїв за день подолають відстань до 100 км (рис. 1), а в Японії та Великої Британії - не більш 50 км.

Данні про середній пробіг приватного автомобіля підтверджує

Рис. 1 Графік середнього пробігу приватного автомобіля за день

концептуальне рішення щодо використання синергетичного автомобіля на невеликих відстанях в якості електромобіля - це підвищує споживацькі якості такого транспортного засобу, зокрема, стає можливою експлуатація такого автомобіля як в заміському циклі у вигляді гібрида, так і в міському циклі руху на обмежену відстань в режимі електромобіля. Можливість рухатися тільки на електротязі приваблива також в закритих складських приміщеннях, паркових зонах та інших зонах відпочинку, а особливо в заторах, при цьому витрата пального дорівнює нулю, а отже ї відсутні вихлопні гази.

В сучасних акумуляторних батареях запасається порівняно невелика кількість енергії, тому доцільно рухатись на синергетичному автомобілі деяку відстань тільки на електротязі, та мати можливість рухатись як звичайний автомобіль на ДВЗ. Але При ньому необхідно виключній неекономічні та неекологічні режими роботи ДВЗ, неекономічні режими тягового електричного двигуна, по максимуму відновляти енергію рекуперації при гальмуванні та комбіновано використовувати позитивні властивості кожного з двигунів для енергозберігаючого руху синергетичного автомобіля, а саме:

- виключити режим холостого ходу ДВЗ за рахунок впровадження системи "Start&Stop", яка призначена для економії палива, зниження шкідливих викидів і шуму за рахунок скорочення часу роботи двигуна на холостому ходу;

- старт з місця і повільне переміщення повинно відбуватися на електричної тязі за рахунок енергії блоку тягових акумуляторних батарей або супер-конденсаторів;

- розгін автомобіля на електроприводі при звичайному режимі руху може відбуватися тільки до деякої, відносно невеликої швидкості (30...60 км/год.), потім необхідно запустити двигун внутрішнього згоряння (автоматично або по команді водія) та подальший набір швидкості і рух здійснювати на ДВЗ, як в звичайному автомобілі;

- при зниженні швидкості або при русі під ухил, в такому гібридному автомобілі замість гальмування ДВЗ в режимі примусового холостого ходу, необхідно передбачити рекуперативне гальмування електричним двигуном, який починає працювати в генераторному режимі, так щоб механічна енергія синергетичного автомобіля перетикала у електричну енергію накопичувачів енергії;

- необхідно передбачити заряд високовольтних батарей або супер-конденсаторів від генераторної установки працюючого ДВЗ при русі автомобіля, таким чином, щоб залежно від ступеня зарядженості окремого накопичувача, була можливість заряду розряджених елементів;

необхідно розробити та впровадити систему відновлювального заряду тягових акумуляторних батарей від стаціонарної електричної мережі 220 В, 50 Гц.