عنوان

شبیه‌سازی و کنترل خودروهای هیبرید

‭۲۴۶۲پ‬

per

شبیه‌سازی و کنترل خودروهای هیبرید

/علی طاهری

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده فنی مهندسی برق، گروه مهندسی قدرت

‮‭۱۴۸‬ص‬

چاپی

واژه نامه بصورت زیرنویس

کارشناسی ارشد

برق-قدرت

‮‭۱۳۸۵/۰۲/۳۰‬

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده فنی مهندسی برق، گروه مهندسی قدرت

در پایان‌نامة حاضر، با معرفی وسایل نقلیة الکتریکی و هیبرید الکتریکی، دلایل روآوری به این وسایل نقلیه بیان شده است .از جملة آنها مناسب بودن هیبریدها برای حفاظت از محیط زیست و کاهش نرخ مصرف سوخت فسیلی مورد بحث قرار گرفته است .در ادامه، مصرف سوخت و آلاینده‌های خروجی و نحوة کنترل آنها به‌طور خلاصه مورد بحث قرار گرفته است .سپس به بیان فن‌آوری انواع وسایل نقلیة پیشرفته و اینکه چرا سازندگان خودرو برای افزایش راحتی و ایمنی، تمایل به افزایش بار الکتریکی و جایگزین کردن سیستم‌های هیدرولیکی و مکانیکی مختلف با سیستم‌های الکتریکی هوشمند دارند، پرداخته شده است.روش‌های زیادی برای ترکیب اجزای خودرو شامل کلاچ‌ها، گیربکس‌ها و ماشین‌های الکتریکی وجود دارد که منجر به ظهور تعداد زیادی از توپولوژی‌های ممکن هیبرید شده است .دو نوع اصلی، توپولوژی سری و توپولوژی موازی است که هر کدام شامل انواع مختلفی هستند .هر کدام از این ترکیبات، معایب و مزایایی دارند .توپولوژی‌های دیگر به عنوان ترکیبی از این دو نوع مفهوم، مثل هیبریدهای سری_موازی و دیگر توپولوژی‌ها هستند.در ادامه پیل‌های سوختی و استفادة آنها در وسایل نقلیه به عنوان تکنولوژی آینده به اجمال مورد بحث قرار گرفته است .نیروهای وارد بر وسیلة نقلیه و تأثیر آنها بر عملکرد وسیلة نقلیه الکتریکی و هیبرید الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته و طراحی سیستم محرکة الکتریکی آنها همراه با بیان، تفاوت درایو وسایل نقلیة الکتریکی با درایوهای به‌کار برده شده در صنعت بیان شده است .انواع منابع انرژی و موتورهای الکتریکی استفاده شده در وسایل نقلیه، به‌طور جامع بررسی شده و شرایط لازم آنها برای استفاده در سیستم محرکة الکتریکی استخراج شده‌اند .با توجه به اینکه عملکرد خودرو و اقتصاد سوخت آن باید تحت سیکل‌های رانندگی استاندارد آزمایش شوند لذا انواع سیکل‌های رانندگی مختلف استفاده شده برای این منظور معرفی شده‌اند.نرم‌افزار‮‭ADVISOR‬ ، توانائی‌ها و محدودیت‌های آن همراه با مدل‌های مختلف منابع توان و موتورهای احتراق داخلی موجود در آن معرفی شده و روش‌های مختلف شبیه‌سازی اجزای خودرو با بررسی هیبرید سری توضیح داده شده‌اند .نوع هیبرید موازی، با توجه به کاهش اندازة موتور احتراق داخلی و مشخصه‌های مناسب عملکرد آن، برای بررسی انتخاب شده است .سپس، هدف از کنترل وسیلة نقلیة موازی بیان شده و دو روش عملی ‮‭BCS‬ ، و ‮‭RTCS‬ به اختصار مورد بحث قرار گرفته است .ویژگی روش‮‭BCS‬ ، سادگی پیاده‌سازی، و سادگی درک روش کنترلی آن است .ضعف این روش عدم کنترل آلاینده‌های خروجی است .به دلیل عدم وجود داده‌های مربوط به آلاینده‌ها برای موتور احتراق داخلی وسیلة نقلیة نمونه، و در نتیجه عدم نیاز به کنترل آلاینده‌ها، روش ‮‭BCS‬ جهت کنترل وسیلة نقلیه انتخابی مورد استفاده قرار گرفته است .روش‮‭RTCS‬ ، برای پیاده‌سازی مشکل بوده و برای شبیه‌سازی نیز روش بسیار کندی است .مزیت عمدة آن علاوه بر کنترل اقتصاد سوخت، کنترل انواع آلاینده‌ها می‌باشد .هرکدام از این روش‌ها در قسمت مربوطه مورد بحث قرار گرفته‌اند .دو نوع مطالعه بر روی وسایل نقلیة هیبرید موازی، مبتنی بر دو روش کنترل شبیه‌سازی، ارائه شده است .در این مطالعات، با توجه به روش کنترلی، هدف، ماکزیمم کردن اقتصاد سوخت نسبت به تعداد ماجول باتری، و ضریب هیبرید) اندازة موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی(، تحت قیود نامساوی مربوط به معیارهای ‮‭PNGV‬ است .اولین مطالعه، بررسی تأثیر هیبریدسازی بر اقتصاد سوخت و عملکرد وسیلة نقلیه موازی با انتخاب کمترین تعداد باتری می‌باشد .همان‌طور که می‌دانیم باتری نقطة ضعف هیبریدها در حال حاضر است و علاوه براین، بخش گران قیمتی از خودرو را تشکیل می‌دهد .لذا این مطالعه در بررسی تأثیر و به‌کارگیری تعداد کم ماجول باتری در وسیلة نقلیه اهمیت پیدا می‌کند .نشان داده شده است که ضریب هیبرید بهینه برای وسیلة نقلیه موازی نمونه ‮‭۲/۰‬ با ‮‭۱۰‬ ماجول باتری و اقتصاد سوخت مرکب ‮‭mpg ۶/۳۱‬ می‌باشد.مطالعة دوم، تأثیر انتخاب تعداد ماجول باتری متناسب با ضریب هیبرید یا توان موتور الکتریکی بر اقتصاد سوخت و عملکرد خودروی هیبرید موازی است .نشان داده شده است که این کار باعث کاهش کم اقتصاد سوخت نسبت به مطالعة اول و در عوض بهبود مشخصه‌های خودرو می‌شود .ضریب هیبرید بهینه در این مطالعه ‮‭۴۸/۰‬ با ‮‭۱۸‬ ماجول باتری و اقتصاد سوخت مرکب ‮‭mpg ۴/۳۳‬ است .در نهایت تأثیر پارامترهای روش کنترلی انتخابی بر اقتصاد سوخت و عملکرد خودروی هیبرید موازی مورد بحث قرار گرفته و نشان داده شده است که با انتخاب مقادیر مناسب برای این پارامترها اقتصاد سوخت تا اندازة قابل توجهی افزایش یافته درحالیکه عملکرد خودرو ثابت می‌ماند .افزایش تعداد ماجول باتری نیز موجب بهبود عملکرد خودرو شده است

HEV's appear to be one of the viable solutions for the growing concerns of environment protection and the fast rate of depletion of world oil supply. In this thesis, the fuel consumption, emissions and control strategies for HEV's are discussed and some information about various advanced vehicle technologies and automotive industry are given. Replacing the various mechanical and hydraulic systems with sophisticated electrical systems provides more comfort and increases the safety of the vehicles. Different combinations of traction related parts, such as electric machines, gearboxes, clutches etc. can be employed to achieve several possible hybrid topologies. Series and parallel combinations are the major topologies. The series-parallel hybrid topology can be an appropriate alternative. Use of fuel cells in vehicles is discussed as a new technology in the future. The mechanical forces of EV and HEV are analyzed and their effects on the performance of the vehicle, design and type of their convertores with respect to the industrial ones are discussed. Different types of electric motors and their power source are explained, and their necessary requirements to be used in electric propulsion systems are extracted. As the performance and fuel economy of the vehicle should be tested under various standard drive cycles, so the several types of them are presented. The fundamental approach to model the vehicle systems in computer software, so called "ADVISOR", is discussed. ADVISOR is a powerful means for simulating the vehicles, modeling power sources and ICEs with considering series hybrid. Then, the capabilities and limitation of the software are mentioned. Three types of power source models which can be included in a vehicle model are available in ADVISOR. These include an internal combustion engine, a fuel cell system, and an energy storage system. The general modeling approach employed for each of these systems will be described briefly. Parallel hybrid type is chosen for investigation because of its reduced size of ICE and good characteristics. Then, the aim of controlling parallel hybrid electric vehicles is described and two practical methods known as BCS and RTCS are briefly discussed. Straightforward implementation and simple control structure are the most important advantages of the BCS. However, the emissions control can not be included in this method. The BCS control method is preferred for the ICE of the vehicle because of unavailable emissions data for selected ICE. The RTCS method is difficult for implementation and also its simulation is very time consuming. Main advantage of RTCS is the control of fuel economy and emissions. Each of these methods is discussed in the related sections

Electric vehicles

Hybrid Electric Vehicles

Electric motors

Power sources of HEVs

Intelegent management systems

Parallel HEV

HEV simulation

طاهری، علی

فیضی، محمدرضا، استاد راهنما

بناء شریفیان، محمدباقر، استاد راهنما

خوشبختی‌سرای، رحیم، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی