SYMULACYJNE BADANIA HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRYCZNO-HYDROSTATYCZNEGO

(1)

SYMULACYJNE BADANIA HYBRYDOWEGO NAPĘDU

ELEKTRYCZNO-HYDROSTATYCZNEGO

Wiesław Grzesikiewicz

^1a

, Lech Knap

^1b

, Michał Makowski

^1c

, Janusz Pokorski

^1d

1Instytut Pojazdów, Politechnika Warszawska

awgr@simr.pw.edu.pl, ^bl.knap@simr.pw.edu.pl, ^cm.makowski@simr.pw.edu.pl,

dJanusz.Pokorski@simr.pw.edu.pl

Streszczenie

W referacie rozpatrywany jest elektryczno-hydrostatyczny napęd hybrydowy samochodu dostawczego przeznaczo- nego do ruchu w mieście. Przedstawiono matematyczny model tego napędu w postaci zadania dynamiki i regulacji pojazdu poruszającego się z zadaną zmienną prędkością. Na tej podstawie opracowano program obliczeń komputerowych służących do symulacji procesów przetwarzania energii w elektryczno-hydrostatycznym napędzie pojazdu.

W rozważanym napędzie hybrydowym napęd elektryczny jest cyklicznie wspomagany napędem hydrostatycznym podczas przyspieszania lub odzyskowego hamowania pojazdu. Celem badań symulacyjnych było ukazanie możli- wości zmniejszenia energochłonności napędu elektrycznego dzięki takiemu wspomaganiu. Prezentowane w artykule wyniki badań pokazują, że nastąpiło istotne odciążenie napędu elektrycznego.

Słowa kluczowe: symulacje numeryczne, napęd hybrydowy, napęd hydrostatyczny, napęd elektryczny, energo- chłonność napędu, hamowanie odzyskowe, pojazd, cykl miejski

NUMERICAL INVESTIGATION OF AN ELECTRO- HYDROSTATIC DRIVE

Summary

In the paper, we describe a study of an electro-hydrostatic hybrid drive of a utility van intended for city traffic. In this hybrid drive, the electric drive is periodically accompanied by hydrostatic drive, especially during acceleration and regenerative braking of the vehicle. We present a mathematical model of the hybrid drive as a set of dynam- ics and regulation equations of the van traveling at a given speed. On this basis, we construct a computer program which we use to simulate the processes of energy conversion in electro-hydrostatic hybrid drive.

The main goal of the numerical simulation is to assess the possibility of reducing energy intensity of the electric drive through such a support of the hydrostatic drive. Our results indicate that it is possible to significantly in- crease the efficiency of energy conversion in the electric drive by support of the hydrostatic drive.

Keywords: numerical simulations, hybrid drive, electric drive, hydrostatic drive, energy consumption, energy efficiency, regenerative breaking, city traffic

1. WSTĘP

Obiektem badań jest hybrydowy napęd elektryczno- hydrostatyczny przeznaczony dla pojazdów lub maszyn roboczych, których obciążenie zmienia się cyklicznie.

W niniejszym artykule rozpatruje się samochód dostawczy przeznaczony do ruchu w mieście.

Samochody elektryczne, mimo swoich zalet ekologicz- nych, ujawniających się przede wszystkim na terenach zurbanizowanych, budzą wątpliwości co do efektywności skumulowanego procesu przetwarzania energii [7] i [14]

obejmującego: przetwarzanie energii w elektrowniach, a

(2)

SYMULACYJNE BADANIA HYBRYDOWEGO NAPĘDU

także w trakcie jej przesyłania, procesy związane z ładowanie i rozładowaniem akumulatora trakcyjnego oraz przeniesieniem napędu od silnika do kół pojazdu i [13]. Efektywność trzech ostatnich procesów przetw rzania energii jest związana bezpośrednio z użytkow niem pojazdu i wpływa na jego energochłonność. Z powodu dla użytkownika ma znaczenie ekonomiczne.

Problematyka artykułu dotyczy poprawy efektywności przetwarzania energii w rozważanym samochodzie, dzięki zastosowaniu napędu elektrycznego ze wspomag niem hydrostatycznym oraz odzyskiem energii hamow nia. W artykule jest przedstawiony matematyczny opis procesów przetwarzania energii w napędzie elektrycznym i hydrostatycznym oraz opis modelu układu regulacji napędu pojazdu poruszającego się z zadaną prędkośc Do wyznaczenia rozwiązania tego zadania opracowano program obliczeń komputerowych służący do symulacy nych badań procesów przetwarzania energii w rozpatr wanym układzie napędowym.

2. MATEMATYCZNY OPIS NAPĘDU HYBRYDOWEGO

Matematyczny opis napędu hybrydowe

w rezultacie z połączenia opisów procesów przetwarzania energii w napędzie elektrycznym i hydrostatycznym, przedstawionych w pracach [3] i [4]. Schemat rozpatr wanego napędu hybrydowego pokazano na rys

- PID + Układ sterowania

ruchem pojazdu

Układ regulacji prędkości pojazdu

Rys. 2. Struktura proponowanego układu regulacji prędkości pojazdu z napędem hybrydowym Zestaw równań (1) opisuje procesy termodynamiczne

powstające w pęcherzu gazowym, a występujące tu zmienne oznaczają: – objętość właściwa gazu, entropia właściwa gazu, – ciśnienie gazu w pęcherzu, – temperatura gazu, – ciśnienie oleju na końcówce

SYMULACYJNE BADANIA HYBRYDOWEGO NAPĘDU(…)

przesyłania, procesy związane ładowanie i rozładowaniem akumulatora trakcyjnego oraz przeniesieniem napędu od silnika do kół pojazdu [9]

. Efektywność trzech ostatnich procesów przetwarzania energii jest związana bezpośrednio z użytkowa- m pojazdu i wpływa na jego energochłonność. Z tego powodu dla użytkownika ma znaczenie ekonomiczne.

dotyczy poprawy efektywności przetwarzania energii w rozważanym samochodzie, dzięki zastosowaniu napędu elektrycznego ze wspomaga-

hydrostatycznym oraz odzyskiem energii hamowania. W artykule jest przedstawiony matematyczny opis procesów przetwarzania energii w napędzie elektrycznym i hydrostatycznym oraz opis modelu układu regulacji napędu pojazdu poruszającego się z zadaną prędkością.

Do wyznaczenia rozwiązania tego zadania opracowano program obliczeń komputerowych służący do symulacyjnych badań procesów przetwarzania energii w rozpatry-

MATEMATYCZNY OPIS NAPĘDU HYBRYDOWEGO

Matematyczny opis napędu hybrydowego utworzono połączenia opisów procesów przetwarzania energii w napędzie elektrycznym i hydrostatycznym, ]. Schemat rozpatry- wanego napędu hybrydowego pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Schemat napędu hybrydowego elektryczno hydrostatycznego: 1 - elektryczny układ napędowy, 2 statyczny układ napędowy, 3 - układ regulacji, 4 przeniesienia napędu, 5 – pojazd

Zestaw równań opisujących przetwarzanie energii w tym układzie ma postać:

, ∈ 1

,

!_"

# $ %&'&$ () * +& , ,-.

' , +& *+ , ' /012$ 31045607/0128 ₄

* 9*:_;<=

4 , >* ()'& , >

Człon obliczeniowy

PI Układ regulacji prędkości pojazdu

+ -

Rys. 2. Struktura proponowanego układu regulacji prędkości pojazdu z napędem hybrydowym Zestaw równań (1) opisuje procesy termodynamiczne

powstające w pęcherzu gazowym, a występujące tu objętość właściwa gazu, ? – ciśnienie gazu w pęcherzu, ciśnienie oleju na końcówce

pompo-silnika od strony akumulatora, kątowa wału pompo-silnika,

regulacji, sterujący wydajnością pomposilnika.

oznaczenia we wzorach (1) dotyczą parametrów napędu hydrostatycznego i oznaczają:

(…)

Schemat napędu hybrydowego elektryczno-

elektryczny układ napędowy, 2 - hydro- układ regulacji, 4 - mechanizm

Zestaw równań opisujących przetwarzanie energii w tym

1, $1@ , ? ^A_B ^C^DEF_C^GC

G ,

?'HI

(1)

,-.( ) % ' +

*'& , *∈ 0,1@ ⁽²⁾ 8 (9_*>*$ 9 > ),

9 ^:^;<=₄

( &)

(3)

Układ napędowy

Rys. 2. Struktura proponowanego układu regulacji prędkości pojazdu z napędem hybrydowym

silnika od strony akumulatora, – prędkość – sygnał z układu cji, sterujący wydajnością pomposilnika. Pozostałe oznaczenia we wzorach (1) dotyczą parametrów napędu – masa gazu zawarte-

p₁, p₂

p,Vc

α_H α_H

(3)

go w pęcherzu, – stała charakteryzująca wydajność pompo-silnika, O – stała charakteryzująca proces wymiany ciepła między gazem i otoczeniem, _PQ5 – temperatura otoczenia, Δ – stała charakteryzująca opory prze- pływu oleju między akumulatorem i pompo-silnikiem, (S

– ciepło właściwe gazu, T – wykładnik adiabaty.

We wzorach (2) znajduje się opis przetwarzania energii w elektrycznym układzie napędowym z silnikiem prądu stałego zasilanego z akumulatora. We wzorach (2) znajdują się zmienne z następującymi oznaczeniami: ' – prąd płynący przez akumulator, '& – prąd płynący przez silnik, – ładunek elektryczny zgromadzony w akumulatorze, + – napięcie na zaciskach akumulatora, U& – napięcie na zaciskach silnika, _* – prędkość kątowa wału silnika, _* – sygnał z układu regulacji sterujący przekształtnikiem napięcia. Parametry tego modelu są oznaczone następująco: – indukcyjność uzwojenia silnika, % – rezystancja własna akumulatora,

%& – rezystancja własna silnika, (Φ – stała charaktery- zująca strumień magnetyczny wzbudzenia silnika, ,-. – funkcja opisująca siłę elektromotoryczną akumulatora w zależności od ilości zgromadzonego ładunku.

Zestaw równań (3) opisuje ruch pojazdu, czyli jego prędkość /012. Parametry charakteryzujące pojazd są następujące: – masa pojazdu, W – promień koła, 9* – przełożenie przekładni dla silnika elektrycznego, 9 – przełożenie przekładni dla pompo-silnika, 3₁₀₄⁵⁶⁰ – funkcja opisująca opór ruchu pojazdu w zależności od jego prędkości, a także opory ruchu pompo-silnika zreduko- wane na koła pojazdu, _P – ciśnienie w niskociśnienio- wym zbiorniku oleju.

Rozwiązanie przedstawionego powyżej zadania dynamiki pojazdu z napędem hybrydowym opisują przebiegi w czasie wymienionych powyżej zmiennych. Postać tego rozwiązania zależy od warunków początkowych oraz od przebiegu sygnałów sterujących , _* występujących wśród równań (1) oraz (2). Przebiegi tych sygnałów są wyznaczane w układzie regulacji, którego model jest rozpatrywany poniżej.

3. MODEL UKŁADU REGULACJI

W układzie regulacji są wyznaczane sygnały sterujące pomposilnikiem oraz przekształtnikiem napięcia.

W rezultacie tego wydatek pomposilnika wynosi a napięcie na zaciskach silnika elektrycznego _*+ . Wartości sygnałów , _* są wyznaczane tak, aby

funkcja /₀₁₂ będąca rozwiązaniem zadania dynamiki, spełniała warunek:

X Y/^C^_ 012− /_PJZK[^&\Z ≤ ^ , Z ∈ `0, _aK` J4K gdzie: /_P – funkcja opisująca przebieg zadanej prędkości,

^ – stała dodatnia określająca dopuszczalne odchylenie rozwiązania /₀₁₂ od zadanej prędkości /_P, _a – czas symulacji.

Ponieważ wartości niektórych zmiennych zadania dynamiki są ograniczone, to w układzie regulacji sygnały

, _* są wyznaczane tak, aby wartość wspomnianych zmiennych były dopuszczalne. Z tego powodu może powstać sytuacja, w której układ napędowy nie zdoła zrealizować w pewnych chwilach ruchu z zadaną prędko- ścią.

Efektywność przetwarzania energii w hybrydowym układzie napędowym zależy od udziału poszczególnych napędów w realizacji siły napędzającej lub hamującej pojazd. W rozpatrywanym modelu napędu przyjęto, że udział ten jest określony sygnałem c ∈ 0,1@, za pomocą, którego wyznacza się sygnały c = c, c*= J1 − cK określające udziały napędu hydrostatycznego (c ) i elektrycznego (c_*). Badania związane z przetwarza- niem energii niezależnie w napędzie elektrycznym i hydrostatycznym były prezentowane w pracach [2], [4]

i [12],

Na rys. 2 pokazano schemat układu regulacji prędkości.

Zasadniczym elementem tego układu jest regulator prędkości PID, który na wejściu otrzymuje sygnał uchybu prędkości _S= /_P− /₀₁₂ i generuje sygnał wyj- ściowy określający wypadkowy moment napędowy >d. W członie obliczeniowym na podstawie tego sygnału oraz sygnałów określających stan układu napędowego (por. rys. 2) są wyznaczane dwa sygnały: e – sygnał sterujący pomposilnikiem oraz '_P – zadana wartość natężenia prądu płynącego przez silnik. Następnie sygnał '_P jest porównywany z sygnałem '& określającym natęże- nie prądu płynące przez silnik. Wynikający stąd uchyb jest sygnałem wejściowym do regulatora PI, a na jego wyjściu i po skorygowaniu wartości do przedziału [0,1]

powstaje sygnał e_*.

Uzyskane tak sygnały e , e_* dopływają do członów wykonawczych: fg w pompo silniku i fg*

w przekształtniku napięcia. Człony wykonawcze zamode- lowano w postaci elementów inercyjnych pierwszego rzędu.

(4)

Rys. 3. Wykres prędkości zadanej V_z

4. OPIS SYMULACJI

Przedstawiamy przyjęte wartości parametrów modelu pojazdu z napędem hybrydowym, którego matematyczny opis przedstawiono w punkcie 1.

Rozpatrywano samochód dostawczy o masie własnej

= 1900 kg i ładunku o masie Δ = 500 następujące parametry pojazdu: promień koła m, przełożenie przekładni łączącej koła z wałami siln ków 9 = 9_*= 8, opór ruchu opisano wzorem 0,013 H.

Funkcja ,_-. opisująca siłę elektromotoryczną akumul tora ma postać ,-.J K = , $ fk jeśli

f = 104 kF, a opór wewnętrzny akumulatora wynosi W = 0,1 Ω. Przyjęto, że w stanie pełnego naładowania ładunek elektryczny wynosi = 114

w pełni naładowanego akumulatora jest równa 30 kWh.

Rys. 4. Porównanie prędkości pojazdu (linia ciągła) z wykresem zadanej prędkości (linia przerywana)

Rys. 5. Ciśnienie gazu w akumulatorze

Rys. 3. Wykres prędkości zadanej V_z

Przedstawiamy przyjęte wartości parametrów modelu pojazdu z napędem hybrydowym, którego matematyczny

Rozpatrywano samochód dostawczy o masie własnej 500 kg. Przyjęto jazdu: promień koła W = 0,32 m, przełożenie przekładni łączącej koła z wałami silni-

, opór ruchu opisano wzorem 3₁₀₄=

opisująca siłę elektromotoryczną akumula- k jeśli , = 260 V, kF, a opór wewnętrzny akumulatora wynosi . Przyjęto, że w stanie pełnego naładowania Ah, a energia pełni naładowanego akumulatora jest równa 30 kWh.

Wartości parametrów silnika są następujące mH, %&= 0,04 Ω, () = 0,5 Nm/A,

Przyjęte wartości zostały dobrane na podstawie nej analizy przedstawionej w pracy

Napęd hydrostatyczny charakteryzują następujące wartości parametrów: w pęcherzu akumulatora hydro pneumatycznego znajduje się azot, którego masa w stanie początkowym = 300

= 293,15 K, ? = 0 J/kgK wynosi

Poza tym przyjęto, że stała czasowa określająca proces wymiany ciepła jest równa O =

otoczenia _PQ5= = 293,15 K. Układ hydrostatyczny jest zasilany dwoma opisanymi wyżej akumulatorami hydropneumatycznymi. Wartości parametrów modelu pomposilnika oraz instalacji hydraulicznej wynoszą:

= 0,036 dm³/obr, Δ = 2 bar metry akumulatora zostały dobran

eksperymentalnych przedstawionych w pracach [8

Rys. 5. Ciśnienie gazu w akumulatorze hydropneumatycznym (…)

Wartości parametrów silnika są następujące = 0,76 Nm/A, nopq= 550 A.

Przyjęte wartości zostały dobrane na podstawie wstęp- przedstawionej w pracy [1].

Napęd hydrostatyczny charakteryzują następujące wartości parametrów: w pęcherzu akumulatora hydro-

ę azot, którego masa 300 bar, / = 14 dm^t, K wynosi = 4,827 kg.

stała czasowa określająca proces

= 200 s, a temperatura K. Układ hydrostatyczny jest zasilany dwoma opisanymi wyżej akumulatorami hydropneumatycznymi. Wartości parametrów modelu pomposilnika oraz instalacji hydraulicznej wynoszą:

ry, _&= 2 bary. Para- metry akumulatora zostały dobrane na podstawie badań

ych przedstawionych w pracach [8] i [10].

(5)

Nastawy regulatora prędkości PID określają współczy niki u0= 40, _!= 4 ∙ 10^w s, = 0,125 s, a dla regulat ra prądu PI nastawy wynoszą u₀ =

0,25 s. Metoda doboru parametrów regulatora PID i PI została przedstawiona w pracach [6] i [11

Rozpatrywane symulacje dotyczyły przejazdu na tras długości 2860 m trwającego 390 s z zadaną prędkością /_P, której przebieg ilustruje wykres zamieszczony na rys 3. Średnia prędkość tego przejazdu wynosi 26,3

Jak już wspomniano, ważną rolę w sterowaniu hybryd wego układu napędowego odgrywa sygnał

udział poszczególnych napędów w realizacji momentu napędzającego lub hamującego pojazd. Na podstawie wstępnych badań symulacyjnych przyjęto:

pojazd jest napędzany, c = 0,9 – gdy pojazd jest ham wany, c = 0,3 – gdy pojazd porusza się ze stałą prędk ścią. Wymienione wartości są korygowane wtedy, gdy obciążenie napędu hydrostatycznego osiągnie graniczną wartość.

Oprócz modelu pojazdu z napędem hybrydowym rozp trywano model pojazdu elektrycznego. Przyjęto, że oba pojazdy miały takie same elektryczne układy napędowe, a masa pojazdu elektrycznego była mniejsza o 100 kg.

Uzyskane wyniki symulacji analizowano w aspekcie wpływu wspomagania hydrostatycznego na efektywność przetwarzania energii, a jako wskaźnik tej efektywności przyjęto ilość energii, która została pobrana z akumul tora elektrycznego do chwili zakończenia przejazdu.

Rys. 6. Przebieg sygnałów sterujących

Rys.8. Przebieg natężenia prądu silnika elektrycznego i2 w napędzie hybrydowym Nastawy regulatora prędkości PID określają współczyn-

s, a dla regulato- 2,5 ∙ 10^Gt, _! = Metoda doboru parametrów regulatora PID i PI

11].

acje dotyczyły przejazdu na trasie o długości 2860 m trwającego 390 s z zadaną prędkością , której przebieg ilustruje wykres zamieszczony na rys.

3. Średnia prędkość tego przejazdu wynosi 26,3 km/h.

ważną rolę w sterowaniu hybrydowego układu napędowego odgrywa sygnał c, określający udział poszczególnych napędów w realizacji momentu napędzającego lub hamującego pojazd. Na podstawie wstępnych badań symulacyjnych przyjęto: c = 0,7 – gdy gdy pojazd jest hamo- gdy pojazd porusza się ze stałą prędko- ścią. Wymienione wartości są korygowane wtedy, gdy obciążenie napędu hydrostatycznego osiągnie graniczną

pędem hybrydowym rozpatrywano model pojazdu elektrycznego. Przyjęto, że oba pojazdy miały takie same elektryczne układy napędowe, a masa pojazdu elektrycznego była mniejsza o 100 kg.

Uzyskane wyniki symulacji analizowano w aspekcie statycznego na efektywność przetwarzania energii, a jako wskaźnik tej efektywności przyjęto ilość energii, która została pobrana z akumulatora elektrycznego do chwili zakończenia przejazdu.

Rys. 7. Przebieg sygnałów sterujących

5. WYNIKI SYMULACJI

Poniżej przedstawiono wybrane wyniki symulacji ruchu pojazdu z napędem hybrydowy, ilustrujące rozwiązanie zadania dynamiki i sterowania. Na rys

zestawienie wykresu prędkości pojazdu

w zadaniu, z wykresem prędkości zadanej Z porównania tych wykresów wnioskuje

jazdy został zrealizowany właściwie. Zmiany ciśnienia w pęcherzu gazowym ilustruje rys.

zamieszczono wykresy sygnałów sterujących Wykres (rys. 8) ilustruje przebieg

silniku elektrycznym, przy czym wartości dodatnie dotyczą napędzania a ujemne hamowania odzyskowego.

Widoczne na wykresie gwałtowne przyrosty wartośc prądu powstają w chwilach, w których

oznacza, że pomposilnik pracuje z graniczną wydajno i wobec tego następuje dociążenie napędu elektrycznego.

Na rys. 9 zestawiono wykresy natężenia dla pojazdu z napędem hybrydowym i

porównania tych wykresów wynika, że w napędzie hybrydowym wartości natężenia prądu są istotnie mnie sze, a skuteczne wartości natężenia

n = 64 A dla napędu hybrydowego i

elektrycznego. Na podstawie wyników obliczeń ustalono wykresy ilustrujące pobieranie energii z akumulatora elektrycznego podczas przejazdu. Zestawienie tych wykresów dla obu napędów zamieszczono na rys gdzie również zamieszczono wykres pobieran akumulatora hydropneumatycznego

Rys.8. Przebieg natężenia prądu silnika elektrycznego i2 w napędzie hybrydowym . Przebieg sygnałów sterujących _*

WYNIKI SYMULACJI

wybrane wyniki symulacji ruchu pojazdu z napędem hybrydowy, ilustrujące rozwiązanie zadania dynamiki i sterowania. Na rys. 4 zamieszczono zestawienie wykresu prędkości pojazdu /012 wyznaczonej w zadaniu, z wykresem prędkości zadanej /P. porównania tych wykresów wnioskuje się, że program jazdy został zrealizowany właściwie. Zmiany ciśnienia w . 5. Na rysunkach 6 i 7 zamieszczono wykresy sygnałów sterujących , _*. ilustruje przebieg natężenia prądu w silniku elektrycznym, przy czym wartości dodatnie dotyczą napędzania a ujemne hamowania odzyskowego.

Widoczne na wykresie gwałtowne przyrosty wartości prądu powstają w chwilach, w których | | = 1, co oznacza, że pomposilnik pracuje z graniczną wydajnością wobec tego następuje dociążenie napędu elektrycznego.

natężenia prądu silnika dowym i elektrycznym. Z porównania tych wykresów wynika, że w napędzie prądu są istotnie mniej- natężenia prądu wynoszą A dla napędu hybrydowego i n*= 184 A dla elektrycznego. Na podstawie wyników obliczeń ustalono wykresy ilustrujące pobieranie energii z akumulatora elektrycznego podczas przejazdu. Zestawienie tych wykresów dla obu napędów zamieszczono na rys. 10, gdzie również zamieszczono wykres pobierania energii z akumulatora hydropneumatycznego.

Rys.8. Przebieg natężenia prądu silnika elektrycznego i2 w napędzie hybrydowym

(6)

Rys. 9. Porównanie przebiegu natężenia prądu silnika elektrycznego w napędzie hybrydowym (kolor cza niem prądu w napędzie elektrycznym (kolor czerwony)

Rys. 10. Energia pobierana z akumulatorów; napęd elektryczny (czerwony), napęd hybrydowy: akumulator elektryczny (czarny)

Z analizy porównawczej tych wykresów wynika, że:

− ilość energii pobieranej z akumulatora elektrycznego jest mniejsza w pojeździe hybrydowym. Po przej chaniu rozważanej trasy w napędzie hybrydowym pobór energii wyniósł 1105 kJ, a

trycznym 1597 kJ,

− średnia całkowa mocy pobierania energii z akumul tora elektrycznego w napędzie hybrydowym wyni sła 2,68 kW, a w napędzie elektrycznym 4,31

− pobór energii za akumulatora hydropneumatycznego ma przebieg oscylacyjny o niewielk

około 110 kJ.

Przedstawiona powyżej analiza wyników obliczeń uka je możliwość zwiększenia efektywności procesu przetw rzania energii elektrycznej dzięki zastosowaniu wspom gania hydrostatycznego. Wniosek ten dotyczy napędu elektrycznego z cyklicznym obciążeniem.

6. WNIOSKI

Uzyskane wyniki symulacyjnych badań potwierdziły tezę o możliwości zwiększenia efektywności procesu przetw rzania energii w elektrycznym napędzie pojazdu mie skiego, za pomocą wspomagania napędem hybrydowym.

Wspomaganie to sprowadza się do pobierania energii z akumulatora hydropneumatycznego podczas przyspi

Rys. 9. Porównanie przebiegu natężenia prądu silnika elektrycznego w napędzie hybrydowym (kolor cza niem prądu w napędzie elektrycznym (kolor czerwony)

Rys. 10. Energia pobierana z akumulatorów; napęd elektryczny (czerwony), napęd hybrydowy: akumulator elektryczny (czarny) i akumulator hydropneumatyczny (niebieski)

Z analizy porównawczej tych wykresów wynika, że:

ilość energii pobieranej z akumulatora elektrycznego jest mniejsza w pojeździe hybrydowym. Po przeje- chaniu rozważanej trasy w napędzie hybrydowym

w napędzie elek-

średnia całkowa mocy pobierania energii z akumulatora elektrycznego w napędzie hybrydowym wynio- a w napędzie elektrycznym 4,31 kW, pobór energii za akumulatora hydropneumatycznego ma przebieg oscylacyjny o niewielkiej amplitudzie

Przedstawiona powyżej analiza wyników obliczeń ukazu- możliwość zwiększenia efektywności procesu przetwarzania energii elektrycznej dzięki zastosowaniu wspomagania hydrostatycznego. Wniosek ten dotyczy napędu

cyklicznym obciążeniem.

Uzyskane wyniki symulacyjnych badań potwierdziły tezę o możliwości zwiększenia efektywności procesu przetwarzania energii w elektrycznym napędzie pojazdu miejskiego, za pomocą wspomagania napędem hybrydowym.

sprowadza się do pobierania energii z akumulatora hydropneumatycznego podczas przyspie-

szania pojazdu oraz zwracania energii w trakcie ham wania odzyskowego.

Przedstawiony tu model matematyczny napędu hybr dowego, mimo że uwzględnia podstawowe zjawiska związane z procesem przetwarzania energii, nie obejmuje niektórych aspektów tego procesu

elektronicznych właściwości przekształtnika napięcia albo przecieków w instalacji hydraulicznej.

Z tych powodów celowe jest doskonalenie opracowanych modeli napędu hybrydowego, a także wykonanie badań symulacyjnych w szerszym zakresie, aby ukazać możl wość zwiększenia efektywności przetwarzania energii podczas zróżnicowanych warunków użytkowania poja du.

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2011/01/B/ST8/06822

PBS3/A9/0/2015.

(…)

Rys. 9. Porównanie przebiegu natężenia prądu silnika elektrycznego w napędzie hybrydowym (kolor czarny) z natęże-

Rys. 10. Energia pobierana z akumulatorów; napęd elektryczny (czerwony), napęd hybrydowy: akumulator

szania pojazdu oraz zwracania energii w trakcie hamo-

Przedstawiony tu model matematyczny napędu hybry- że uwzględnia podstawowe zjawiska ązane z procesem przetwarzania energii, nie obejmuje niektórych aspektów tego procesu, na przykład energo- elektronicznych właściwości przekształtnika napięcia

instalacji hydraulicznej.

Z tych powodów celowe jest doskonalenie opracowanych modeli napędu hybrydowego, a także wykonanie badań symulacyjnych w szerszym zakresie, aby ukazać możli- wość zwiększenia efektywności przetwarzania energii podczas zróżnicowanych warunków użytkowania pojaz-

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer oraz z projektu

(7)

Literatura

1. Grzesikiewicz W.: Matematyczne modelowanie elektrycznego silnika PMSM.

we wspomaganie projektowania. T.

2. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.

tu Szynowego” 2012, nr 9, s. 1243-1252.

3. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Studium energetyczne hydrostatycznego napędu akumulatorowego.

„Technika Transportu Szynowego” 2012,

4. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Matematyczny opis napędu pojazdu elektrycznego.

zacja i komputerowe wspomaganie p s. 55-70.

5. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.

statycznym. „Logistyka” 2014, nr 4,

6. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.: Dobór regulatora PID do hydrostatycznego napędu pojazdu. „Logistyka” 2015, nr 3, s. 1686

7. Hu H., Smaling R., Baseley S.J., Advanced Portland 2012.

8. Knap L., Makowski M., Grzesikiewicz W.: Badania doświadczalne właściwości akumulatora hydropneumatyc nego. „Logistyka” 2014, nr 3, s. 2992

9. Krasucki J., Rostkowski A.: Projektowanie hybrydowych elektrohydraulicznych układ kładzie maszyn roboczych z osprzętem dźwignicowym.

10. Makowski M., Knap L., Grzesikiewicz

hydrostatycznego – akumulator hydropneumatyczny. Z s. 79-88.

11. Makowski M., Grzesikiewicz W., Knap L., Pokorski J.: Analiza doboru układu regulacji do elektrycznego napędu pojazdu. „Technika Transportu Szynowego

12. Makowski M., Grzesikiewicz W., Knap L., Pokorski J.: Badania numeryczne elektrycznego układu napędowego pojazdu. „Technika Transportu Szynowego

13. Pawelski Z.: Napęd hybrydowy dla autobusu miejskiego.

14. Szczepański C.: Motoryzacja na przełomie epok.

Ten artykuł dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska.

Pewne prawa zastrzeżone na rzecz autorów.

Treść licencji jest dostępna na stronie http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl/

Grzesikiewicz W.: Matematyczne modelowanie elektrycznego silnika PMSM. W: Polioptymalizacja i T. XI. Koszalin: Wyd. Uczel. Pol. Koszal., 2013, s. 67-80.

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Symulacyjne badania napędu hydrostatycznego 1252.

., Knap L., Makowski M.: Studium energetyczne hydrostatycznego napędu akumulatorowego.

” 2012, t. 9, s. 1235-1242.

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Matematyczny opis napędu pojazdu elektrycznego.

projektowania. Koszalin: Wyd. Uczel. Pol. Koszal., 2014.

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.: Symulacyjne badania ruchu pojazdu z nr 4, s. 387-395.

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.: Dobór regulatora PID do hydrostatycznego napędu 1686-1695.

Hu H., Smaling R., Baseley S.J., Advanced hybrid: powertrains for commercial vehicles.

wski M., Grzesikiewicz W.: Badania doświadczalne właściwości akumulatora hydropneumatyc

” 2014, nr 3, s. 2992-3001.

Projektowanie hybrydowych elektrohydraulicznych układów napędowych na prz kładzie maszyn roboczych z osprzętem dźwignicowym. Radom: WNITE-PIB, 2010.

Grzesikiewicz W.: Eksperymentalne badania elementów napędu elektro akumulator hydropneumatyczny. ZN Instytutu Pojazdów Pol. Warsz., 2014, v

Makowski M., Grzesikiewicz W., Knap L., Pokorski J.: Analiza doboru układu regulacji do elektrycznego napędu Technika Transportu Szynowego” 2015, vol.12, s. 1006-1010..

W., Knap L., Pokorski J.: Badania numeryczne elektrycznego układu napędowego Technika Transportu Szynowego” 2015, vol. 12, s.1011-1015.

Napęd hybrydowy dla autobusu miejskiego. Warszawa: WKŁ, 1996.

zełomie epok. Warszawa: PWN, 2000.

Pewne prawa zastrzeżone na rzecz autorów.

Polioptymalizacja i komputero- 80.

Symulacyjne badania napędu hydrostatycznego. „Technika Transpor-

., Knap L., Makowski M.: Studium energetyczne hydrostatycznego napędu akumulatorowego.

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Matematyczny opis napędu pojazdu elektrycznego. W: Polioptymali- ., 2014. Monografia nr 278,

Symulacyjne badania ruchu pojazdu z napędem hydro-

Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.: Dobór regulatora PID do hydrostatycznego napędu

ehicles. SAE International,

wski M., Grzesikiewicz W.: Badania doświadczalne właściwości akumulatora hydropneumatycz-

ów napędowych na przy-

: Eksperymentalne badania elementów napędu elektro- Pol. Warsz., 2014, vol. 99, nr 3,

Makowski M., Grzesikiewicz W., Knap L., Pokorski J.: Analiza doboru układu regulacji do elektrycznego napędu

W., Knap L., Pokorski J.: Badania numeryczne elektrycznego układu napędowego