BADANIA DOŚWIADCZALNE HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRO- HYDROSTATYCZNEGO

Podobne dokumenty
Dobór regulatora PID do hydrostatycznego napędu pojazdu

Badania doświadczalne właściwości akumulatora hydropneumatycznego

Symulacyjne badanie ruchu pojazdu z napędem hydrostatycznym

SYMULACYJNE BADANIA HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRYCZNO-HYDROSTATYCZNEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(99)/2014

Zajęcia laboratoryjne

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

PL B1. Zespół napędowy pojazdu mechanicznego, zwłaszcza dla pojazdu przeznaczonego do użytkowania w ruchu miejskim

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

BADANIA ODZYSKU ENERGII HAMOWANIA POJAZDU O NAPĘDZIE HYBRYDOWYM

System napędu hybrydowego Toyota. Toyota Motor Poland 2008

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

Zasady doboru mikrosilników prądu stałego

Politechnika Warszawska

PL B1. KRUPANEK LESZEK, Bielsko-Biała, PL BUP 05/05. LESZEK KRUPANEK, Bielsko-Biała, PL WUP 09/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A

9.Tylko jedna odpowiedź jest poprawna. 10. Wybierz właściwą odpowiedź i zamaluj kratkę z odpowiadającą jej literą np., gdy wybrałeś odpowiedź A :

ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM e-kit

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Układy rewersyjne

OSIE ELEKTRYCZNE SERII SHAK GANTRY

ZASTOSOWANIE PRZEKŁADNI HYDROKINETYCZNEJ DO REDUKCJI WIBRACJI HYBRYDOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Analiza modelu napędu pojazdu elektrycznego w programie MATLAB/Simulink

Próby ruchowe dźwigu osobowego

Napędy elektromechaniczne urządzeń precyzyjnych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór mikrosilnika prądu stałego do układu pozycjonującego

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

POMPA CENTRALNEGO SMAROWANIA Typ PD 40

SERIA AT. Precyzyjne Przekładnie Kątowe

PRACA PRZEJŚCIOWA SYMULACYJNA. Zadania projektowe

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

Silnik AFB AKN. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

BADANIA SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO HYBRYDOWEGO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2. Analiza kinematyczna napędu z przekładniami

Wprowadzenie. Budowa pompy

Zastosowanie pompy hydraulicznej i koła zamachowego do wyznaczania charakterystyk silników elektrycznych

MATERIAŁY I KONSTRUKCJE INTELIGENTNE Laboratorium. Ćwiczenie 2

Budowa i działanie zautomatyzowanych skrzyń biegów

Układy napędowe maszyn - opis przedmiotu

Zadania i funkcje skrzyń biegów. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

Raport z budowy robota Krzysio

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Uniwersalne elektrohydrauliczne stanowisko dydaktyczno-badawcze

Stanowisko do diagnostyki wielofunkcyjnego zestawu napędowego operującego w zróżnicowanych warunkach pracy

Hamulce pneumatyczne PN oraz hamulce elektropneumatyczne EP

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

BADANIA LABORATORYJNE NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

Adam DANIELCZOK Andrzej BIENIEK Ireneusz HETMAŃCZYK. 1. Wprowadzenie. 2. Analiza teoretyczna

Dane techniczne. Nowe BMW X1. sdrive16d.

WPŁYW PARAMETRÓW ZAKŁÓCAJĄCYCH NA PRACĘ SKRZYNI BIEGÓW WYPOSAŻONEJ W PRZEKŁADNIĘ CVT

Zajęcia laboratoryjne

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Zajęcia laboratoryjne Napęd Hydrauliczny

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

KARTY POMIAROWE DO BADAŃ DROGOWYCH

PL B1. Układ przeniesienia napędu do hybrydowych pojazdów roboczych dużej mocy zwłaszcza wózków widłowych o dużym udźwigu

Układy napędowe i magazyny energii w pojazdach elektrycznych oraz systemy do ładowania baterii

Odczytywanie bloku wartości mierzonych Audi A6 1998> - multitronic 01J od modelu roku 1998

PROJEKT PNEUMATYCZNEGO MODUŁU NAPĘDOWEGO JAKO ZADAJNIKA PRĘDKOŚCI POCZĄTKOWEJ W HYBRYDOWEJ WYRZUTNI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Układ ENI-EBUS/URSUS stanowi kompletny zespół urządzeń napędu i sterowania przeznaczony do autobusu EKOVOLT produkcji firmy URSUS..

POMPY. Seria STU4. CP wersja ze stałym ciśnieniem. Zakres mocy do ok. 8 m³/h i wysokość pompowania 140 m

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO KONFIGUROWANY GRAFICZNIE

Dane techniczne Nowe BMW i3

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór silnika skokowego do pracy w obszarze rozruchowym

METODA POMIARU DOKŁADNOŚCI KINEMATYCZNEJ PRZEKŁADNI ŚLIMAKOWYCH

PERSPEKTYWY ROZWOJU ELEKTRYCZNYCH AUTOBUSÓW MIEJSKICH MARKI URSUS. URSUS BUS S.A. Dariusz Kasperek

Audi A8 od 2003 > Automatyczna skrzynia biegów 09L od modelu roku 2003

Matematyczny opis układu napędowego pojazdu szynowego

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Napęd hydrauliczny

POMPA CENTRALNEGO SMAROWANIA Typ PD 11, PD 31

Falowniki Wektorowe Rexroth Fv Parametryzacja

Silnik AHU. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

Programowanie i uruchamianie serwo-kontrolera w napędowym układzie wykonawczym z silnikiem skokowym. Przebieg ćwiczenia

Odczyt bloku wartości mierzonych. Audi Q > Automatyczna skrzynia biegów 0AT od modelu roku 2005

Odczyt bloku wartości mierzonych. Audi TT 1999> - Automatyczna skrzynia biegów 09G. Sygnały wyjściowe:

Sterowanie napędów maszyn i robotów

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Ogólne informacje o układzie pneumatycznym

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

Zastosowanie elektrycznego układu napędowego do elektryfikacji samochodów dostawczych

Liczba cylindrów 4 4 4

Analiza parametrów pracy napędu hybrydowego Toyoty Prius III w procesie hamowania

Transkrypt:

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 216 nr 59, ISSN 1896-771X BADANIA DOŚWIADCZALNE HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRO- HYDROSTATYCZNEGO Wiesław Grzesikiewicz 1a, Lech Knap 1b, Michał Makowski 1c, Janusz Pokorski 1d 1 Instytut Pojazdów, Politechnika Warszawska a wgr@simr.pw.edu.pl, b l.knap@simr.pw.edu.pl, c m.makowski@simr.pw.edu.pl, d Janusz.Pokorski@simr.pw.edu.pl Streszczenie W referacie przedstawione zostały wyniki badań eksperymentalnych dotyczące możliwości odciążenia napędu elektrycznego pojazdu miejskiego za pomocą wspomagania napędem hydrostatycznym. W rozważanym napędzie hybrydowym napęd elektryczny jest cyklicznie wspomagany napędem hydrostatycznym podczas przyspieszania lub odzyskowego hamowania pojazdu. Przedstawione w referacie wyniki badań doświadczalnych zostały uzyskane na zaprojektowanym i zbudowanym stanowisku badawczym odwzorowującym model lekkiego pojazdu dostawczego przeznaczonego do użytku w mieście i wyposażonego w analizowany napęd hybrydowy. Uzyskane wyniki wskazują, że istnieje możliwość znaczącego zwiększenia efektywności przetwarzania energii w elektrycznym napędzie pojazdu za pomocą wspomagania hydrostatycznego. Słowa kluczowe: napęd hybrydowy, energochłonność napędu, hamowanie odzyskowe, cykl miejski EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF AN ELECTRO- HYDROSTATIC HYBRID DRIVE Summary In the paper, we present the results of an experimental investigation of an electro-hydrostatic hybrid drive of a utility van intended for city traffic. In this hybrid drive, an electric drive is periodically assisted by a hydrostatic drive, especially during acceleration and regenerative braking of the vehicle. We present the results of experimental investigations of the hybrid as well as electric drive. We present the results of the experimental investigation indicative of substantial relief of the electric drive by support of hydrostatic drive. Consequently, the energy consumption of the vehicle with the hybrid drive is lower than the energy consumption of vehicle only with the electric drive. This result indicates that it is possible to significantly increase the efficiency of the energy conversion in the electric drive by support of the hydrostatic drive. Keywords: hybrid drive, energy consumption, energy efficiency, regenerative breaking, city traffic 1. WSTĘP Obiektem badań przedstawionych w niniejszym artykule był zaprojektowany i zbudowany laboratoryjny model hybrydowego napędu elektryczno-hydrostatycznego przeznaczonego dla lekkiego dostawczego pojazdu miejskiego. Celem podjętych badań było ustalenie możliwości odciążenia napędu elektrycznego pojazdu za pomocą wspomagania napędem hydrostatycznym. Takie wspomaganie może skutkować zmniejszeniem trakcyjnej energochłonności pojazdu, zwiększeniem zasięgu jazdy oraz zwiększeniem trwałości akumulatora elektrycznego. 19

BADANIA DOŚWIADCZALNE HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRO-HYDROSTATYCZNEGO Samochody elektryczne mimo swoich zalet ekologicznych, ujawniających się przede wszystkim na terenach zurbanizowanych, budzą wątpliwości co do efektywności skumulowanego procesu przetwarzania energii [6]. Należy także zaznaczyć, że analizowana w artykule koncepcja napędu elektrycznego ze wspomaganiem hydrostatycznym ma kilka słabych stron, które na obecnym etapie rozwoju napędu elektrycznego mogą okazać się ważniejsze od analizowanej tu zalety, jaką jest mniejsza energochłonność napędu hybrydowego. Tymi słabymi stronami są: większa masa napędu hybrydowego i wynikający stąd większy koszt pojazdu. Znaczenie tych słabych stron napędu hybrydowego może być mniej istotne dla pojazdów użytkowych o dużej energochłonności trakcyjnej spowodowanej jazdą po terenach zurbanizowanych, np. autobusy komunikacji miejskiej z napędem elektrycznym. Problematyka artykułu dotyczy poprawy efektywności przetwarzania energii w rozważanym napędzie hybrydowym hipotetycznego pojazdu dostawczego, uzyskanej dzięki zastosowaniu napędu elektrycznego ze wspomaganiem hydrostatycznym. Wspomaganie hydrostatyczne ma na celu odciążenie napędu elektrycznego podczas ruszania oraz hamowania. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz syntetyczny opis budowy stanowiska laboratoryjnego, które posłużyło do przeprowadzenia badań doświadczalnego napędu hybrydowego. Badania przeprowadzano przy założeniu realizacji przez hipotetyczny pojazd wybranego cyklu jazdy miejskiej. 2. BUDOWA STANOWISKA DO BADANIA NAPĘDU HYBRYDOWEGO ELEKTRYCZNO- HYDROSTATYCZNEGO Omawiany hybrydowy układ napędowy powstał w wyniku połączenia równoległego napędu elektrycznego i hydrostatycznego. Takie połączenie napędów oznacza, że momenty napędowe silnika elektrycznego i pomposilnika hydraulicznego wspólnie działają na wał napędowy pojazdu. W tak zbudowanym układzie hybrydowym zasadnicze znaczenie dla efektywności przetwarzania energii ma ustalenie udziału obu napędów w wypadkowym momencie napędzającym lub hamującym pojazd. Ta problematyka została omówiona w pracy [3]. Przy budowie stanowiska do badań doświadczalnych napędu hybrydowego elektryczno-hydraulicznego założono, że będzie ono odzwierciedlało konfigurację napędu hybrydowego równoległego (tzw. full-hybrid), co pozwala na pracę obu napędów lub każdego z nich z osobna w określonej fazie ruchu pojazdu. Schemat ideowy rozpatrywanego laboratoryjnego napędu hybrydowego przedstawiono na rys. 1. Laboratoryjny model pojazdu wyposażonego w badany napęd hybrydowy składa się z napędu elektrycznego, napędu hydrostatycznego, układu przeniesienia napędu, bezwładnika odwzorowującego bezwładność pojazdu oraz układu hydraulicznego odwzorowującego opory ruchu pojazdu. 1 2 3 4 5 9 1 11 12 M 6 7 8 Rys. 1. Schemat stanowiska do badania napędu hybrydowego elektryczno-hydrostatycznego: 1- akumulator hydropneumatyczny, 2 pompo-silnik o zmiennym wydatku/chłonności jednostkowej, 3 pompa hydrauliczna, 4 zawór dławiący nastawny, 5 zbiornik, 6 sprzęgło, 7 silnik elektryczny, 8 bateria akumulatorów, 9 sprzęgło, 1 bezwładnik, 11 sprzęgło, 12 przekładnia pasowa. Elektryczny układ napędowy został zbudowany na podstawie gotowych podzespołów. Podstawowymi elementami napędu są: bateria akumulatorów (8) składająca się z akumulatorów trakcyjnych typu SLA (ołowiowo-kwasowe) przeznaczone do pracy cyklicznej. Bateria akumulatorów została zbudowana poprzez połączenie 6 akumulatorów o napięciu 12V i pojemności 64Ah każdy, silnik/prądnica elektryczna (7) jednostka prądu stałego z magnesami stałymi typu BLDC o mocy 8kW firmy Golden Motors [1], napięcie zasilania 72V, maksymalna prędkość obrotowa 44obr/min, silnik chłodzony cieczą, sprawność do 91%, rezystancja 12mΩ/72V, indukcyjność 154µH/72V (1kHz), kontroler elektroniczny typu FOC (Field-Oriented Control) firmy Goldem Motors [1] napięcie zasilania silnika elektrycznego 72V, znamionowy prąd silnika 1A, maksymalna dopuszczalna wartość prądu silnika 3A, możliwość regulacji maksymalnych parametrów pracy silnika BLDC. Elektryczny układ napędowy został połączony z wałem bezwładnika poprzez sprzęgło rozłączne elekromagnetyczne (11) oraz przekładnię pasową (12) o przełożeniu 3:8 redukującym prędkość obrotową. Dobór przełożeń 2

Wiesław Grzesikiewicz, Lech Knap, Michał Makowski, Janusz Pokorski układu napędowego elektrycznego podyktowany został optymalnymi parametrami pracy pomposilnika hydraulicznego. Napęd hydrostatyczny został zbudowany na podstawie następujących głównych podzespołów: pomposilnik hydrauliczny wielotłoczkowy (2) z wychylną tarczą oporową typu SYDFE1X- firmy Rexroth [5] - jednostka ta posiada następujące podstawowe parametry techniczne: maksymalny jednostkowa objętość geometryczna 18cm 3 /obr, maksymalna prędkość obrotowej 33obr/min, maksymalna wartość ciśnienia tłoczenia/pracy 28bar, maksymalna moc 27,7kW, maksymalna wartość momentu 8,1Nm, napięcie w układzie sterowania: 24V; akumulator hydropneumatyczny pęcherzowy (1) o pojemności nominalnej 1dm 3 i ciśnieniu wstępnym gazu w akumulatorze 55bar oraz o ciśnieniu dopuszczalnym 35 barów. Hydrostatyczny układ napędowy połączony został z wałem bezwładnika poprzez rozłączne sprzęgło elekromagnetyczne (9). W stanowisku badawczym inercja pojazdu została odwzorowana głównie poprzez bezwładnik (1) o masie mb = 27kg i momencie bezwładności Jb =,82kgm2. Łączna masa oraz moment bezwładności bezwładnika, części sprzęgieł związanych na stałe z bezwładnikiem oraz wału, na którym został osadzony bezwładnik, wynosi odpowiednio mzb = 44,73kg i Jzb =,84kgm2. Elementem, który w stanowisku odwzorowuje cechy napędzanego pojazdu (lub maszyny) jest bezwładnik, którego moment bezwładności J. Jest związany z masą pojazdu (m) zależnością m= J, gdzie i przełożenie przekładni przenoszącej napęd z wału silnika na koło, r promień koła. Stosownie do przyjętej konstrukcyjnej koncepcji modelowanego obiektu otrzymuje się różne wartości jego masy np. dla i=8, r=,3m mamy m 6kg, a poza tym obrotom n=125obr/min odpowiada prędkość V=5m/s, a przyspieszenie i opóźnienie pojazdu wynosi 1m/s 2. Na pojazd w czasie ruchu działają siły oporów ruchu, które pojazd musi pokonać. Siły te w zakresie małych prędkości ruchu pojazdu wynikają głównie z oporów toczenia się pojazdu po podłożu oraz przy dużych prędkościach od oporów aerodynamicznych. Z tego też względu zbudowany został układu hydrauliczny pozwalający na odwzorowywanie oporów ruchu pojazdu. Głównym elementem składowym układu, obok zaworu dławiącego (4), jest pompa zębata (3) o stałym wydatku typu 168 firmy Waryński. Wydatek jednostkowy pompy wynosi 14,6cm 3 /obr, a maksymalne ciśnienie pracy 175barów. Dopuszczalna prędkość obrotowa jednostki hydraulicznej wynosi 27 obr/min. Jak już wspomniano, poszczególne układy napędowe zostały połączone z bezwładnikiem za pomocą sprzęgieł elektromagnetycznych. Ze względu na fakt, że pomposilnik hydrauliczny oraz silnik/prądnica elektryczna posiadają różne prędkości maksymalne oraz nominalne, poszczególne układy napędowe zostały połączone przy wykorzystaniu przekładni pasowych. Dzięki takiej budowie stanowiska możliwe jest badanie procesów przypływu energii pomiędzy poszczególnymi napędami zarówno w fazie rozpędzania, ruchu oraz hamowania pojazdu. W szczególności możliwa jest praca stanowiska w następujących konfiguracjach: bezwładnik połączony z napędem hydrostatycznym, bezwładnik połączony z napędem elektrycznym, bezwładnik połączony z obydwoma napędami. Widok zbudowanego stanowiska z opisanymi układami, podzespołami, przekładniami pasowymi został przedstawiony na rys. 2. Rys. 2. Widok ogólny stanowiska do badania napędu hybrydowego elektryczno-hydrostatycznego. 21

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 216 nr 59, ISSN 1896-771X 3. UKŁAD POMIAROWO- STERUJĄCY STANOWISKA BADAWCZEGO Na potrzeby obsługi stanowiska badawczego został opracowany i uruchomiony oryginalny system pomiarowo-sterujący. System ten składa się z dwóch warstw: sprzętowej i programowej. Warstwa sprzętowa systemu pomiarowego o symbolu PCI-EPP/PCM bazuje na układzie pomiarowo-sterujący składającym się z trzech podstawowych elementów: komputer sterujący typu PC, stacja akwizycji danych PCI 16/32E, kondycjoner sygnałów pomiarowo-sterujących. Stacja akwizycji danych PCI 16/32E jest uniwersalnym układem pomiarowo-sterującym opracowanym przez firmę GrapolElectronic i mającą zastosowanie w wielu krajowych aplikacjach opracowywanych wspólnie z Instytutem Pojazdów PW. Kondycjoner sygnałów jest specjalnie skonstruowanym dla celów realizacji omawianego zadania badawczego układem elektronicznym łączącym stację akwizycji danych PCI 16/32E ze stanowiskiem laboratoryjnym napędu hybrydowego w celu sterowania jego praca. W połączeniu tym pośredniczą: czujniki pomiarowe (analogowe i impulsowe), sterownik silnika elektrycznego VEC3, sterownik pompo-silnika hydraulicznego VT-541, elektrozawory hydrauliczne oraz sprzęgła elektromagnetyczne. Uniwersalne czujniki pomiarowe zastosowane w stanowisku napędu hybrydowego obejmują: analogowe czujniki ciśnienia (Peltron NPXA 3), analogowy czujnik temperatury (CZAKI Typ 363), przepływomierz impulsowy (KOBOLD DZR 11S). enkodery impulsowe (KUBLER Type 8/36). Pozostałe czujniki pomiarowe stanowią elementy składowe sterowników VEC3 i VT-541 lub stanowią oryginale rozwiązania opracowane do realizacji zadania badawczego (pomiar prądu i oraz napięcia U silnika PMCM). Na rys. 3 zamieszczono symbole sygnałów pomiarowosterujących wykorzystywanych w procedurach sterujących pracą stanowiska badawczego. p c1 Z a p c2 p c3 V o S p2 S p1 P S α Η φ Η Η J b S p3 Ε i H M U Rys. 3. Sygnały pomiarowo-sterujące stanowiska laboratoryjnego Podczas pracy stanowiska mierzone są następujące sygnały pomiarowe: pc1 - ciśnienie gazu w akumulatorze hydraulicznym, pc2 - ciśnienie oleju w akumulatorze hydraulicznym, pc3 - ciśnienie oleju pod zaworem zwrotnym akumulatora hydraulicznego, T - temperatura gazu w akumulatorze hydraulicznym, αh - kąt wychylenia łopatek pomposilnika (wielkość zadawana oraz sygnał zwrotny układu sterowania), i - natężenie prądu płynącego z akumulatora do silnika elektrycznego, U - napięcie na zaciskach akumulatora zasilającego silnik elektryczny, φh - kąt obrotu wału pomposilnika, H - prędkość kątowa wału wyjściowego pomposilnika, - prędkość kątowa bezwładnika, 22

Wiesław Grzesikiewicz, Lech Knap, Michał Makowski, Janusz Pokorski E - prędkość obrotowa silnika elektrycznego, Vo - objętość oleju przepływającego przez pomposilnik. Sterowanie pracą napędu hybrydowego odbywa się poprzez dwa przetworniki analogowo-cyfrowe sterujące momentami napędowymi na wałach wyjściowych pompo-silnika hydrostatycznego (PS) oraz silnika elektrycznego (M). Właściwą konfigurację układu napędowego (elektryczny, hydrostatyczny, hybrydowy) uzyskuje się poprzez sterowanie: Za - elektrozaworem zwrotny akumulatora ciśnienia, Sp1 - sprzęgłem elektromagnetycznym silnika elektrycznego, Sp2 - sprzęgłem elektromagnetycznym pomposilnika, Sp3 - sprzęgłem elektromagnetycznym pompy hydraulicznej symulującej opory ruchu. Pompa hydrauliczna (H) imitująca opory ruchu sterowana jest ręcznie. W warstwie programowej wykorzystano uniwersalne pakiety programowe systemu PCI-EPP/PCM, uzupełniając je o dodatkowe moduły związane ze sterowaniem członami wykonawczymi stanowiska. Wykorzystując opracowane oprogramowanie, sterowanie pracą stanowiska badawczego można realizować w dwóch trybach: w trybie sterowania ręcznego, w trybie sterowania automatycznego wg. ustalonego scenariusza, np. założonego cyklu jazdy miejskiej. Algorytmy sterowania pracą układu hybrydowego zostały opracowane na podstawie modelu numerycznego, którego szczegółowy opis zamieszczono w pracy [2]. 4. BADANIA DOŚWIADCZALNE Badania doświadczalne zostały podzielone na dwa etapy. W pierwszym etapie przeprowadzono badania modelu pojazdu wyposażonego tylko w napęd elektryczny z możliwością rekuperacji energii podczas hamowania pojazdu. W drugim etapie założono badania tego samego układu, lecz już ze wspomaganiem przez układ hydrostatyczny podczas hamowania i dalszego rozpędzania. Na rys. 4 przedstawiono wyniki sterowania według wariantu pierwszego dla założonego scenariusza pracy napędu elektrycznego obejmującego dwa cykle rozpędzania i hamowania bezwładnika. Cykl pierwszy zakłada rozpędzanie bezwładnika jedynie za pomocą silnika elektrycznego w ciągu 5s do prędkości 125 obr/min, a następnie utrzymanie tej prędkości przez następne 5s. Hamowanie odbywało się również wyłącznie za pośrednictwem silnika elektrycznego, lecz z odzyskiem energii elektrycznej. Energia elektryczna pobrana z akumulatora na rozpędzenie bezwładnika i utrzymanie ustalonej prędkości wynosiła średnio dla jednego cyklu 17,7kJ, natomiast zwrócona w czasie hamowania średnio 6,6kJ. Stopień rekuperacji energii elektrycznej wynosi w tym przypadku 37%. Wartość skuteczna prądu przepływającego w czasie realizacji dwóch cykli wynosiła 2,A. Na rys. 5 zamieszczono wyniki sterowania według wariantu drugiego, czyli wspomagania napędu elektrycznego napędem hydrostatycznym. Idea pracy napędu hybrydowego polegała w tym przypadku na wspólnym rozpędzaniu i utrzymaniu stałej prędkości bezwładnika zarówno przez silnik elektryczny i silnik hydrostatyczny. Hamowanie modelu pojazdu odbywało się wyłącznie za pośrednictwem napędu hydrostatycznego pompa hydrauliczna tłoczyła i sprężała olej w akumulatorze hydropneumatycznym. Proporcje udziałów każdego typu napędów zostały dobrane doświadczalnie tak, aby osiągnąć możliwie najlepszy efekt w zakresie dostępnych parametrów podzespołów układów napędu elektrycznego i hydrostatycznego. NAPĘD ELEKTRYCZNY 4 1 prędk. obrotowa [obr./min] 35 3 25 2 15 1 5 i U 8 6 4 2-2 -4 napięcie U [V]. prąd i [A] -6 5 1 15 2 25 3 35 4 45 czas [s] 23

BADANIA DOŚWIADCZALNE HYBRYDOWEGO NAPĘDU ELEKTRO-HYDROSTATYCZNEGO Rys. 4. Dwa cykle pracy napędu elektrycznego, linie oznaczono symbolami: - prędkość kątowa, i - prąd, U napięcie NAPĘD HYBRYDOWY 4 1 prędk. obrotowa [obr./min] 35 3 25 2 15 1 5 i U 8 6 4 2-2 -4 napięcie U [V]. prąd i [A] -6 5 1 15 2 25 3 35 4 45 czas [s] Rys. 5. Dwa cykle napędu hybrydowego sygnały napędu elektrycznego, linie oznaczono symbolami: - prędkość kątowa, i prąd, U napięcie NAPĘD HYBRYDOWY 4 32 prędk. obrotowa [obr./min 35 3 25 2 15 1 5 α H p c2 V o 28 24 2 16 12 8 4 ciśn. p [Mpa], obj. V [l] 5 1 15 2 25 3 35 4 45 czas [s] Rys. 6. Dwa cykle napędu hybrydowego sygnały napędu hydrostatycznego, linie oznaczono symbolami: prędkość kątowa, pc2 ciśnienie, Vo - objętość oleju, H kąt wychylenia łopatek pompo-silnika. Energia elektryczna pobrana z akumulatora elektrycznego na rozpędzenie bezwładnika i utrzymanie ustalonej prędkości wynosiła w tym przypadku średnio dla jednego cyklu zaledwie 6.1kJ. Wartość skuteczna prądu przepływającego w czasie realizacji dwóch cykli wynosiła 12,2A. Wartości te są istotnie mniejsze w porównaniu z napędem realizowanym tylko przez napęd elektryczny. Pracę napędu hydrostatycznego zobrazowano na rys. 6. Wykorzystanie napędu hydrostatycznego do wspomagania procesu rozpędzania skutkuje opróżnieniem akumulatora hydropneumatycznego. Spada wówczas ciśnienie w akumulatorze (oznaczone pc2) w ślad za wypływającym z niego olejem (oznaczonym V). Wykorzystanie napędu hydrostatycznego (pompy hydraulicznej) do hamowania bezwładnika pozwala uzupełnić te straty jedynie w przybliżeniu w połowie. Przebieg kąta wychylenia łopatek pomposilnika obrazuje - αh. Wychylenie to w zaprezentowanym przykładzie wynosi +25% (w momencie rozpędzania) oraz -5% (w czasie hamowania) maksymalnego możliwego kąta obrotu. W celu poglądowego porównania napędu elektrycznego i hybrydowego na rysunkach 7 i 8 zestawiono kopie ekranu dla 16 cykli rozpędzania i hamowania. 24

Wiesław Grzesikiewicz, Lech Knap, Michał Makowski, Janusz Pokorski całkowitym jego naładowaniu do około 3MPa ciśnienie spada po 8 cyklu hamowania do około 13MPa. W kolejnych cyklach oscyluje między 13MPa a 16MPa. Biorąc pod uwagą fakt, że ciśnienie wstępne w akumulatorze wynosi 5MPa, należy uznać te parametry pracy za korzystne. 5. WNIOSKI Rys. 7. Przykładowe wyniki sterowania stanowiskiem wg zało- żonego scenariusza dla 16 cykli: napęd elektryczny Rys. 8. Przykładowe wyniki sterowania stanowiskiem wg zało- żonego scenariusza dla 16 cykli: napęd hybrydowy Wartość skuteczna prądu przepływającego przez akumu- elektrycznego lator w czasie realizacji 16 cykli napędu wynosiła 22,3A. Wartość skuteczna prądu przepływają- wspomaganiu cego w czasie realizacji 16 cykli przy napędem hydrostatycznym wynosiła 14,A. Obciążenie akumulatora przy napędzie hybrydowym w porównaniu do czystego napędu elektrycznego spadło więc o około 37%, co zapewne znacznie zwiększy jego żywotność. Analizując przebieg ciśnienia w akumulatorze hydroprzy pneumatycznym, należy zauważyć, że początkowo Uzyskane wyniki badań doświadczalnych potwierdziły tezę o możliwości zwiększenia efektywności procesu przetwarzania energii w elektrycznym napędzie pojazdu miejskiego za pomocą wspomagania napędu elektrycznego napędem hydrostatycznym. Wspomaganie to sprowaakumulatora hydropneu- dza się do pobierania energii z matycznego podczas przyspieszania pojazdu oraz zwra- cania energii w trakcie hamowania odzyskowego. Celem przeprowadzonych badań doświadczalnych było eksperymentalne ukazanie możliwości zmniejszenia energochłonności napędu elektrycznego dzięki wspoma- Prezentowane ganiu napędem hydrostatycznym. w artykule wyniki badań pokazują, że nastąpiło istotne odciążenie napędu elektrycznego. W artykule są za- doświadczalnych dla mieszczone wybrane wyniki badań wielokrotnego ruszania i hamowania pojazdu, które wskazują na 37% zmniejszenie ilości energii pobieranej przez napęd hybrydowy w porównaniu do napędu tylko elektrycznego. Dodatkowo zaobserwowano podobnego rzędu zmniejszenie wartości skutecznej prądów np. z 22,3A dla napędu elektrycznego do 14,A dla napędu hybrydowego. Wynik ten wskazuje, że istnieje możliwość zwiększenia efektywności przetwarzania energii w elektrycznym napędzie pojazdu za pomocą wspoma- gania hydrostatycznego. Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC- 211/1/B/ST8/6822 oraz z projektu PBS3/A9//215. Literatura 1. Golden Motor, Golden Motor, 214. http://www.goldenmotor.com 2. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M.: Symulacyjne badania napędu hydrostatycznego. W: Technika Transportu Szynowego. T. 9. Łódź: Instytut Naukowo-Wydawniczy TTS Sp. z o.o., 212, s. 1243-1252. 3. Grzesikiewicz W., Knap L., Makowski M., Pokorski J.: Symulacyjne badania ruchu pojazdu z napędem hydro- merytoryczne statycznym. Logistyka 214, nr 4, s. 387-395. 4. Grzesikiewicz W, Grąziewicz K., Knap L., Kostro J., Makowski M., Pokorski J.: Sprawozdanie z projektu badawczego 211/1/B/ST8/6822. Badania napędów elektryczno-hydraulicznych z odzyskiem energii hamowania. Warszawa 215. 5. Rexroth Bosch Group, 214. http:// /www.boschrexroth-us.com. 6. Szczepaniak C.: Motoryzacja na przełomie epok. Warszawa: PWN, 2. ISBN 83113228. Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3. Polska. http://creativecommons.org/licenses/by/3./pl 25