چکیده: 

این تحقیق به ارائه ابزار و چگونگی مدلسازی، شبیهسازی و کنترل سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک می- پردازد. سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک تکنولوژی نوینی میباشد که جهت بهبود مصرف اقتصادی سوخت به ویژه در کامیونها و خودروهای خدمات شهری به کار گرفته شده است. این تکنولوژی همچنین دارای محدودیتهای میباشد از جمله: ظرفیت ذخیره انرژی پایین و امکانپذیر نبودن استفاده از شبکه شارژ سیستم محرکه.

این تحقیق جهت بررسی میزان مصرف اقتصادی سوخت سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک نوع موازی انجام شده که مدل این سیستم در محیط سیمولینک نرمافزار متلب تهیه گردیده است. برای استفاده بهینه از مزایای سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک، توسعه استراتژی مدیریت انرژی سیستم بسیار حائز اهمیت است.

در این تحقیق انواع استراتژیهای مدیریت انرژی مورد بحث قرار گرفته است.

مسأله اصلی در زمینه کنترل سیستمهای محرکه هیبرید هیدرولیک هماهنگ کردن هر دو منبع توان آکومولاتور و موتور احتراق داخلی میباشد به نحوی که بیشترین میزان مصرف اقتصادی سوخت حاصل گردد. برای این منظور از استراتژی مدیریت انرژی برنامهنویسی دینامیکی بهره بردهایم.

مدل تهیه شده در محیط سیمولینک نرمافزار متلب شامل اجزای سیستم از جمله موتور احتراق داخلی، پمپ/موتور هیدرولیکی و آکومولاتور میباشد. این مدل بر سیکل رانندگی شهری فدرال (FUDS) آزمایش شده و نتایج آن ارایه گردیده است.

فهرست                                                                                                   

فصل اول:مقدمه

1- 1- خودرو هیبرید———————————————————- 2

1- 2- خودرو هیبرید هیدرولیک————– ———————————— -2

1- 3-  بیان مسأله و اهداف تحقیق————————————————-3

1- 4-  روند تحقیق ————————————————————4 

فصل دوم: زمینه تحقیق ومروری بر ادبیات موضوع

21  خودرو هیبرید——————————————- ————– 6

22  خودرو هیبرید هیدرولیک ————————————– ———–7

23 پیکربندیهای خودرو هیبرید هیدرولیک —————————————9

2-3-1 -سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک موازی- ———————————-9

2-3-2 – سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک سری———————————-10

2-3-3 – سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک سری-موازی————– —————12

24 مروری بر مدلهای سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک——————————-13  

فصل سوم: سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک موازی و اجزای آن

3-1- ساختار کلی سیستم—————————————————– 17

3-2- اجزای مکانیکی سیستم محرکه هیبرید ————  —————————- 18

3-2-1 – موتور احتراق داخلی ———————————————- 18

3-2-2 – کلاچ———————————————————19

3-2-3 – گیربکس——————————————————-20

3-2-4 – دیفرانسیل——————————————————21

3-2-5 – ترمزها——————————————————–22

3-3- اجزای هیدرولیکی—————————————————— 23

3-3-1 -پمپ/موتور جابجای متغییر ——————————————-24

3-3-2 – شیر هیدرولیکی دو راهه 2/2 —————————————- 26

3-3-3 – آکومولاتور—————————————————-27

3-4- سنسورها ————————————————————27

فصل چهارم: استراتژی مدیریت توان سیستم هیبرید هیدرولیک

4- 1-  استراتژی مدیریت توان قاعدهمند ——————————————-32

4-1-1 – مد کنترلی تقسیم توان ———————————————-33

4-1-2 – مد کنترلی شارژ آکومولاتور ——————————————34

4-1-3 – مد کنترلی ترمزگیری ———— ———————————-34

4- 2- استراتژی مدیریت توان برنامهنویسی دینامیکی —————— —————–36 

فصل پنجم: مدلسازی سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک

5- 1-  مشخصات کلی سیستم ————————————————-43

5- 2- مدلسازی اجزای اصلی سیستم ——————————————–45

5-2-1 – مدل دینامیک خودر———————————————–45

5-2-2 – مدل موتور احتراقی ————-  ———————————-48

5-2-3مدل پمپ/موتور هیدرولیکی ——– ——-  ————————55

5-2-4 – مدل آکومولاتور   ————————— ———————57

5- 3- مدیریت توان در مدل سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک—————————59

531مد تحویل توان به چرخهای محرک———————————-60

5-3-2 – مد بازیافت توان—————————— —————–61

فصل ششم: نتایج شبیهسازی

6-1- سیکل رانندگی———————————- ———————–63

6-2- نتایج شبیهسازی مدل کامیون معمولی ——————————————64

6-3- نتایج شبیهسازی کامیون هیبرید هیدرولیک————————- ————-67

پیوست ها——————————————————————74

منابع———————————————————————-83

 

فهرست جدول ها 

جدول 4-1 مقایسه تأثیر استراتژی مدیریت توان بر مصرف اقتصادی سوخت ————————-40

 

فهرست شکل ها

شکل1-1- مقایسه نسبت وزن به توان موتورهای هیدرولیکی و الکتریکی ———————–3

شکل2-1- چهار نمونه خودرو هیبرید ———————————————–7

شکل 2-2- درصد بازیافت انرژی یک کامیون در سیکل شهری- مرکز مطالعات خودرو دانشگاه میشیگان—8

شکل 2-3- شماتیک سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک موازی——————————-10

شکل 2-4- شماتیک پیکربندی سری————————————————11

شکل 2-5- شماتیک پیکربندی سری-موازی سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک——————–12

شکل 2-6- محدوده عملکرد بهینه موتور احتراقی———————— —————13

شکل 2-7- مقایسه نتایج شبیهسازی و تجربی برای مدل سیستم محرکه چو و هدریک—————14

شکل3-1- شماتیک سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک موازی            ———————— ——-18

شکل3-2- دو نمونه موتور احتراقی ——————————-   —————–19

شکل3-3- شماتیک کلاچ مکانیکی در دو حالت آزاد و درگیر ——————————20

شکل3-4- یک نمونه دیفرانسیل ————————————————–21

شکل3-5- عملکرد دیفرانسیل در سرپیچ ——– ———————————— 22

شکل3-6- سیستم ترمز و اجزای آن ————————————————22

شکل3-7 – مدل سیمولینک مدار هیدرولیکی یک نمونه سیستم هیبرید هیدرولیک —————– 24

شکل3-8- مقطع طولی پمپ جابجای متغییر پیستونی ———————————– -25

شکل3-9- عملکرد پمپ در حالتهای مختلف —————————————-26

شکل3-10- شیر هیدرولیکی 2/2 ————————————————-26

شکل3-11- یک نمونه آکومولاتور ————————————————-27

شکل4-1- شماتیک نحوه تعامل اجزای سیستم محرکه هیبرید ——————————–30

شکل4-2- الگوریتم کنترلی خودرو هیبرید هیدرولیک موازی ——————————-32

شکل4-3- نقشه توان ترمزی موتور دیزل با خطوط توان ثابت ——————————33

شکل4-4- تقسیم توان در طی فرآیند شتابگیری و توقف کامیون با استراتژی کنترلی قاعدهمند ——–35

شکل4-5- نتایج برنامهنویسی دینامیکی در طی سیکل FUDS ——————————40

شکل5-1- شماتیک کامیون هیبرید هیدرولیک —————————————–44

شکل5-2- نیروهای اعمالی بر خودرو —————————–    —————–46

شکل5-3- گشتاورهای وارد بر خودرو ———————-           ————————46

شکل5- 4- دیاگرام محاسبه بارهای جادهای در نرمافزار سیمولینک متلب———————-47

شکل5- 5- محاسبه وزن خودرو و وزن معادل قطعات گردنده در سیمولینک—– ————— 48

شکل5-6- سیمولینک موتور دیزل مدل زوران فیلیپی و دنیس آسانیس ———————— 49

شکل5-7- سیکل دیزل موتور احتراقی ———————————————-51

شکل 5 -8 – نمودارهای گشتاور و توان برحسب سرعت برای موتور احتراقی—- ——————————- 54

شکل5-9 – پمپ/موتور هیدرولیکی جابجای متغییر ————————————–57

شکل5-10- چند نمونه آکومولاتور ————————————————- 58

شکل5-11- تعامل پمپ/موتور هیدرولیکی و آکومولاتورها ———————————59

شکل6-1- سیکل رانندگی شهری فدرال  ———–    ————————      ———–64

شکل6-2- مصرف اقتصادی سوخت متوسط در سیکل رانندگی شهری فدرال ———————65

شکل6-3- گشتاور موتور احتراقی در زمان طی سیکل رانندگی ——————————-66

شکل6-4- منحنی توان سیستم محرکه کامیون معمولی ———— ————————-66

شکل6-5- منحنی توان سیستم محرکه کامیون معمولی در بازه زمانی 400 تا 600 ثانیه ————–67

شکل6-6- مصرف اقتصادی سوخت متوسط کامیون هیبرید هیدرولیک موازی ——      —————68

شکل6-7 – گشتاور تولیدی موتور احتراقی کامیون هیبرید هیدرولیک —————————69

شکل6-8- منحنی توان کامیون هیبرید هیدرولیک —————————————-70

شکل6-9- منحنی توان کامیون هیبرید هیدرولیک در بازه زمانی 400 تا 600 ثانیه ——————70

1-1- خودرو هیبرید

اصطلاح هیبرید در مورد خودروهای به کار می رود که در آنها از دو یا بیشتر از دو منبع توان مجزا برای تأمین توان جلوبرنده استفاده میگردد. خودروهای متداول به یک موتور احتراق داخلی مجهز میباشند که  از سوختهای فسیلی برای تولید توان استفاده میکند. توان تولید شده از طریق سیستم انتقال قدرت مکانیکی به چرخها انتقال مییابد. حال اگر علاوه بر موتور احتراق داخلی منبع توان دیگری در خودرو مورد استفاده واقع گردد اصطلاح هیبرید برای آن به کار می رود. منبع توان ثانویه می تواند به صورتهای مختلفی باشد از جمله: الکتریکی، شیمیای، هیدرولیکی و هر روش دیگر ذخیره و تولید توان.

دلایل مختلفی برای هیبریدسازی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از: کاهش آلایندگی محیط زیست و صرفهجویی در مصرف سوختهای فسیلی. آلایندگی بالای خودروهای متداول در شهرهای بزرگ صنعتی نیاز به منابع توان جایگزین را ایجاب میکند. قیمت بنزین و گازوییل به عنوان اصلیترین سوخت- های مورد استفاده در خودروها به دلیل نوسانات قیمت نفت خام همواره در حال افزایش بوده است. به منظور صرفهجویی در مصرف سوخت و کاهش تقاضا برای سوختهای فسیلی از هیبریدسازی خودروها به عنوان راهحلی عاجل استفاده میشود.

1-2- خودرو هیبرید هیدرولیک2

خودروهای هیبرید علاوه بر موتور احتراق داخلی به عنوان منبع اصلی توان، از سیستم ویژهی برای بازیافت انرژی جنبشی خودرو در زمان ترمزگیری و ذخیره آن جهت استفاده مجدد بهره میبرند. خودرو

هیبرید هیدرولیک به سیستمی مجهز است که انرژی جنبشی خودرو را در زمان ترمزگیری به صورت توان هیدرولیکی در آکومولاتور ذخیره می کند. خودرو هیبرید هیدرولیک از خودرو هیبرید برقی متفاوت خواهد بود. خودرو هیبرید هیدرولیک انرژی را در آکومولاتورها ذخیره میکند و واحد محرک آن پمپ/موتور هیدرولیکی میباشد. خودرو هیبرید برقی انرژی را در مجموعه باتریها ذخیره میکند و واحد محرک آن موتور/ژنراتور الکتریکی خواهد بود.

امروزه اکثر خودروهای هیبرید موجود اعم از سواریها و کامیونهای سبک از نوع هیبرید برقی هستند. از آنجا که بیش از 90 درصد تلاشها در جهت تجاریسازی خودروهای هیبرید بر نوع برقی متمرکز بوده است، خودروهای هیبرید هیدرولیک چندان مورد توجه قرار نگرفتهاند. از کل بودجهای که صرف تحقیق در زمینه خودروهای هیبرید و توسعه آنها میشود، درصد کمی به خودروهای هیبرید هیدرولیک اختصاص یافته است. لذا تحقیق در این زمینه هنوز در ابتدای راه می باشد. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا از جمله پیشگامان در عرصه تحقیق و توسعه خودروهای هیبرید هیدرولیک میباشد[1 ].

1-3- بیان مسأله و اهداف تحقیق

انگیزه اصلی تحقیق فراهم کردن وسیلهای برای مطالعه رفتار سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک و مقایسه آن با سیستم محرکه خودروهای سنتی میباشد. دلیل انتخاب سیستم هیبرید هیدرولیک برتری منحصر به فرد آن نسبت به هیبرید برقی در بحث ذخیره و توزیع توان است. مزیت اصلی سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک نسبت بالای توان به وزن (kW/kg) موتورهای هیدرولیکی به کار رفته در آن است. همانطور که از  شکل 1- 1 پیداست، نسبت توان به وزن موتورهای هیدرولیکی حدود ده برابر الکتروموتورها میباشد. این مزیت سیستم را برای کامیونها که وزن بالای دارند بسیار مناسب می سازد.

شکل 1- 1 : مقایسه نسبت وزن به توان موتورهای هیدرولیکی و الکتریکی [2]

مزیت دیگر سیستم هیبرید هیدرولیک به سرعت بالای شارژ و تخلیه آکومولاتورها مربوط می باشد. این مزیت سیستم را برای کاربرد در خودروهای که در سیکل شهری کار میکنند بسیار جذاب میکند[2].

سیستم هیبرید هیدرولیک به راحتی میتواند انرژی جنبشی خودرو را در زمان ترمزگیری جذب و در آکومولاتور ذخیره کند. با توجه به اینکه بازده اجزای سیستم بالا می باشد، بازده عملکرد سیستم میتواند بیشتر از 70 درصد باشد[1و 3].

از جمله معایب اصلی سیستم میتوان به نویز بالا، نشتی روغن هیدرولیک و ظرفیت ذخیره پایین انرژی اشاره کرد. انتظار میرود در آینده نزدیک این معایب تا اندازه زیادی برطرف شوند و توان هیدرولیکی به انرژی قابل اعتمادتری تبدیل گردد. در حال حاضر تحقیقات فراوانی در زمینه اجزای سیستم هیدرولیکی در جریان است و سیستم محرکه هیبرید هیدرولیکی در کامیونهای شهری به کار گرفته شدهاند[4].

اهداف اصلی این تحقیق عبارتاند از: 1 – بررسی سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک وتشریح ساختار و اجزای آن (نوع موازی). 2- تهیه مدل سیستم محرکه سنتی و سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک در محیط متلب/سیمولینک. 3- بررسی نحوه کنترل و استراتژی مدیریت انرژی سیستم (EMS). 4- بررسی رفتار سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک و مقایسه آن با سیستم محرکه سنتی.

1-4- روند تحقیق

این تحقیق در پنج  فصل تهیه گردیده است. فصل دوم به ارایه زمینه تحقیق میپردازد. مختصری از انواع مدلهای ارایه شده در زمینه خودروهای هیبرید تهیه شده است. همچنین پیکربندیهای سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک مورد بحث واقع میشود.

فصل سوم به تشریح مفصل سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک موازی و بررسی اجزای آن میپردازد.

فصل چهارم به مدلسازی سیستم و اجزای آن اختصاص یافته است.

فصل پنجم به بررسی انواع استرتژیهای مدیریت انرژی سیستم محرکه هیبرید و کنترل آن میپردازد.

در فصل ششم نتایج مدلسازی و مقایسه رفتار سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک و سیستم محرکه سنتی ارایه گردیده است.

 

فصل دوم

در این فصل به معرفی خودرو هیبرید هیدرولیک و پیکربندیهای آن میپردازیم. همچنین مروری خواهیم داشت بر تحقیقات صورت گرفته در زمینه مدلسازی سیستمهای محرکه با تمرکز بر سیستم محرکه هیبرید هیدرولیک.

2- 1- خودرو هیبرید

تکنولوژی هیبرید ایده جدیدی نیست، بلکه قدمتی به اندازهی تاریخ ساخت خودرو توسط بشر دارد. اولین هیبریدهای ساخته شده بنزینی- برقی بودند. در اوایل هدف از هیبریدسازی خودرو نه کاهش آلایندگی و مصرف سوخت بلکه کمک به موتور احتراق داخلی و افزایش سرعت خودرو بود. درسالهای اخیر به دلایلی از جمله افزایش قیمت فرآوردههای نفتی، کاهش منابع نفت خام و افزایش آلودگی هوا هیبریدسازی بار دیگر در کانون توجه خودروسازان به عنوان یک راهحل فوری قرار گرفته است[5و6]. در خودروهای هیبرید حجم موتور کاهش یافته و انرژی جنبشی خودرو در زمان ترمزگیری جهت استفاده مجدد بازیافت میشود. همچنین موتور احتراقی خودروهای هیبرید در زمانهای که مورد نیاز نیست خاموش میگردد.

برخی از رخدادهای مهم  در رابطه با خودروهای هیبرید به صورت زیر میباشد:

  • در سال 1966 کنگره آمریکا به منظور جلوگیری از آلودگی هوا اولین بودجه را به توسعه و تولید خودروهای الکتریکی اختصاص داد[5].
  • بحرانهای نفتی سال 1973 (جنگ اعراب و اسراییل) و سال 1979 (انقلاب ایران)، ضرورت تحقیق در زمینه خودروهای هیبرید و توسعه آنها را افزایش داد و شرکتهای بیشتری به فعالیت در این زمینه روی آوردند [5].

<hr />
<p style=”text-align: justify;”> مقطع کارشناسی ارشد</p>
<p style=”text-align: justify;”>بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.</p>
<hr />
<p style=”text-align: justify;”>فایل pdf غیر قابل ویرایش</p>


<p style=”text-align: justify;”><a style=”line-height: 1.5;” title=”نویسه خوان” href=”http://1001daneshjo.ir/free-farsi-type/”><img class=”alignnone” src=”http://1001daneshjo.ir/pic/ocr.jpg” alt=”” /></a></p>
<p style=”text-align: justify;”>

</p>