طراحی و شبیه‌سازی مدار سیستم محرکه هیبریدی سری با رویکرد حذف ترمزگیری اصطکاکی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مکانیک، پژوهشکده فناور‌های نو، امیرکبیر، تهران، ایران

2 استاد، مکانیک، امیرکبیر، تهران، ایران

3 استادیار، مکانیک، پژوهشکده فناور‌های نو، امیرکبیر، تهران، ایران

4 دکتری، مکانیک، امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

با افزایش روز افزون آلودگی‌های زیست محیطی راه‌کارهای مختلفی از قبیل توسعه خودروهای هیبریدی مورد توجه قرار گرفته است. سیستم محرکه هیبریدی هیدرولیکی به دلیل قابلیت انتقال توان بالا و هزینه نگهداری پایین، در خودرو‌های سنگین استفاده می‌شود. در این مقاله، مدار هیدرولیکی سری با رویکرد حذف ترمز گیری اصطکاکی، جهت ترمز گیری بازیابی ارائه شده است. در مدار هیدرولیکی ارائه شده قابلیت کنترل فشار و جریان وجود دارد. این ویژگی سبب شده است ترمز گیری در تمام شرایط رانندگی، توسط گشتاور ایجاد شده به‌وسیله مدار هیدرولیکی صورت گیرد. از کنترلر PID برای کنترل فشار و جریان خروجی پمپ با توجه به شرایط رانندگی و میزان فشار آکومولاتور استفاده شده است. با توجه به شتاب کند شونده دو حالت ترمزگیری مد نظر قرار داده شده است. در حالت اول، گشتاور ترمز گیری تنها توسط تغییر جریان و در حالت دوم توسط تغییر هم‌زمان جریان و فشار تأمین می‌گردد. جهت تائید عملکرد ساختار پیشنهادی، با اعمال نیروهای دلخواه به پدال، شتاب کند شونده در نرم افزار AMESIM شبیه سازی شده است. الگوریتم کنترلی نیز در همین نرم افزار پیاده‌سازی شده است و قابلیت ترمز گیری و میزان انرژی ذخیره در زمان ترمز گیری در حالت‌های مختلف ترمز گیری بررسی شده است. با حذف ترمزگیری اصطکاکی در سیستم محرکه هیبریدی، خطای زمانی در حالت اول ترمزگیری 13/0 ثانیه و در حالت دوم 03/0 ثانیه است. با حذف ترمزگیری اصطکاکی در سیستم محرکه هیبریدی و استفاده از مدار هیدرولیکی ارائه شده، برخلاف ساختارهای هیبریدی مرسوم در تمام شرایط ترمزگیری ذخیره انرژی صورت می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Katrašnik, T (2006) Analysis of fuel consumption reduction due to powertrain hybridization and downsizing of ICE. SAE Tech. Pap.
[2] Vu, T.-V., C.-K. Chen, and C.-W. Hung (2014) A model predictive control approach for fuel economy improvement of a series hydraulic hybrid vehicle. Energies, 7(11): p. 7017-7040.
[3] Boretti, A. and J. Stecki (2012) Hydraulic hybrid heavy duty vehicles-challenges and opportunities. 2012, SAE Tech. Pap.
[4] Filipi, Z. and Y. Kim (2010) Hydraulic hybrid propulsion for heavy vehicles: Combining the simulation and engine-in-the-loop techniques to maximize the fuel economy and emission benefits. OGST - Revue d'IFP Energies nouvelles. 65(1): p. 155-178.
[5] Kumar, A., et al (2018), Effect of hydraulic accumulator on pressure surge of a hydrostatic transmission system. J. Inst. Eng. (India): Series C, 99(2): p. 169-174.
[6] Rydberg, K.-E (2009) Energy efficient hydraulic hybrid drives. in 11: th SICFP’09, June 2-4, Linköping, Sweden.
[7] Wu, W., et al (2019) Energy efficiency of hydraulic regenerative braking for an automobile hydraulic hybrid propulsion method. Int. J. Green Energy. 16(13): p. 1046-1053.
[8] Wasbari, F., et al (2017) A review of compressed-air hybrid technology in vehicle system. Renew. Sust. Energ. Rev. 67: p. 935-953.
[9] Ramakrishnan, R., S.S. Hiremath, and M. Singaperumal (2012) Theoretical investigations on the effect of system parameters in series hydraulic hybrid system with hydrostatic regenerative braking. J. Mech. Sci. Technol. 26(5): p. 1321-1331.
[10] Yunpu, S. and W. Wuteng (2014) Parameter Design for the Energy Regeneration System of Series Hydraulic Hybrid Bus. Sens. Transducers. 165(2): p. 182.
[11] Bender, F.A., M. Kaszynski, and O. Sawodny (2013) Drive cycle prediction and energy management optimization for hybrid hydraulic vehicles. IEEE Trans. Veh. Technol. 62(8): p. 3581-3592.
[12] Midgley, W., H. Cathcart, and D. Cebon (2013) Modelling of hydraulic regenerative braking systems for heavy vehicles. Proc. Inst. Mech. Eng. D: J. Automob. Eng. 227(7): p. 1072-1084.
[13] Zhou, S., P. Walker, and N. Zhang (2020) Parametric design and regenerative braking control of a parallel hydraulic hybrid vehicle. Mech Mach Theory. 146: p. 103714.
[14] Yan, Y., G. Liu, and J. Chen  (2010) Integrated modeling and optimization of a parallel hydraulic hybrid bus. Int. J. Automot. Technol. 11(1): p. 97-104.
[15] Ribeiro, D., et al (2015) Hybrid Hydraulic Refuse Truck Evaluation on Performance and Fuel Consumption: 3-Month Tests in the Rio de Janeiro Sanitation Department. SAE Tech. Pap.
[16] پایگانه, et al (2015) مطالعه امکان سنجی و طراحی سیستم قوای محرکه هیبرید هیدرولیک برای خودروی خدمات شهری. مهندسی مکانیک مدرس. 14(15): p. 307-315.
[17] Ramakrishnan, R., S.S. Hiremath, and M. Singaperumal (2014) Design strategy for improving the energy efficiency in series hydraulic/electric synergy system. Energy. 67: p. 422-434.
[18] Hui, S., et al (2011) Control strategy of hydraulic/electric synergy system in heavy hybrid vehicles. Energy Convers. Manag. 52(1): p. 668-674.
[19] Ding, R., et al (2018) Programmable hydraulic control technique in construction machinery: Status, challenges and countermeasures. Autom. Constr. 95: p. 172-192.
[20] Midgley, W.J. and D. Cebon (2012) Comparison of regenerative braking technologies for heavy goods vehicles in urban environments. Proc. Inst. Mech. Eng. D: J. Automob. Eng. 226(7): p. 957-970.
[21] Hui, S., J. Ji-Hai, and W. Xin (2009) Torque control strategy for a parallel hydraulic hybrid vehicle. J. Terramechanics. 46(6): p. 259-265.
[22] محمدرضا حائری, ی., et al (2012) طراحی استراتژی کنترل بهینه آنلاین برای اتوبوس هیبرید هیدرولیک. کنترل. سال هشتم(1): p. 1-10.
[23] Zhou, H., et al (2020) Design and validation of a novel hydraulic hybrid vehicle with wheel motors. Sci. Prog. 103(1): p. 0036850419878024.
[24] Thomas, J (2014) Drive cycle powertrain efficiencies and trends derived from EPA vehicle dynamometer results. SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst. 7(2014-01-2562): p. 1374-1384.