авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Методика оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РАКОВ Вячеслав Александрович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.22.10 – эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный

технический университет» (ВоГТУ)

на кафедре автомобилей и автомобильного хозяйства

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Александров Игорь Константинович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Капустин Александр Александрович
кандидат технических наук, доцент Егоров Алексей Борисович
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Защита состоится « 15 » марта 2012 г. в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.02 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190103, г. Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д. 2/5, ауд. 340К.

Телефон: (812) 316-58-73, факс: (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «_____» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, доцент С.В. Репин

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы работы. Общепринятое название автомобилей с электромеханическими силовыми установками – гибридные (ГСУ), в которых в качестве первичного источника энергии используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а вторичным чаще всего является электрический накопитель энергии, сопряженный с электромеханической системой привода ведущих колес [4]. В последние несколько лет число таких автомобилей во всем мире и в России существенно возросло. Тенденция к увеличению производства гибридных автомобилей обусловлена принципиальным повышением требований международных стандартов к экологической безопасности и экономичности транспортных средств (ТС) [5]. В ближайшие годы в России ожидается существенное увеличение числа марок гибридных автомобилей, предлагаемых потребителю европейскими, китайскими, корейскими, а также отечественными автопроизводителями [19]. Рост численности таких автомобилей по статистической информации составляет в среднем 40-50% в год, а общее количество к 2012 году достигнет порядка 18 тыс. штук. Отсюда возникает потребность в коррекции методологии технической эксплуатации современных ТС.

Действующее в России положение о техническом обслуживании транспортных средств не содержит нормативной информации по гибридным автомобилям. В техническом регламенте о безопасности колесных транспортных средств (2009 год) также отсутствуют рекомендации по определению исправного состояния ГСУ. Техническое сопровождение эксплуатируемых на территории Российской Федерации гибридных автомобилей со стороны ведущих автопроизводителей в настоящее время недостаточно организовано. В результате инженерно-технический персонал станций технического обслуживания (СТО) не располагает возможностями для проведения качественного обслуживания и ремонта, а от этого напрямую зависит безопасность участников дорожного движения. К тому же трудности, возникающие в эксплуатации гибридных автомобилей, снижают интерес к ним покупателей, что неизбежно замедлит обновление автомобильного парка перспективными моделями ТС.

Степень изученности проблемы

Для становления методологической базы диагностирования систем автомобилей наиболее ценными являются работы следующих авторов:

– общая методология, изложенная Мирошниковым Л.В., используемая в практике технической эксплуатации, взята в качестве основы при разработке методики оценки технического состояния ГСУ;

  • методология расчета базовых параметров ГСУ, разработанная Суриным Е.И., Умняшкиным В.А., Александровым И.К., Васильевым В.А., легла в основу математической модели, служащей для определения опорных значений диагностических параметров.

Кроме этого в работе использован опыт, реализованный в практике оценки технического состояния ГСУ автомобилей.

Оценка технического состояния и поиск неисправностей ГСУ (по результатам сканирования электронной системы управления) в настоящее время выполняется методом поэлементной проверки, что не обеспечивает высокое качество диагностирования, проявляющееся в дополнительных трудозатратах и сложности процесса диагностирования. Недостаточный уровень достоверности при постановке диагноза приводит к ошибкам во время ремонта и повреждению дорогостоящих элементов гибридного привода. Ремонтные работы усложняются из-за отсутствия необходимого диагностического оборудования.

В реальных условиях эксплуатации автомобилей как в России, так и за рубежом при диагностировании технического состояния ГСУ чаще всего используется бесстендовый метод. При этом в качестве основных диагностических приборов применяют: мотор-тестер для ДВС, сканер ошибок электронной системы управления ГСУ, осциллограф, тестер высоковольтной части электропривода.

Обобщая существующий опыт, можно сделать вывод о том, что разработчики средств диагностирования ГСУ идут путем раздельного контроля технического состояния систем ДВС и электропривода, не предусматривая при этом оценки их взаимосвязанной работы.

Наиболее распространенными в России являются автомобили с ГСУ смешанного типа (примерно 80%). Информация об отказах ГСУ и причинах их появления недостаточно изучена и практически не систематизирована. Поскольку именно схема смешанного типа наиболее распространена и представляет наибольшую сложность для диагностирования, ей уделено наибольшее внимание при разработке методики.

В смешанной схеме ГСУ мощность, вырабатываемая ДВС, может передаваться на колеса автомобиля в зависимости от режима движения двумя потоками: механическим, через устройство распределения мощности, и электрическим, через электромоторы-генераторы (МГ) и высоковольтную батарею. Для создания мощности на ведущих колесах двигатель внутреннего сгорания и высоковольтная батарея могут работать как раздельно, так и совместно, что затрудняет оценку технического состояния ГСУ.

Целью диссертационной работы является разработка методики, повышающей качество диагностирования и технического обслуживания ГСУ автомобилей.

Поставленная цель достигается посредством решения следующих задач:

– определение комплекса методических задач для возможности применения действующей методологии при оценке технического состояния ГСУ;

– обоснование выбора диагностических параметров для оценки технического состояния ГСУ;

– разработка методики (алгоритма) оценки технического состояния ГСУ автомобилей;

– разработка математической модели вычисления эталонных значений диагностических параметров при определении технического состояния элементов ГСУ;

– установление факторов, влияющих на результаты оценки технического состояния ГСУ;

– оценка адекватности разработанных алгоритмов реальным процессам, происходящим в ГСУ автомобиля;

– разработка и изготовление экспериментальной установки и средств диагностирования;

– разработка алгоритма поиска неисправностей ГСУ автомобилей с использованием методики;

– технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения разработанной методики.

Для достижения поставленной цели используются следующие методы исследования:

– моделирование функциональных параметров элементов ГСУ в различных динамических режимах;

– оценка технического состояния ГСУ для вычисления эталонных значений диагностических параметров с использованием математического моделирования процессов функционирования ГСУ с последующей алгоритмизацией и разработкой программ в средах MathCAD и Excel [8].

Методика оценки технического состояния ГСУ апробирована в лабораторных условиях на экспериментальной установке и при испытаниях гибридного автомобиля Toyota Prius NHW11. В ходе экспериментальных исследований циклы разгонов-торможений ГСУ задаются с помощью программного обеспечения Omron CX-Drive. Измерение и запись текущих параметров осуществлена с использованием программного обеспечения L-Graph и измерительной системы L-Card. Оценка достоверности математической модели проведена методом сравнения вычисляемых диагностических параметров с аналогичными значениями, установленными заводом-изготовителем автомобиля Toyota Prius.

Объект исследования – методики оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– разработана методика оценки технического состояния ГСУ автомобилей, которая отличается от известных методик тем, что одновременно оценивает работу двух потоков мощности – от ДВС и высоковольтной батареи (ВВБ) гибридного привода;

– разработан соответствующий алгоритм, реализованный в программной среде MathCAD и Excel, обеспечивающий вычисление эталонных значений диагностических параметров для заданных условий тестирования [2,3];

– разработаны алгоритм поиска неисправностей и практические рекомендации о способах оценки технического состояния элементов ГСУ;

– обоснована рациональная программа проведения технического обслуживания (ТО) гибридного автомобиля Toyota Prius в российских условиях эксплуатации;

– разработана, изготовлена и апробирована экспериментальная установка, способная быть полезной в практике технической эксплуатации автомобилей с ГСУ, а также в процессе обучения студентов и бакалавров вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» [13].

Практическая ценность работы заключается в возможности практического использования разработанной методики на станциях технического обслуживания для повышения уровня достоверности при постановке диагноза, а также качества технического обслуживания ГСУ автомобилей.

Срок окупаемости капитальных вложений во внедрение разработанной методики и рекомендуемого диагностического оборудования, определенный с учетом темпа роста количества обслуживаемых гибридных автомобилей, составит 3,5 года.

Изготовленная экспериментальная установка используется в образовательном процессе при обучении специалистов и бакалавров в Вологодском государственном техническом университете (акт внедрения) и рекомендована для обучения инженеров-диагностов на СТО.

Апробация и внедрение результатов. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» Вологодского государственного технического университета. Основные положения и результаты работы докладывались на 3 международных [10, 12, 13] и 7 всероссийских [11, 14, 15, 16, 17, 18, 19] научно-технических конференциях в 2008-2011 гг.

Материалы диссертационной работы были представлены на международных выставках, по результатам которых получены: серебряная медаль Девятого Московского международного салона инноваций и инвестиций (2009 год); золотая медаль выставки «Innovations for investments to the future» Американо-Российского делового союза (ARBU) (2009 год).

Разработанная автором методика испытана и рекомендована к применению ООО «Перспективные энергосберегающие технологии» в г. Вологде. Результаты работы внедрены в образовательный процесс в Вологодском государственном техническом университете.

В рамках данной работы выполнена НИР «Научно-техническое обоснование и разработка методики тягового расчета ТС с учетом адаптивности тягового двигателя в целях оптимизации эксплуатационных свойств ТС» по заказу вологодской машиностроительной компании ОАО «Транс-Альфа». Получен патент [9].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ общим объемом 1,5 п.л., в т.ч. 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, зарегистрирован 1 программный продукт.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 104 наименований. Работа в целом изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 27 таблиц.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Выявлен основной недостаток существующих методик оценки технического состояния ГСУ автомобилей, а именно, – они основаны на раздельной проверке цепочек потоков мощности. При этом не учитывается то, что неисправности ДВС, приводящие к ухудшению его эффективных показателей, сопровождаются увеличением нагрузки на высоковольтную батарею, резко снижая ее надежность.

На основе данных, собранных на специализированной станции технического обслуживания «HYBRIDs.ru», был реализован статистический эксперимент, в результате которого выделены основные неисправности систем ГСУ и установлены законы их распределения (рис. 1).

 Закономерности изменения отказов в-0

Рис. 1. Закономерности изменения отказов в работе систем ГСУ в зависимости от интервалов пробега.

Наибольшее количество отказов в работе ГСУ вызвано неисправностями ДВС, приводящими к ухудшению таких эффективных показателей, как полезная мощность и расход топлива. При этом недостаток мощности ДВС сопровождается увеличением нагрузки на второй источник энергии – высоковольтную батарею, что резко снижает ее надежность.

Взаимовлияние элементов ГСУ делает применение существующих методов неэффективным, затрудняющим поиск неисправностей, что позволяет сформулировать цель и задачи разработки методики оценки технического состояния при взаимодействии двух потоков мощности: от ДВС и накопителя энергии.

2. Обоснован выбор диагностических параметров для оценки технического состояния ГСУ автомобилей.

Диагностические параметры выбраны на основании анализа рабочих и сопутствующих процессов ГСУ.

Первоначально рассмотрено 8 параметров рабочих процессов и 5 параметров сопутствующих процессов. После оценки по критериям оптимальности, согласно теории технической эксплуатации автомобилей, выбрано 6 параметров, подлежащих дальнейшему анализу.

Для решения задачи постановки диагноза на основе минимально необходимого количества контролируемых диагностических параметров разработаны диагностические матрицы ГСУ. Результаты оптимизации совокупности матриц диагностических параметров сведены в табл. 1.

Таблица 1

Диагностическая матрица ГСУ

Диагностические параметры Неисправный элемент
ДВС ВВБ
1. Запуск двигателя
y5- 0 1
2. Начало движения
y5+ 1 0
y5- 0 1
3. Ускорение, движение на подъем
y5+ 1 0
y5- 0 1
4. Движение накатом, торможение
y6- 0 1


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.