ИЗСЛЕДВАНЕ НА НЯКОИ ЕКСПЛОАТАЦИОННИ СВОЙСТВА НА ХИБРИДЕН АВТОМОБИЛ

Препис

1 РУСЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ АНГЕЛ КЪНЧЕВ ФАКУЛТЕТ ТРАНСПОРТЕН Катедра ДВИГАТЕЛИ И ТРАНСПОРТНА ТЕХНИКА маг. инж. Явор Иванов Иванов ИЗСЛЕДВАНЕ НА НЯКОИ ЕКСПЛОАТАЦИОННИ СВОЙСТВА НА ХИБРИДЕН АВТОМОБИЛ А В Т О Р Е Ф Е Р А Т на дисертация за присъждане на образователна и научна степен ДОКТОР по научната специалност АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРИ И КАРИ НАУЧНИ РЪКОВОДИТЕЛИ: Проф. дтн Росен П. Иванов Доц. д-р Тотю Т. Тотев РЕЦЕНЗЕНТИ: Проф. д-р Христо Кънчев Станчев Проф. д-р Ангел Йорданов Димитров Русе, 2017

2 Дисертационният труд е с обем 129 страници в това число приложения. Състои се от пет глави, предложения за използване на резултатите, общи изводи. Списъкът на използваните източници включва 173 заглавия, като 32 от тях на български език, 16 на руски език, 88 на английски език и 37 - интернет адреси. Дисертационният труд съдържа 103 фигури и 23 таблици. Номерата на включените в автореферата фигури, таблици и формули съвпадат с тези в дисертационния труд. Дисертационният труд е разработен по време на редовна докторантура към Русенски Университет Ангел Кънчев, катедра Двигатели и транспортна техника на Транспортен факултет. Докторската разработка е обсъдена и насочена за защита от научно звено, включващо преподаватели от катедра Двигатели и транспортна техника при Русенски университет Ангел Кънчев, състояло се на.2017 г. Защитата на дисертационния труд ще се състои на открито заседание пред научно жури, назначено от ректора на Русенския университет, на г. от.. часа в зала.., корпус.. на университета. Материалите на докторанта са на разположение на заинтересованите в катедра Двигатели и транспортна техника. Авторефератът е публикуван в сайта за развитие на академичния състав на университета. Автор: маг. инж. Явор Иванов Иванов Тема: ИЗСЛЕДВАНЕ НА НЯКОИ ЕКСПЛОАТАЦИОННИ СВОЙСТВА НА ХИБРИДЕН АВТОМОБИЛ Тираж: 20 бр. Издателски център на Русенския университет Ангел Кънчев - 2 -

3 Анотация Дисертационният труд е посветен на изследване на някои от основните експлоатационни свойства на хибридните автомобили, като динамичните, спирачните и икономичните свойства. Доразвити са методиките за опитно определяне на динамичните, спирачните и икономичните свойства на хибридния автомобил. Предложен е подход за теоретично определяне на динамичната характеристика при хибридните системи. Окомплектована е изпитателна апаратура за опитно определяне на ускорителни, спирачни и икономични свойства на хибридния автомобил в градски и извънградски условия на движение. Извършени са серия пътни изследвания в градски и извънградски условия на движение за определяне на динамичните, спирачните и икономическите свойства с хибриден и класически автомобил от една и съща марка, с цел съпоставимост на резултатите. Получени са оригинални опитни данни за показателите на хибридния автомобил. Сравнени са експлоатационните показатели на автомобил с хибридно и конвенционално задвижване. На тази база е изяснен ефектът от използването на хибридните системи за конкретен модел автомобил в градски и извънградски условия на движение. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД 1. Актуалност на проблема Дисертационният труд е част от изследвания, разглеждащи разхода на гориво на хибриден автомобил в градски и извънградски условия на движение, средното ускорение и закъснение взависимост от натоварването, времето за ускорение, изминатия път и други. Експериментите и изследванията са провеждани в периода година и онагледяват ефекта от използването на хибридните системи за конкретен вид автомобил в градски и извънградски условия на движение. 2. Цел и задачи на изследването Целта на дисертационния труд е ДА СЕ ОЦЕНИ ЕФЕКТЪТ ОТ ХИБРИДНАТА СИСТЕМА ВЪРХУ ДИНАМИЧНИТЕ, СПИРАЧНИТЕ И ИКОНОМИЧНИТЕ СВОЙСТВА НА АВТОМОБИЛА. 3. Методи на изследване Използвани са методите на моделиране на експлоатационните свойства на автомобилите, експериментални методи за определяне на показателите на автомобил в пътни условия, теорията на грешките и математическата обработка на експериментални данни. Извършени са експерименти в реални пътни условия с разработени мобилни измервателно - информационни системи за определяне на динамичните, спирачните и икономичните свойства на хибридните автомобили. 4. Научна новост Предложен е подход за теоретично определяне на динамичната характеристика при хибридните системи. Разработени са частични методики за експериментално определяне на ускорителните, спирачните и икономичните свойства на хибридния автомобил. Сравнени са експлоатационните показатели на автомобил с хибридно и конвенционално задвижване. Изяснен е ефектът от използването на хибридните системи за конкретен вид автомобил в градски и извънградски условия на движение. 5. Практическа ценност Създадена и окомплектована е измервателна апаратура за определяне на ускорителните, спирачните и икономичните свойства на хибридния автомобил. Получени са оригинални експериментални данни за динамичните, спирачните и икономичните свойства на конкретен модел хибриден автомобил. Формулирани са 2 препоръки към производителите и ползвателите на хибридни автомобили от този клас

4 6. Апробация на резултатите Резултатите от дисертационния труд са обсъждани, докладвани и публикувани в сборниците на: - Научна конференция РУ & СУ през 2014 г. и 2016 г. ; - Международна научна конференция Електромобили през 2014 г. и 2015г.; - Международна научна конференция EE&AE през 2015 г. 7. Публикации Публикациите, свързани с дисертационния труд са общо 8, които са отпечатани в сборници на международни и университетски научни конференции. 8. Обем и структура на дисертационния труд Дисертационният труд е с обем 129 страници в това число приложения. Състои се от пет глави, предложения за използване на резултатите, общи изводи. Списъкът на използваните източници включва 173 заглавия, като 32 от тях на български език, 16 на руски език, 88 на английски език и 37 - интернет адреси. Дисертационният труд съдържа 103 фигури и 23 таблици. Номерата на включените в автореферата фигури, таблици и формули съвпадат с тези в дисертационния труд. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД Глава I. АНАЛИЗ НА СЪСТОЯНИЕТО НА ПРОБЛЕМА Разгледани са изследвания и резултати, отнасящи се до: - влияние на вредните емисии от моторните превозни средства върху човешкото здраве и околната среда; - видове хибридни схеми при автомобилите и техните предимства и недостатъци; - основни експлоатационни свойства и показатели на автомобилите; - методи и средства за изследване на основните експлоатационни свойства. - методики и измервателна апаратура за определяне на ускорителните, спирачните и икономичните свойства на хибриден автомобил. Формулирани са следните изводи: 1. С цел намаляване замърсяването на околната среда с изгорели газове и с оглед намаляващият запас от течни горива е наложително да се използват и да се развиват хибридните и електрическите превозни средства. Като най-ефективно превозно средство се явява електромобилът, следван от хибридния и конвенционалния автомобил. При трите автомобила етапът на експлоатация допринася най-много за замърсяването на въздуха с CO2. 2. От хибридните схеми за задвижване на автомобилите, най-предпочитани и разпространени към настоящия момент са паралелните хибридни системи. Предимството на тези системи е по-голяма мощност за интервал от време. Недостатъците са сложната конструкция, загуба на мощност при зареждане на батериите. 3. Няма достатъчно налични данни за разхода на гориво (енергия) от хибридните автомобили в градски и извънградски условия на движение. 4. Не са добре изучени динамичните и спирачните свойства на хибридните автомобили. Липсват или има само откъслечни теоретични и опитни данни за основните показатели за оценка на тези свойства, като: времето за ускоряване от km/h; времето за ускоряване от km/h ; времето за спиране от km/h със и без регенеративно спиране (със или без хибридно задвижване); спирачният път при спиране от km/h със или без регенеративно спиране (със или без хибридно задвижване); 5. Известните теоретични зависимости за оценка на ускорителните, спирачните и икономичните свойства на автомобилите не са директно приложими за хибридните автомобили, предвид начина на задвижването им. Нужно е да се разработят методики за изследване на динамичните, спирачните и икономичните свойства на хибридния автомобил, тъй като задвижването може да бъде осигурено от двигателя с вътрешно горене, от електрическата батерия или от двете системи едновременно

5 6. Необходими са експериментални изследвания за разхода на гориво в градски и извънградски условия на движение с хибриден автомобил и сравнението им с класически автомобил с приблизителни параметри (без хибридно задвижване). 7. Най-подходящи и сравнително удобни за употреба средства за определяне на основните експлоатационни свойства на автомобилите са използващите пътеизмервателно колело с печатащ уред или запаметяване на данните в персонален компютър. Въз основа на направените изводи, отчитайки непълнотата и нуждата за доразвиването им е формулирана целта на дисертационния труд: ДА СЕ ОЦЕНИ ЕФЕКТЪТ ОТ ХИБРИДНАТА СИСТЕМА ВЪРХУ ДИНАМИЧНИТЕ, СПИРАЧНИТЕ И ИКОНОМИЧНИТЕ СВОЙСТВА НА АВТОМОБИЛА. За постигането на поставената цел е необходимо да се решат следните основни задачи: 1. Да се уточнят теоретичните зависимости за оценка на ускорителните, спирачните и икономичните свойства на хибридните автомобили. 2. Да се избере и окомплектова подходяща измервателна апаратура. 3. Да се разработят методики за изследване на динамичните, спирачните и икономичните свойства на хибридния автомобил. 4. Да се извършат експериментални изследвания на ускорителните, спирачните и икономичните свойства. 5. Да се сравнят и анализират свойствата на хибридния с класическия автомобил и се оцени ефектът от хибридната система. ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ 2.1. Устройство и принцип на работа на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid Хибридните автомобили комбинират качествата и предимствата на двете технологии двигатели с вътрешно горене и електродвигатели. Двигателят с вътрешно горене в хибридните автомобили е бензинов и е подобен на тези при конвенционалните превозни средства, с изключение на това, че е много по-малък и по-ефективен. Работният обем на двигателя с вътрешно горене се избира от необходимостта за получаване на по-голяма средна мощност. С този двигател може да се постигне по-висок коефициент на полезно действие и вредните емисии значително да се понижат. За да се осигури необходимата мощност за ускоряване, най-често енергия се осигурява от електрическата батерия и от двигателя [146] Режим на потегляне Фиг.2.3. Работа на елементите от задвижващата система при потегляне (стартиране) на хибридния автомобил [137, 156]: 1-двигател с вътрешно горене; 2-генератор; 3- преобразувател; 4- електрическа батерия; 5-електронен блок за управление; 6-електродвигател; 7-трансмисия - 5 -

6 При плавно потегляне хибридният автомобил (фиг.2.3) използва енергия от електрическата батерия, докато двигателя с вътрешно горене остава изключен. Двигателят с вътрешно горене не може да осигури висок въртящ момент при по-ниски обороти, докато електродвигателят може и заедно с това осигурява плавно потегляне, характерно за градски стил на шофиране. При динамично потегляне задвижването се извършва само чрез двигателя с вътрешно горене Режим на движение в градски условия със скорост до 50 km/h. Електродвигателите са енергийно ефективни при движение на автомобила с ниска скорост. Хибридните автомобили на Toyota използват електрическата енергия, съхранена в батерията, която се използва за захранване на електродвигателите при движение (фиг.2.3). При ниско ниво на зареждане на батерията двигателят с вътрешно горене се включва и генераторът започва да зарежда батерията и да захранва електродвигателите Режим на движение с постоянна скорост При движението на хибридния автомобил с постоянна скорост (фиг. 2.4) двигателят с вътрешно горене и електродвигателят работят съвместно и осигуряват мощностния поток към задвижващите колела и чрез генератора се зарежда електрическата батерия. Фиг.2.4. Работа на елементите от задвижващата система при движение с постоянна скорост на хибридния автомобил Режим на движение с постоянна скорост. Презареждане Двигателят с вътрешно горене може да произвежда повече енергия, отколкото е необходимо, за да задвижва автомобила. В този случай излишъкът се превръща в електрическа енергия от генератора и се съхранява в батерията (фиг.2.5). Фиг.2.5. Работа на елементите от задвижващата система при постоянна скорост и режим на презареждане на електрическата батерия на хибридния автомобил - 6 -

7 Режим на ускоряване При интензивно ускорение (например, за изкачване на стръмен склон или изпреварване) енергията от батерията, се подава към електродвигателят за допълнителна мощност (фиг.2.5). Чрез комбиниране на двигателя с вътрешно горене и електромоторите, хибридните автомобили на Toyota доставят мощност, сравнима с автомобили, които имат един клас по-голям работен обем двигател с вътрешно горене. Двигателят с вътрешно горене е в готовност веднага да се включи при необходимост от по-интензивни потегляния, чрез порязко подаване на гориво (фиг.2.5) като по този начин на задвижващите колела се подава потока от мощност от двигателя с вътрешно горене и електродвигателя. Хибридните автомобили могат да реализират по-голяма мощност от класическите автомобили за определено време на движение, чрез мощността сумирана от двигател с вътрешно горене, електродвигателя и съхранената електрическа енергия в електрическата батерия.[149] Режим на намаляване на скоростта и регенериране на електрическата енергия Регенерираната енергия от режима на спиране се съхранява в електрическата батерия. При отнемане или натискане на педала за подаване на гориво, хибридните автомобили използват кинетичната енергия от задвижващите колела която се превръща в закъснително движение и електродвигателите функционират в режим на генератори (фиг. 2.6). Енергията, която обикновено се губи при спиране се преобразува в електрическа енергия и зарежда батерията, за да бъде повторно използвана при нужда от по-голяма мощност. Фиг.2.6. Работа на елементите от задвижващата при режим на намаляване на скоростта (спиране) и регенериране на енергията на хибридния автомобил Режимът на спиране на хибридния автомобил (фиг.2.6) се осъществява, чрез електродвигателя (регенеративно спиране), който работи като генератор. Създава се спирачен момент, който се прилага на задвижващите колела, намалява се скоростта на движение на хибридния автомобил и се зарежда батерията. Регенеративното спиране не е ефективно при ниски скорости на движение, например в градски условия (под km/h). При движение под тази скорост, спирането се извършва с механичната спирачка на хибридния автомобил. При посочените по-долу ситуации кинетичната енергия на движението на автомобила се преобразува в електрическа, и в допълнение на зареждането на акумулаторната батерия се получава и спирачна сила: - когато се освободи педалът за подаване на гориво; - когато се натисне спирачният педал (при шофиране със скоростен лост в положението D (движение) или в положението B (спиране)

8 Режим в спряно положение Двигателят с вътрешно горене и електродвигателите не подават мощностен поток към задвижването на хибридния автомобил. Не се изразходва енергия за работа на празен ход. При ниско ниво на електрическата батерия двигателят с вътрешно горене може да се включи и да работи докато зареди батерията. В спряно положение на хибридния автомобил на светофар, двигателят с вътрешно горене и електродвигателят се изключват автоматично с помощта на системата Start-stop. Батерията продължава да захранва спомагателните системи като контролното табло, дисплея, климатика или вентилатора. Бензиновият двигател се стартира и изключва автоматично. В определени условия двигателят може да не се изключи автоматично, а именно: - когато бензиновият двигател още загрява; - когато тяговата батерия се зарежда; - когато тяговата батерия е с повишена или понижена температура; - когато е включен допълнителният подгревател Акумулаторни батерии Източник на електроенергия за хибридния автомобил е електрическата батерия. Тя съхранява електрическата енергия чрез химичен процес и не произвежда, а само натрупва и съхранява енергията, която след това може да отдаде за задвижване. Това е обратим процес, който може да се осъществява многократно. От капацитета на акумулаторната батерия основно зависи пробегът на превозното средство при едно зареждане. Енергията й се изразходва за захранване на електродвигателя и спомагателните електрически системи. Акумулаторите се делят на оловни и алкални. При оловните акумулатори електролитът участва в химичните реакции, а при алкалните е само проводник на електрическия ток. Акумулаторните батерии, които могат да се използват като източник на енергия в електромобилите и хибридните автомобили са [11, 17]: оловни; никел-кадмиеви; никелметалхидридни; литий-йонни; литий-полимерни; метал-въздушни; натрий-серни; натрийметалхлоридни. Отрицателното въздействие на хибридните превозни средства за околната среда се изразява в това, че за тягови електрическите батерии се използват никелметалхидридни и литиево-йонни акумулаторни батерии. Според някои източници никелът е канцерогенен за човека, както и неправилно изхвърляне на никел-металхидридни батерии могат да представлява опасност за околната среда [157, 159]. На фиг. 2.8 е дадено сравнение на различни типове акумулаторни батерии според характеристиките им. Областите показват препоръчителните възможности за приложение в хибридните автомобили и електромобили. Бензиновият двигател зарежда тяговата батерия, която не се нуждае от дозареждане от външен източник. В случай, че автомобилът е бил оставен паркиран продължително време, хибридната електрическа батерия ще се разрежда бавно. По тази причина трябва да се ескплоатира автомобилът най-малко веднъж на всеки няколко месеца в продължение на наймалко 30 минути, или за изминаване най-малко по 16 km. Старт/стоп система изключва автоматично двигателя при спиране на превозното средство. При натискане на педала за ускорение двигателят отново се включва. Така се постига икономия на гориво, при ненатоварен трафик на движение. Моделите, оборудвани само с тази система са известни като микро хибриди [163]. Тяговата батерия има ограничен полезен живот. В зависимост от стила на шофиране и от пътните условия животът на батерията може да се удължава или скъсява. При регенеративното спиране електродвигателят създава съпротивление на задвижващата система, което забавя въртенето на колелата. Системата за регенеративно спиране съхранява енергията, генерирана при намаляване на скоростта от колелата, задвижва електромотора, изпълняващ функцията на генератор, преобразуващ енергията в електроенергия и я съхранява в батерията за последващо използване [163]

9 Фиг Сравнение на различните видове акумулаторни батерии по отношение на специфичната енергия 2.3. Режими на работа на хибридната трансмисия на Toyota Yaris Hybrid Стартиране на двигателя при спрял автомобил. Към мотор-генератора МG1 се подава електрическо напрежение, което задвижва автомобила в обратна посока, но това се предотвратява от подаване на достатъчно голямо блокиращо напрежение на мотор-генератор МG2, който задържа автомобила неподвижен, а електрическо напрежение на моторгенератор МG1 се предава към двигателя с вътрешно горене, който се стартира неусетно (фиг. 2.10). Потегляне и ускоряване. При ускоряване от място честотата на въртене на двигателя с вътрешно горене е значително по-висока от тази на мотор-генератора MG2, но не се предава достатъчно голям въртящ момент към него и съответно към задвижващите колела. В такъв случай мотор-генератора МG1 работи като генератор и електрическата му енергия се насочва към мотор-генератор МG2. В схемата при нужда се включа и електрическата батерия (фиг. 2.11). Движение с високи скорости. При висока скорост на движение двигателят с вътрешно горене може да работи като се задвижва от мотор-генератор МG2, но се управлява така, че да работи в максимално ефективен режим с висок въртящ момент (фиг. 2.12, 2.13 и 2.14). При най-високи предавки управляващият компютър задава на моторгенератора МG2 работа в режим на генератор, който натоварва двигателя с вътрешно горене, а генерираното от него електричество се насочва към мотор-генератор МG1, който от своя страна става задвижва трансмисията. Тази схема на задвижване позволява на двигателя с вътрешно горене да работи с по-ниска при сравнително висока скорост на движение, а системата може да симулира множество предавки между ниски и високи, променяйки ролите на мотор-генераторите МG1 и МG2 между двигател и генератор. В част от режимите едната електрическа машина зарежда и батериите (напрежението в тях никога не пада под определена граница). Електрониката решава каква да е честотата на въртене на всеки от елементите. В повечето режими генерираната от едната електрическа машина енергия се насочва изцяло към другата [170]. Задна предавка. Електрическата батерия подава обратно напрежение към моторгенератор МG2 и автомобилът потегля назад. Ако в този момент електрическата батерия няма достатъчен капацитет се включва двигателят с вътрешно горене, който задвижва моторгенератор МG1 изпълняващ ролята на генератор и осигурява необходимата електрическа енергия

10 Мотор-генераторът МG2 се захранва единствено от батериите, двигателят с вътрешно горене и водилото са неподвижни, а мотор-генераторът МG1 се върти свободно в обратна посока, без да произвежда електричество и да натоварва системата (фиг. 2.15). Изключена предавка. Двигателят с вътрешно горене и електродвигателите не подават мощностен поток към задвижването на хибридния автомобил (фиг. 2.19). Не се изразходва енергия за работа на празен ход. При ниско ниво на електрическата батерия двигателят с вътрешно горене може да се включи и да работи докато зареди батерията. Регенериране на електрическата енергия. В режим на намаляване на скоростта на движение системата насочва генерираната от мотор-генератора МG2 електрическа енергия към електрическата батерия. При нужда (в случай че електрическата батерия е препълнена и е в положение В на скоростния лост) може да прибегне и до използване на реалната спирачна сила на двигателя с вътрешно горене. В такава ситуация мотор-генераторът MG2 започва да генерира енергия и да я насочва към мотор-генератора МG1, а натоварването се осъществява от спирачния момент на двигателя с вътрешно горене. В двата случая задвижващата система успява да оползотвори сериозен дял от излишната енергия на движещия се автомобил (фиг. 2.6). Зареждане на електрическата батерия. Използвайки мотор-генератора МG1 като генератор, хибридната система може да зарежда електрическата батерия и без автомобилът да се движи (фиг. 2.5 и 2.6). Спрял автомобил. Двигателят с вътрешно горене работи само при нужда от зареждане на електрическата батерия поради изключително ефективната охладителна система и достигането на оптималната му работна температура става много бързо (фиг. 2.19) [170]. Схемите на работа на отделните агрегати (ДВГ, мотор-генераторите MG1 и MG2) при различни режими са показани на следващите фигури ( ). Фиг.2.9. Режим на спряно положение на хибридния автомобил Фиг Режим на потегляне на хибридния автомобил При спрян автомобил преди потегляне се натиска бутона старт (фиг. 2.9). При натиснат спирачен педал на дисплея се появява зелен надпис READY (готов). Двигателят не работи. При потегляне, автомобилът се задвижва от електромотора MG2, захранван от батерията (фиг. 2.10). При бавно ускоряване ДВГ задвижва заедно с мотор-генератора MG2 автомобила и едновременно с това задвижва мотор-генератора MG1, който работи в режим на генератор (фиг. 2.11). При интензивно ускоряване мотор-генератора MG2 получава добавена мощност от батерията и мотор-генератора MG1 (фиг. 2.12)

11 Фиг Режим на бавно ускоряване на хибридния автомобил Фиг Режим на интензивно ускоряване на хибридния автомобил Фиг Режим на движение с постоянна скорост на хибридния автомобил Фиг Режим на движение с максимална скорост на хибридния автомобил При движение с постоянна висока скорост, автомобилът се задвижва от ДВГ и моторгенератора MG2. На този режим мотор-генератора MG1 не се върти (фиг. 2.13). При движение с максимална скорост автомобилът се задвижва от трите източника ДВГ, мотор-генераторите MG2 и MG1, който се върти в обратна посока и работи в режим на електромотор (фиг ). Фиг Режим на движение на заден ход на хибридния автомобил При движение на заден ход, автомобилът се задвижва от мотор-генератора MG2, който се върти в обратна посока (фиг. 2.15)

12 2.4. Теоретична динамична характеристика Външната скоростна характеристика на двата двигателя ДВГ и тяговият електромотор MG2 са показани на фиг Електродвигателите имат висок и постоянен въртящ момент M при малки ъглови скорости ω на коляновия вал, което се осъществява при потегляне и движение при ниски скорости в градски условия. Това е предимство на електродвигателите пред двигателите с вътрешно горене. По тази причина е много практично и рационално да се използват електродвигателите при потегляне и движението на хибридните автомобили в градски условия до около 50 km/h по-интензивно се ускоряват за разлика от класическите автомобили. В определен момент от работата на електродвигателя (фиг.2.22) въртящият момент на двигателя M започва да намалява, а мощността P остава постоянна при увеличаване на ъгловата скорост на коляновия вал ω. Равномерно движение с по-ниски скорости се осъществява чрез промяна на режима на работа на електродвигателя, като се премине от естествената характеристика на междинна характеристика. Чрез контролера от силовата апаратура на хибридния автомобил могат да се реализират множество междинни характеристики. При определяне на динамичните свойства на хибридния автомобил се приема постоянно предавателно отношение на планетния механизъм. Мотор-генераторът MG1 работи в режим на спирачка. Електродвигателят е свързан към короната на планетния механизъм, а двигателят с вътрешно горене е свързан към водилото. Коефициентът на полезно действие на трансмисията м се приема, че е постоянен и близък до максималната му стойност, съответстваща при пълно натоварване на електродвигателя. В действителност, хибридният автомобил работи в широк скоростен диапазон, при което коефициентът на натоварване на двигателя м се изменя в широки граници. Следователно к.п.д. на трансмисията ще се променя според натоварването на електродвигателя, като това ще се отрази върху разхода на енергия Е. Фиг Въртящ момент на ДВГ, електродвигателя и сумарен в зависимост от ъгловата скорост на короната от планетния механизъм на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid След като разполагаме с данните за честота на въртене на короната и сумата от въртящите моменти към короната може да се определи движещата сила на колелата Fк, съпротивителните сили на движение - Ff и Fв и динамичният фактор по класическите формули ( ):

13 (2.1) (2.8) (2.10) По данните за движещата сила Fk и съпротивлението от въздуха Fв се построява динамичната характеристика.динамичният фактор D представлява запасът от движеща сила на автомобила след преодоляването на съпротивлението на въздуха на единица тегло, който се използва за преодоляване на съпротивлението на пътя и за ускоряване на автомобила. Динамичната характеристика на хибридния автомобил (фиг.2.26) изразява графичната зависимост на динамичния фактор от скоростта на движение на автомобила. (2.11) За разлика от динамичната характеристика на класическите автомобили, при които се има отделни криви на динамичния фактор за различните предавки, тук при хибридния автомобил трансмисията е безстепенна, изпълнена чрез два планетарни редуктора и на динамичната характеристика не се наблюдават криви за различните предавки, а само една [10, 62, 87, 114, 145, 146, 150]. Направени са изчисления за изследвания хибриден автомобил. Използвани са следните данни: предавателно число на планетния механизъм і п.м. = 2,683; предавателно число на централното предаване і ц.пр. = 3,267; к.п.д. на планетния редуктор η п.р. = 0,95; радиус на колелата rk = 0,26; челна площ на хибридния автомобил S = 1,99 m 2 ; коефициент на въздушно съпротивление kв = 0,18; маса на хибридния автомобил G = 1400 kg. Останалите параметри са изнесени в Приложение 1 от дисертацията. Графиката на силовия баланс e показана на фиг.2.23 а динамичната характеристика на фиг Максималните стойности на динамичния фактор са съизмерими с тези на автомобилите с ДВГ, но графиката има друг характер. Фиг Силов баланс на хибридния автомобил

14 Фиг Динамична характеристика на хибридния автомобил Трябва да се има предвид, че масата на хибридния автомобил е значително по-голяма от тази на конвенционалния модел и освен това електродвигателят понася претоварване. При претоварването 2 пъти може да се преодолее наклон от , което е добър показател Теоретично определяне на спирачни свойства Намаляването на скоростта на хибридните автомобили при движение по наклон надолу или при спиране може да се реализира при работа на електродвигателите в генераторен режим. В този режим кинетичната енергия на хибридния автомобил при спиране се превръща в електрическа енергия и се нарича регенеративно спиране [10, 56, 60, 62, 69, 73, 74, 78, 81, 82, 84, 85, 86, 87, 89, 94, 112, 140, 173]. Основната спирачна система на хибридния автомобил използва силите на триене в спирачните механизми и се нарича механична спирачна система. При ниски скорости на движение регенеративното спиране е неефективно и се задейства механичната спирачна система. При скорости на движение под 15 km/h, около 10% от спирачната енергия се преобразува в електричество. При спирачно закъснение под 1,5 m/s 2, спирачната енергия, която може да се оползотвори за регенерация е в границите от 55 до 100% от общата. При спирачни закъснения под 0,3 m/s 2 може да се оползотвори по-малко от 10% от общата спирачна енергия. Всички съвременни хибридни автомобили използват хибридни спирачни системи, при които предаването на спирачното усилие от педала на спирачката до колелата се управлява с помощта на електронни устройства. Работата на спирачните системи на хибридния автомобил е илюстрирана на спирачната диаграма на фиг.2.26 и показва общата спирачна сила, регенеративната спирачна сила и механичните спирачни сили на предните и задните колела спрямо закъснението на хибридния автомобил. Със започване на процеса на спиране първа се задейства регенеративната спирачна сила (2) на предните колела и в минимална степен се активират механична спирачна сила на предните колела (3) и механичната спирачна сила на задните колела (4) до спирачното закъснение 0,15 g. С нарастване на спирачното закъснение над 0,15 g механичната спирачна сила на предните колела (3) нараства, регенеративната спирачна сила на предните колела (2) остава постоянна и механичната спирачна сила на задните колела (4) нараства до достигане на спирачно закъснение 0,6 g

15 При продължаване на процеса на спиране и спирачно закъснение от 0,6 g механичната спирачна сила на предните колела (3) нараства още по-стръмно (фиг.2.26), регенеративната спирачна сила на предните колела (2) намалява и механичната спирачна сила на задните колела (4) нараства до достигане на спирачно закъснение 0,9 g. След достигане на спирачното закъснение от 0,9 g общата спирачната сила на предните колела (1) е практически равна на механичната (3), регенеративната спирачна сила на предните колела (2) е практически нулева и механичната спирачна сила на задните колела (4) нараства в малка степен, до достигане на спирачно закъснение 1 g. В резултат на процеса на спиране на хибридния автомобил, описан по-горе общата спирачна сила нараства линейно с увеличаване на спирачното закъснение. Съгласуването на действието на двете спирачни системи се извършва от електронен блок, който се явява междинен елемент между водача на превозното средство и хибридната спирачна система. В зависимост от усилието върху спирачния педал, електронният блок контролира разпределението на спирачната сила между двете системи. Електронният блок избира какво спирачно усилие да се приложи от механичната спирачна система върху двата моста и каква част от електрическата спирачна система върху движещия мост, за да се осигури необходимото спирачно закъснение при максимално възможно регенериране на електрическа енергия. Електрическата спирачна система спира да действа при скорост на движение под 15 km/h. Съотношение на спирачните сили към теглото на хибридния автомобил 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Спирачно закъснение, g Фиг Спирачна диаграма на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid [71]: 1 обща спирачна сила на предните колела; 2 регенеративна спирачна сила на предните колела; 3 - механична спирачна сила на предните колела; 4 - механична спирачна сила на задните колела Максималното регенериране на електрическа енергия зависи от характеристиките на електродвигателя и източника на енергия. При регенеративно спиране на хибридния автомобил от V = km/h теоретично може да се върне около 0,16 KW/h енергия. При използването на такова количество енергия в режим на задвижване на хибриден автомобил, той ще измине около 2 km. При движение в градски условия (много на брой спирания и потегляния) се изразходва значително количество от натрупаната кинетична енергия при честото спиране, което води до по-висок разход на гориво [10, 56, 60, 62, 69, 73, 74, 78, 81, 82, 84, 85, 86, 87, 89, 94, 112, 140, 173]. Спирачната енергия (фиг. 2.26) в градски райони може да надвиши 25% от общата електрическа енергия, необходима за задвижването на хибридния автомобил, като в големите градове тя може да достигне до 70%

16 Един от недостатъците на регенеративното спиране е това, че за кратък период от време акумулаторната батерия трябва да приеме голямо количество енергия, което не винаги е възможно поради ограничението по максимален заряден ток. Друг недостатък е невъзможността за акумулиране на регенерираната енергия при заредена акумулаторна батерия. При опити с хибридния автомобил в режим на спиране само с електрическата система се получават стойности в рамките до около 2m/s 2. Опитите са проведени от начална скорост на спиране под 50 km/h Теоретична икономична ( енергийна ) характеристика Енергийната икономичност при хибридните автомобили (електромобилите) се характеризира с разхода на енергия при движение в определени пътни условия. Основен показател на енергийната икономичност е разходът на енергия в kwh за 1 km изминат път при равномерно движение с определена скорост в дадени пътни условия. Разходът на електроенергия в kwh/km изминат път се изчислява по формулата: (2.15) където Рс е мощността на електродвигателя, необходима за осигуряване на движението на хибридния автомобил в конкретните условия, kw; V - скоростта на движение, km/h. (2.16) където е общият к.п.д. на електродвигателя, свързаната с него силова апаратура и трансмисията. FС е сумарната съпротивителна сила при движение, kn За сравняване разхода на енергия при движение на хибридните автомобили може да се използват единиците MJ/km или kwh/km (1MJ=0,278 kwh). При движение на хибридните автомобили за захранване на електродвигателя се използва съхранената в акумулаторната батерия електрическа енергия, която при някои хибридни автомобили може да достигне 70 kwh. Общият к.п.д., мощността и енергията на електродвигателя може да се определи, както е предложено в статия [11,17]. В експлоатационни условия качеството на пътя, натоварването на хибридните автомобили и скоростта на движение не са постоянни. Това е характерно за градски условия на движение. Поради това електродвигателят често работи на различни товарни и скоростни режими, при което се изменя и неговият к.п.д. Зависимостта на разхода на енергия за изминаване на 1 km от скоростта на движение V се нарича енергийна характеристика на хибридния автомобил (фиг.2.27). При ниски скорости на движение на хибридните автомобили консумацията на енергия е малка, а при повишаване на скоростта на движение се увеличава и консумацията на енергия. Например, при движение в градски условия с 50 km/h консумацията на енергия е 0,09 kwh/km, а при движение в извънградски условия или автомагистрали с 120 km/h, консумацията на енергия е 0,26 kwh/km. Почти три пъти се увеличава консумацията на енергия при три пъти увеличаването на скоростта на движение [3, 6, 15, 25, 28, 32, 33, 34, 35, 36, 39, 41, 43, 47, 48, 53]. Енергийната характеристика при хибридните автомобили се различава съществено от класическите автомобили, поради това че при скорости на движение до 50 km/h, характерни за градски условия, задвижването се осъществява с енергия от акумулаторната батерия чрез електродвигателя, без да се намесва двигателят с вътрешно горене при не интензивно ускоряване. Вследствие на това средният разход на гориво на хибридния автомобил в населени места е значително по-нисък от този на класическите автомобили, което подобрява енергийните свойства на хибридните автомобили, в резултат на това се повишава ефективността им

17 E, kwh/km V, km/h Фиг Общ вид на енергийна (икономична) характеристика на хибридния автомобил Средният разход на гориво при хибридните автомобили в сравнение с класическите такива при движението по автомагистрала не се различава съществено, поради високата скорост на движение. При скорости на движение от порядъка на km/h задвижването на хибридния автомобил се извършва само от двигателя с вътрешно горене. За сравнение на средния разход на гориво на хибриден и класически автомобил от същата марка на производителя, извън населени места и по автомагистрали не се отчитат големи разлики [3, 6, 15, 25, 28, 32, 33, 34, 35, 36, 39, 41, 43, 47, 48, 53]. Първата част характеристиката (фиг.2.27) изобразява енергията, необходима за електрическото задвижването на хибридния автомобил (като електромобил), а втората енергията, черпена от двигателя с вътрешно горене, изчислена по разхода на гориво и неговата калоричност. Затова в енергийната характеристика има скок между двете части Изводи 1. Поради сложността на конфигурацията на управлението и задвижването на хибридния автомобил, бордовият компютър управлява всички процеси, свързани със задвижването. Той работи в широк скоростен диапазон, при което коефициентът на натоварване на двигателя м се изменя в широки граници. Следователно к.п.д. на трансмисията ще се променя според натоварването на електродвигателя, като това ще се отрази върху разхода на енергия Е. 2. При спирачните свойства може да се очакват завишени спирачни закъснения, поради подпомагане с електрическо (регенеративно) спиране. При използване на регенеративно спиране от V = km/h теоретично може да се върне около 0,16 KW/h. електрическа енергия. Ефективното регенеративно спиране може значително да подобри икономичните показатели на хибридните автомобили и увеличава общото закъснение, при което могат да се очакват стойности около 9 m/s В градски условия на движение икономичността на хибридния автомобил зависи от моментното състояние на електрическата батерия (при разредена батерия движение се извършва чрез двигателя с вътрешно горене, а при заредена батерия се осъществява чрез електродвигателите от състава на задвижващата система)

18 В случай на задвижване чрез двигателя с вътрешно горене, разходът на гориво е идентичен с автомобил със същата литрова мощност, а при задвижване с енергия от електрическата батерия, разходът на гориво за този участък на движене е 0 L/100 km. Вследствие на това средният разход на гориво на хибридния автомобил в населени места е значително по-нисък от този на класическите автомобили, с което се повишава тяхната ефективност. 4. В извънградски условия на движение хибридният автомобил наподобява поведение като на класически автомобил. При интензивно ускорение за задвижване на трансмисията, освен двигателя с вътрешно горене се включва и енергията, натрупана в електрическата батерия. Средният разход на гориво при хибридните автомобили в сравнение с класическите такива при движението по автомагистрала при скорости от порядъка на km/h не се различава съществено, задвижването на хибридния автомобил се извършва от двигателя с вътрешно горене. Глава III. МЕТОДИКИ И ИЗМЕРВАТЕЛНА АПАРАТУРА ЗА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ Целта на експерименталните изследвания е да се определят експлоатационните свойства (динамични, спирачни и икономични), да се установят различията в експлоатационните свойства на хибридните спрямо класическите автомобили и ефектът от използването им (разход на енергия, спирачни свойства и ускорителни свойства), с оглед безопасността на движение. Обектът на експерименталното изследване е хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid (фиг. 3.2). Основните технически характеристики на изпитваните автомобили [139, 141, 147] са изнесени в Приложения 1,2 и 3. Методиката за провеждане на експерименталните изследвания, включва определяне на динамичните и спирачните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid (фиг. 3.1) с две измервателни системи, независимо една от друга (пътеизмервателното колело Peiseler и радарната система DRS 1000 ). Всички пътни изпитвания са проведени с хибридния автомобил Toyota Yaris Hibryd с трима изпитатели и налягане на въздуха в гумите 0,25 MPa. Гумите на хибридния автомобил са Dunlop Fast Response SP Sport и са размер 175/65 R15. Към ускорителните и спирачните свойства се отнасят основните параметри, измервани чрез първичните преобразуватели. Това са изминатият път, скоростта на движение и ускорението (закъснението) на автомобила. 3.1 Измервателна апаратура с пътеизмервателно колело Peiseler за определяне на ускорителните и спирачните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid Измервателно - информационната система с която са извършени опитите се състои от следните компоненти [21, 23]: - пътеизмервателно колело Peiseler (фиг. 3.2).; - устройство DB-Print (фиг. 3.3); - комплект свързващи кабели за захранване на DB-Print и за свързване на пътеизмервателно колело с DB-Print. Пътеизмервателното колело е снабдено с вендузи и скоби за монтаж, за да бъде прикрепено стабилно към изпитвания автомобил, както е показано на фиг За измерване на необходимите величини се използва магнитно импулсен сензор, вграден в пътеизмервателното колело [125, 164]. Изходът на този сензор е свързан с отчитащо устройство DB Print, показан на фиг То има различни режими за отчитане в зависимост от нуждите. Системата може да работи и с връзка с компютър и специален софтуер чрез сериен интерфейс RS 232 [21, 23]

19 Фиг Монтираното пътеизмервателното колело Peiseler на хибридния автомобил Toyota Yaris Hibryd Фиг Устройство DB-Print от състава на пътеизмервателното колело Фиг Външен вид на DB Print от състава на измервателно-информационната система на PEISELER 3.2 Измервателна апаратура с DRS 1000 за определяне на ускорителните и спирачните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid Измервателно - информационната система се състои от преносим компютър (1), адаптер NI DAQ USB-6008 и радарен сензор за измерване на ускорение (закъснение). В компютъра е инсталиран софтуер LabVIEW Signal Express с приложение към него VI Logger. Чрез тях се събират, обработват, визуализират, съхраняват и анализират данните от направените изпитания. Преносимият компютър има достатъчна памет да съхранява записаните данни и при нужда да се пренесат в лаборатория за анализ и съхранение [18, 19, 25, 85, 123]. Първичният преобразувател за скорост има цифров изход. Системата включва още цифрова индикация и комплект кабели за свързване на индикацията с компютъра (RS 232), с радарния сензор за скорост и захранване (12V) за индикацията от запалката на автомобила. Фиг Радарният сензор за измерване скоростта на движение монтиран на хибриде автомобил Toyota Yaris Hibryd Фиг. 3.9 Цифровата индикация свързана с радарния сензор и преносимия компютър от комплекта на радарната система за скорост на движение

20 Програмируемият цифров индикатор има лесен за четене LCD дисплей с подсветка и се използва за различни цели. Освен показване на измерената стойност, устройството може да записва Max / Min четения и регистър Hi / Lo и да алармира със звуков сигнал Методика за опитно определяне на ускорителните свойства с пътеизмервателна система Peiseler Измерванията се провеждат по прав, хоризонтален участък от републиканската мрежа в района на село Щръклево, с дължина около 2 km и подходящи площадки за обръщане на посоката в двата края на участъка. Пътното покритие е сух асфалт в много добро състояние [21, 22, 23]. Преди началото на опитите изпитваният автомобил трябва да е в нормално техническо състояние и със загрят двигател. Налягането на въздуха в гумите да е оптималното предписано от завода-производител. В режим на ускорение, по време на опита на дисплея се следи моментна скорост, а след края на опита се показват изминато разстояние, средното ускорение (V1-V2) / t и времето за ускоряване от началната V1 до крайната скорост V2. Резултатите от измерванията се изобразяват на дисплея, а може да се обработват на персонален компютър [13]. За определяне на времето за ускоряване km/h измерването започва при неподвижен (в покой) автомобил, апаратурата се включва за работа и след няколко секунди автомобилът потегля. Автомобилът се ускорява с максимална интензивност до достигане на зададената скорост и при достигане на скорост 100 km/h се произвежда звуков сигнал и DB-Print разпечатва резултатите [21, 22, 23]. За всеки режим на движение измерванията се провеждат с трикратна повторяемост. След приключване на опитите и прибиране в лабораторията резултатите се обработват и се представят в графичен и табличен вид за анализ [10, 15, 16]. При използване на радарния сензор, същият се монтира посредством магнити и скоба на предния капак на автомобила и се свързва с кабел към цифровата индикация, която е вътре в автомобила. Поставя се под ъгъл 30 о, за да се постигне оптимална насоченост към пътната настилка Методика за опитното определяне на ускорителните свойства с радарна система DRS 1000 За режимите на спиране към спирачния педал се закрепя допълнителен педал, който се свързва към устройството DB-Print. При натискане от страна на изпитателя се подава информация към DB-Print за процеса на спиране. Изпитваният автомобил, оборудван с готовата за работа и описана по-горе измервателна апаратура се движи с началната скорост от km/h по измервателния участък. Апаратурата се включва за работа и се натиска спирачния педал с максимално усилие. Измерванията се провеждат както е описано в т Методика за опитно определяне на икономичните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid в градски условия на движение Изпитанията за определяне на икономичните свойства на хибридния автомобил включват серия опити в градски условия на движение. Резултатите за текущия и моментния разход на гориво се отчитат от бордовия компютър през 1 min [15, 16]. За определянето на разхода на гориво в градски условия на движение, измерванията са извършени по три градски маршрута. Движението е осъществено през пиковия интервал ч. Опитите са проведени в два режима за всеки маршрут с включен и изключен режим ECO Mode. Всички опити са извършени с трима пътника и включен климатик. Изборът на маршрутите е направен с оглед на това, че по тях се преодоляват спускания и изкачвания по наклон, равнинни терени и престои на светофар. Опитите се извършват като хибридния автомобил е в покой, натоварен с определен брой пасажери, зануляват се стойностите от бордовия компютър. Автомобилът потегля и се движи по определения маршрут

21 През това време се записват стойностите за моментния разход на гориво и нивото на електрическата батерия за всяка минута от движението на хибридния автомобил по маршрута. След прекратяване на маршрута се записват средните стойности за целия маршрут. Зануляват се стойностите на компютъра и се продължава със следващия опит. За всеки режим на движение измерванията се провеждат с трикратна повторяемост Методика за опитно определяне на икономичните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid в извънградски условия на движение Изборът за преминаването на извънградските маршрути е направен с оглед на съчетанието от междуградски пътища, автомагистрали и движение в градски условия, при което хибридният автомобил се движи по характерен релеф (изкачване, спускане, равнинни терени) [10]. Резултатите за текущия и моментния разход на гориво се отчитат от бордовия компютър на хибридния автомобил през 1 min и се записват, като след приключването се анализират. При някои от маршрутите се преминава с включен и изключен режим ECO Mode. ГЛАВА 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ Целта на експерименталните изследвания е да се определят динамичните, спирачните и икономичните показатели на хибридния автомобил в градски и извънградски условия на движение, да се сравнят с каталожните данни от завода-производител на същата марка и с показателите на класически автомобил от същия модел Определяне на ускорителните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid в извънградски условия с пътеизмервателното колело Peiseler при ускоряване от 0 до 100 km/h Проведени са серии опити с един, трима и четирима пасажери [21, 22, 23]. Резултатите за времето за ускоряване t, линейно ускорение а и разстоянието S, което изминава автомобилът при отделните опити и средните получени с пътеизмервателното колело Peiseler са изнесени в табл Резултатите за ускорението от 0 до 100 km/h и собственото тегло по каталожни данни на фирмата - производител на хибридния автомобил и на два равностойни по мощност модела са изнесени в табл Таблица 4.1 Време за ускоряване t, средното линейно ускорение аср. и разстоянието S, което изминава автомобила при отделните опити и средно за съответния режим на движение Режим на работа Ускорение от 0 до 100 km/h с един пасажер Ускорение от 0 до 100 km/h с трима пасажери Ускорение от 0 до 100 km/h с четирима пасажери Проведени опити Опит 1 t, s а, m/s 2 S, m t, s а, m/s 2 S, m t, s а, m/s 2 S, m , , Опит Опит Средни стойности , Средните стойности на времето за ускоряване от 0 до 100 km/h (табл.4.1) се различават от стойностите посочени от завода-производител и от стойностите за двата равностойни по мощност модели автомобили (табл. 4.2). Разсейването на резултатите е в много малки граници

22 Изминатият път за ускоряване е най-малък при опитите с един пасажер, като се увеличава с увеличаване броя на пасажерите. При стойностите на ускорението е обратно. Таблица 4.2 Ускорение от 0 до 100 km/h и собственото тегло по каталожни данни на фирмата - производител на хибридния автомобил и на три равностойни по мощност модела Модел на автомобил Ускорение от 0 до 100 km/h, s Собствено тегло, kg Toyota Yaris (P3)-1.5 HSD (75 Hp+61 Hp) Hybrid (общо 100 Hp) Toyota Yaris (P3)-1.33 Dual VVT-i 6 M/T (99 Hp) Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) Toyota Yaris (P3)-1.0 VVT-i 5 M/T (69 Hp) , , , Определяне на ускорителните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid с радарна система DRS 1000 при ускоряване от 0 до 100 km/h. Изпитванията с радарната система DRS 1000 за определяне на динамичните свойства включват следните серии опити с трима пасажери изпитателен екипаж [20, 23]: - ускоряване km/h; - ускоряване km/h с режим Eco Mode ; - ускоряване km/h. Резултатите за ускорението от 0 до 100 km/h и собственото тегло по каталожни данни на фирмата - производител на хибридния автомобил и на два равностойни по мощност модела са изнесени в табл.4.3. Резултатите от измерванията,проведени с радарната система DRS 1000, след обработване в MS Excel, при ускоряването от 0 до 100 km/h са обобщени на фиг. 4.8, при ускоряване от 0 до 100 km/h с режим Eco Mode на фиг. 4.12, а при ускоряване от 60 до 100 km/h на фиг Резултатите за времето на изминаване t и линейно ускорение а при отделните опити при ускоряване и средните стойности за съответния режим на движение с хибридния автомобил са изнесени в табл V, km/h t, 16s Опит 1 Опит 2 Опит 3 Фиг Изменение скоростта на движение при ускоряване от 0 до 100 km/h при наслагване на трите проведени опити

23 V, km/h t, 12s Опит 1 Опит 2 Опит 3 Фиг Изменение скоростта на движение при ускоряване от 60 до 100 km/h с наслагване на трите проведени опити Таблица 4.3 Времето за ускоряване t и линейното ускорение а при отделните опити и средните им стойности за съответния режим на движение на хибридния автомобил Режим на работа Ускоряване от 0 до 100 km/h Ускоряване от 0 до 100 km/h с режим Eco Mode Ускоряване от 60 до 100 km/h Опити t, s а, m/s 2 t, s а, m/s 2 t, s а, m/s 2 Първи ,11 Втори , ,27 Трети ,11 Средни стойности ,16 Таблица 4.4 Времена за ускоряването от 0 до 100 km/h по данни на завода-производител Марка автомобил Ускорение от 0 до 100 km/h, s Собствено тегло, kg Toyota Yaris (P3)-1.5 HSD Hybrid (общо 100 Hp) Toyota Yaris (P3)-1.33 Dual VVT-i 6 M/T (99 Hp) 11, Toyota Yaris (P3)-1.33 Dual VVT-i 6 M/D (99 Hp) 12, Определяне на спирачните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid с пътеизмервателното колело Peiseler при спиране от 100 до 0 km/h. За определянето на спирачните свойства на хибридния автомобил с пътеизмервателното колело Peiseler, описано по-горе са проведени серии опити [21, 23]. Резултатите за времето за спиране t, средното линейно закъснение асп. и минималният спирачен път Sсп.min., което изминава автомобилът при спиране от 100 до 0 km/h с пътеизмервателното колело Peiseler и средните им стойности са изнесени в табл

24 Стойностите на разгледаните показатели при отделните опити се различават в много малки граници. Получава се добра повторяемост на резултатите. Стойностите при спиране от 40 до 20 km/h без спирачки с регенеративно спиране се различават, защото не може да се получи добра повторяемост при всички опити. Началната скорост, от която започва спирането се различава и това води до разминаване в крайните резултати на средното закъснение, времето за спиране и разстоянието, за което се спира. Таблица 4.5 Време за спиране t, средно линейно закъснение асп. и разстоянието s, което изминава автомобилът при отделните опити и средно за съответния режим на движение при спиране от 100 до 0 km/h със спирачките и спиране от 40 до 20 km/h с регенеративно спиране Режим на работа Проведени опити Спиране от 100 до 0 km/h със спирачките Спиране от 40 до 20 km/h без спирачки с регенеративно спиране t, s асп.,m/s 2 S,m t, s асп.,m/s 2 S,m Опит 1 3,00 9,17 42, Опит 2 3,10 8,98 43, Опит 3 3,09 9,07 42, Осреднени стойности 3,06 9,07 42,64 3,9 1,87 34, Определяне на икономичните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid Изпитанията за определянето на икономичните свойства на хибридния автомобил включват серия опити в градски и извънградски условия на движение, описани в т Резултатите за разхода на гориво се отчитат от бордовия компютър на хибридния автомобил през 1 min. Всички опити са извършени с трима пасажери и включен климатик. В началото на графиката (фиг. 4.18) се забелязва по-висок разход на енергия. Това се обяснява с факта, че при от по-ниски скорости на движение (потегляне) к.п.д. на трансмисията и на електродвигателя са по-ниски. Енергийната (икономичната) характеристика на хибридния автомобил (фиг ) показва, че при скорост на движение до 50 km/h разходът на гориво е 0 l/100 km, а разходът на енергия има стойности приблизително равни на 2 l/100 km бензин. Фиг Енергийна (икономична) характеристика на хибридния автомобил

25 При движение на хибридния автомобил със скорост над 50 km/h (фиг ), разходът на гориво не се различава от този на класическия автомобил, тъй като при високите скорости в извънградски условия на движение се използва двигателят с вътрешно горене и по-ниския кпд на ДВГ ( около 0,36). Не е подходящо да се сравнява разходът на гориво на хибридния с класическия автомобил, поради наличието на безстепенна трансмисия (CVT) в хибридния автомобил. Трудно е поддържането на постоянна скорост на движение при постоянни режими при провеждането на опитите с хибридния автомобил. Затова е удачно разходът на гориво да се сравнява по предварително определени маршрути на движение, при които се включват серия опити в градски и извънградски условия на движение, описани в т. 4.5; 4.6 и Определяне на икономичните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid в градски условия на движение Изпитанията за определяне на икономичните свойства на хибридния автомобил включват серия опити в градски и извънградски условия на движение. Резултатите за разхода на гориво се отчитат от бордовия компютър на хибридния автомобил през 1 min. За определянето на разхода на гориво в градски условия на движение, измерванията са извършени по три градски маршрута (фиг. 4.19, 4.20 и 4.21) [14]: - ЖП гара Дунав мост ЖП гара (фиг. 4.19); - ЖП гара Речна гара ЖП гара (фиг. 4.20); - ЖП гара кв. Дружба 3 ЖП гара (фиг. 4.21). Движението е осъществено през пиковия интервал часа. Опитите са проведени в два режима за всеки маршрут с включен и изключен режим ECO Mode. Всички опити са извършени с трима пасажера и включен климатик. Изборът на маршрутите е направен с оглед на това, че по тях се преодоляват спускания и изкачвания по наклон, равнинни терени и престои на светофар. Първият маршрут на (фиг. 4.19) е с преобладаващ равнинен терен. Дължината на маршрута е 15,3 km. Маршрутът на движение ЖП гара - Речна гара - ЖП гара (фиг. 4.20) включва както равнинни, така и наклонени терени. При този маршрут движението от крайна до начална точка се осъществява по различни пътища заради някои еднопосочни улици. Дължината на маршрута е 4,6 km [14]. В третия маршрут ЖП гара - Дружба 3 - ЖП гара (фиг. 4.21) преобладават наклонени участъци на изкачване и спускане. Дължината на маршрута е 6,4 km. По време на опита бе регистриран и текущият разход на гориво през 1 min. Резултатите са показани в графичен вид за движението с изключен режим ECO Mode на фиг. 4.22, 4.23 и 4.24, а на фиг. 4.25, 4.26 и 4.27 с включен режим ECO Mode. По-малкото използване на двигателя с вътрешно горене понижава разхода на гориво на хибридния автомобил в тези условия. Означението Е на фиг. 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26 и 4.27 за средния разход на гориво при движение по различните маршрути показва, че електродвигателят е работил през това време в режим на генератор и акумулаторната батерия през същото време се е зареждала [15, 16, 18]. Режимът ECO Mode на хибридния автомобил се изпълнява по различна програма в бордовия компютър, която не позволява динамично ускорение на автомобила и попълноценно използване на енергия от батерията [15, 16, 18]. Получените резултати за средната скорост на движение за целия маршрут, времето за изминаване и среден разход на гориво по маршрута са обобщени в табл При използването на режим ECO Mode хибридният автомобил се ускорява поплавно. В градски условия за задвижване се използва по-активно енергията натрупана в електрическата батерия и регенерирането при намаляване и спиране. Получените резултати показва, че средният разход на гориво е значително по-висок от посочения каталожен от производителя (виж табл. 4.8)

26 Фиг Маршрут на движение ЖП Гара Дунав мост ЖП гара [144] Фиг Маршрут на движение ЖП гара Речна гара - ЖП гара [144] Фиг Маршрут на движение ЖП Гара Дружба 3 - ЖП гара [144] Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута ЖП гара Дунав мост ЖП гара Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута ЖП гара - Речна гара - ЖП гара Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута ЖП гара - Дружба 3 - ЖП гара Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута ЖП гара Дунав мост ЖП гара с включен режим ECO Mode

27 Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута ЖП гара Речна гара - ЖП гара, с включен режим ECO Mode Фиг Текущ и среден разход на гориво по маршрута - ЖП гара Дружба 3 - ЖП гара с включен режим ECO Mode Причина за това вероятно е сериозна разлика в ритъма на градското движение в Русе през пиковите часове, отколкото заложеното в европейския градски цикъл, при който са снемани данните на производителя [15, 16, 18]. Установено бе, че средният разход на гориво с включен режим ECO Mode е по-нисък при всички маршрути на движение. Средният разход на гориво при маршрута ЖП Гара Дунав мост - ЖП Гара с включен режим ECO Mode е по-нисък с 0,8 l/100 km, или с 16 %. Таблица 4.7 Средна скорост на движение V, време за изминаване t и среден разход на гориво Q, с изключен и включен режим ECO MODE, при преминаването по маршрутите Без ECO Mode С ECO Mode Маршрути на движение Режими на работа V,km/h t,min Q,l/100km V,km/h t,min Q,l/100km ЖП гара-дунав мост- ЖП гара , ,2 ЖП гара - Речна гара - ЖП гара , ,1 ЖП гара - Дружба 3 - ЖП гара , ,4 Таблица 4.8 Разход на гориво по каталожни данни на фирмата - производител на хибридния автомобил и на два равностойни по мощност модела от същата марка автомобили Марка автомобили в града Разход на гориво, l/100 km извън града комбиниран Toyota Yaris (P3) -1.5 HSD (75 Hp+61 Hp) Hybrid (общо 100 Hp) 3,1 3,5 3,5 Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) 6,6 4,6 5,3 Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) 5,7 4,2 4,8 Средният разход на гориво при маршрута ЖП Гара Речна гара - ЖП Гара, с включен режим ECO Mode е по-нисък с 1,7 l/100 km или с 25 %. Трябва да се има предвид, че при първото преминаване на маршрута, автомобилът попадна почти 1/3 от маршрута на червена вълна и бе принуден да спира и потегля често. Средният разход на гориво при маршрута ЖП Гара Дружба 3 - ЖП Гара с включен режим ECO Mode е по-нисък с 0,4 l/100 km или с 6,9 %

28 4.6. Определяне на икономичните свойства в градски условия на движение с класически автомобил Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) и сравнението им с тези на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid (P3) -1.5 HSD (100 Hp) Определянето на разхода на гориво в градски условия на движение с класически автомобил Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) е извършен при движението по три градски маршрута описани по-горе в табл (фиг. 4.19, 4.20 и 4.21) [15, 16, 18]. Движението е осъществено през пиковия интервал часа. Опитите са извършени с трима пътника. Изборът на маршрутите е направен с оглед на това, че по тях се преодоляват спускания и изкачвания по наклон, равнинни терени и престои на светофар. Маршрутите са описани в табл Основните технически характеристики на изследваните автомобили са описани в табл. 3.9, а по-подробно са представени в Приложения 1,2 и 3. Резултатите в графичен вид за средните стойности на разхода на гориво Q на хибридния автомобил с изключен режим ECO Mode и на два равностойни по мощност модела Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) и Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) са изнесени на фиг Анализ на резултатите при опитите проведени хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid (P3) -1.5 HSD (100 Hp) и сравнението им с тези на класически автомобил Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) при измерване на разхода на гориво в градски условия Средният разход на гориво при проведените опити в градски условия на движение на Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-I 5 M/T (101 Hp) са еднакви със стойността, предоставена от каталожните данни на фирмата-производител. Таблица 4.9 Основните технически характеристики на фирмата - производител за хибридния автомобил и на два равностойни по мощност модела от същата марка автомобили Модел автомобил Модел Основни технически характеристики Toyota Yaris (P3) 1.5 HSD Hybrid 1.5 HSD Hybrid (75 Hp + 61 Hp) (общо 100 Hp) Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) Toyota Yaris (P3) 1,0 VVT-i 5 M/T Toyota Yaris (P3) 1,0 VVT-i 5 M/T (69 Hp) Мощност на ДВГ 75 Hp / min Hp / min Hp / min -1 Въртящ момент на ДВГ 111 Nm / 4400 min /4000 Nm 93/3600 Nm Мощност на електри- ческата система 61 Hp - - Въртящ момент 207 Nm - - Капацитет на електрическата батерия 0.94 kwh - - Екологичен стандарт EURO V EURO IV EURO V Размер гуми 175/65 R15 185/60 R15 175/70 R14 Максимална скорост 165 km/h 175 km/h 155 km/h Ускорение от km/h s 11.7 s 15.3 s Собствена маса 1120 kg 1050 kg 950 kg Маса с изпитателния екипаж 1400 kg 1330 kg 1230 kg

29 Средният разход на гориво е значително по-висок от посочения каталожен от производителя (виж табл. 4.8). Вероятната причина за това е голямата разлика в трафика на движение в град Русе през пиковите часове и европейския градски цикъл, при който са снети данните на производителя [15, 16, 18]. Сравнението на разхода на гориво на хибридния модел и другите конвенционални модификации е показано на фиг Анализът е коментиран в изводите към раздела. Фиг Средните стойности на разхода на гориво Q с изключен (1) и включен режим Eco Mode (2) с хибридния автомобил Toyota Yaris Hybrid и на два равностойни по мощност модела Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) (3) и Toyota Yaris (P3) VVT-i 5 M/T (69 Hp) (4) [16] Таблица 4.11 Отчетени резултати за средна скорост на движение V, време за изминаване t и среден разход на гориво Q с изключен и включен режим Eco Mode при преминаването по маршрутите с хибридния автомобил Toyota Yaris Hybrid и на два равностойни по мощност модела от същата марка автомобили Маршрути на движение Модел автомобил / режим на работа Toyota Yaris (P3) 1.5 HSD Hybrid (75 Hp + 61 Hp) (общо 100 Hp) Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-i 5 M/T (101 Hp) Toyota Yaris (P3) 1,0 VVT-i 5 M/T (69 Hp) Изключен Включен Eco Mode Eco Mode Q, l/100km Q, l/100km Q, l/100km Q, l/100km ЖП гара Дунав мост- ЖП гара 5,0 4, ЖП гара Дружба 3 ЖП гара 5,8 5, ЖП гара Речна гара ЖП гара 6,8 5, РУ Дунав мост - РУ 5,3 4,0 - - Средни стойности 5,7 4, Собствената маса на Toyota Yaris (P2) 1.33 VVT-I 5 M/T (101 Hp) е с 10,5 % по-голяма от собствената маса на Toyota Yaris (P3) 1,0 VVT-i 5 M/T (69 Hp) [15, 16, 18]. При използването на режим ECO Mode хибридният автомобил се ускорява плавно. В градски условия на движение за задвижване на автомобилът се използва по-активно енергията, натрупана в акумулаторната батерия и регенерирането при намаляване скоростта на движение или спиране. По-малкото използване на двигателя с вътрешно горене понижава разхода на гориво на хибридния автомобил в тези условия

30 Означението Е на фиг. 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26 и 4.27 за средния разход на гориво при движение по различните маршрути показва, че електродвигателят е работил през това време в режим на генератор и акумулаторната батерия през същото време се е зареждала Определяне на икономичните свойства на хибриден автомобил Toyota Yaris Hybrid в извънградски условия на движение За определянето на разхода на гориво в извънградски условия на движение на хибриден автомобил, измерванията са извършени по следните маршрути: - Русе - Варна Златни пясъци и обратно (фиг. 4.30) преминат два пъти [10]; - Русе Созопол и обратно; - Русе Силистра и обратно [93]; - Търговище Разград Русе Маршрут на движение Русе Варна - Златни пясъци и обратно Измерванията са извършени при движението по маршрута Русе-Варна-Златни пясъци и обратно (фиг. 4.30). Маршрутите са преминавани по два пъти в различни дни, през различен часови интервал от светлата част на деня. Използван е режим ECO Mode при второто преминаване на обратния маршрут Златни пясъци - Варна Русе [10]. По време на опитите е регистриран и текущият разход на гориво през 1 минута. Част от резултатите, в графичен вид, са показани на фиг. 4.31, Маршрутът включва движение по първокласния път Русе Шумен и по автомагистрала от Шумен до Варна. Изборът на маршрут е направен с оглед съчетанието от движение по междуградски пътища, автомагистрала и в населените места, през които се преминава. Той е разнообразен профил - изкачване, спускане и равнинни терени. Дължината на маршрута приблизително 212 km. Първото преминаване е извършено с трима пътници и включен климатик, а второто преминаване - с четирима пътници [10]. Получените резултати за средната скорост на движение за целия маршрут, времето за изминаване и средният разход на гориво по маршрута са обобщени в табл Средните разходи на гориво за отделните участъци (градски, извънградски и автомагистрала) от маршрутите на движение при първото и второто им преминаване са обобщени в табл В извънградски условия средният разход на гориво на хибридния автомобил не се различава съществено от този на класическия автомобил на същия производител 5,4 l/100 km за смесен цикъл. В случая ефектът от хибридната система е почти нулев. Фиг Маршрут на движение Русе Варна-Златни пясъци и обратно [144] Получените резултати показват, че средният разход на гориво за маршрута е значително по-висок от посочения каталожен от производителя (табл. 4.13). Разликите достигат %

31 Причина за това вероятно е разликата в ритъма на движение извън града и по автомагистрала, отколкото заложеното в европейския цикъл, при които са снемани данните на завода-производител. По-малкото използване на двигателя с вътрешно горене понижава разхода на гориво на хибридния автомобил в градски условия, като по този начин се намалява средния разход на гориво за целия маршрут на движение. Означението Е на графиките показва, че електродвигателят е работил през това време в режим на генератор и акумулаторната батерия през същото време се е зареждала [10]. Таблица 4.12 Средна скорост на движение V, време за изминаване t и среден разход на гориво Q, при преминаването по маршрутите Маршрути на движение Режими Първо преминаване V, km/h t, min Q, l/100 km Второ преминаване V, km/h t, min Q, l/100 km Русе Варна Златни пясъци 77, , ,24 Златни пясъци Варна Русе 78, ,10 70, ,89 Таблица 4.13 Среден разход на гориво Q, l/100km, при първото и второто преминаване на хибридния автомобил по маршрутите Маршрути на движение (режими) Участъци от маршрутите Първо преминаване Русе - Варна Зл. пясъци Второ преминаване Зл. пясъци - Варна Русе Първо преминаване Второ преминаване В гр. Русе 8,05 8,35 2,78 2,95 Русе Шумен (Шумен Русе) 5,00 4,73 4,52 4,55 По автомагистралата 6,05 5,68 6,49 6,04 В гр. Варна и к. к-с Зл. пясъци 3,64 4,62 6,06 5,19 От фигурите се вижда, че разходът на гориво в различните части от маршрута се изменя в широки граници (виж табл. 4.13). По първокласния път Русе - Шумен и в двете посоки е регистриран разход на гориво близък до средния за целия маршрут. В участъците, изминати по автомагистралата се забелязва покачване на средния разход на гориво. Дължи се на движението на хибридния автомобил със сравнително постоянна и висока скорост ( km/h). Задвижването в тези условия се осъществява само чрез двигателя с вътрешно горене, а общото съпротивление при движение е увеличено [10]. Ниският среден разход на гориво в посока град Варна - Златни пясъци се дължи на характерния релеф на маршрута (преобладаващи спускания) и ниската скорост на движение в градски условия на автомобила, при което по-рядко се използва двигателят с вътрешно горене, има значително регенериране на енергията и задвижването е основно чрез енергия от електрическата батерия

32 Фиг Текущ и среден разход на гориво за движението по маршрута Русе Варна Златни пясъци при първото преминаване Фиг Текущ и среден разход на гориво за движението по маршрута Златни пясъци Варна Русе при първото преминаване В обратната посока, при преминаване на същия участък е регистриран значително поголям разход (табл. 4.13). тъй като преобладава изкачването. Най-ниският разход на гориво, под 3 l/100 km, е постигнат при влизане в град Русе. Надлъжният профил на пътя включва продължителни спускания, при което двигателя с вътрешно горене не работи, регенерира се енергия и се зарежда електрическата батерия. Въпреки това, на светофарите, при потегляне се наблюдават големи пикове в моментния разход на гориво [10]. При второто преминаване на обратния маршрута Варна Русе бе изминат с включен режим ECO Mode. Въпреки, че натоварването е с един пътник повече, с използването на този режим е постигнат по-нисък разход на гориво в участъка Златни пясъци Варна с почти 1 l/100 km, а по магистралата от Варна до Шумен с около 0,5 l/100 km. Средният разход на гориво за целия маршрут при двете преминавания е съизмерим - разликата е 4%. Използването на режима ECO Mode компенсира превозването на още един пътник Маршрут на движение Русе Созопол и обратно Този маршрут, има характерен релеф (изкачване, спускане, равнинни терени), Дължината на маршрута е 300 km. Получените резултати за средната скорост на движение за целия маршрут, времето за изминаване и среден разход на гориво по маршрута са обобщени в табл Разходът на гориво в различните части от маршрута се изменя в широки граници (виж табл. 4.15) в отделните участъци. Високият разход на гориво при излизане от град Русе се дължи на продължителния наклон на изкачване по бул. Христо Ботев и участието на двигателя с вътрешно горене при преодоляването на надлъжния наклон при изкачване. Сравнително ниския разход на гориво се дължи на продължителното спускането при влизане в град Русе, при което електродвигателя работи в режим на генератор и зарежда електрическата батерия. По първокласния път Русе - Шумен и в двете посоки е регистриран разход на гориво близък до средния за целия маршрут. По-малкото използване на двигателя с вътрешно горене понижава разхода на гориво на хибридния автомобил в градски условия, като по този начин се намалява средния разход на гориво за целия маршрут на движение. Както се забелязва в с. Цар Калоян е отчетен много нисък разход на гориво. Това се дължи на заредената електрическа батерия в предишните преминати участъци от маршрута и преминаването на с. Цар Калоян с помощта на задвижване от електрическа батерия. Разликите на разхода на гориво при преминаването на отделните участъци от маршрутите в двете посоки не са съществени