Сравнение расхода топлива и уровня выбросов при обычной и гибридных конфигурациях трансмиссий c учетом циклов движения и степени гибридизации


https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-1-20-33

Полный текст:


Аннотация

Применение гибридных электрических трансмиссий в автомобильной промышленности – это решение проблемы выбросов и экономии топлива в сравнении с обычными автомобилями с двигателем внутреннего сгорания. Для достижения желаемых результатов при проектировании гибридного электромобиля необходимо рассматривать различные варианты, учитывая при этом расход топлива и выбросы выхлопных газов. В статье представлен анализ проектирования автомобильной трансмиссии, рассмотрены различные варианты и ситуации, например, целевой цикл движения и степень гибридизации. Pазработаны четыре модели конфигурации трансмиссии (двигатель внутреннего сгорания, серийная, параллельная и комплексная конфигурации гибридной трансмиссии) для небольшого транспортного средства (моторизованный трехколесный автомобиль) с использованием программного обеспечения Model Advisor. Перечисленные конфигурации трансмиссии моделировались с различными циклами движения и разной степенью гибридизации. Во-первых, влияние стратегии управления мощностью транспортного средства и эксплуатационных характеристик всевозможных конфигураций трансмиссии исследуется на основе анализа выбросов выхлопных газов и расходов топлива. Во-вторых, циклы движения масштабируются в соответствии с кинетической интенсивностью и оценивается взаимосвязь между расходом топлива и циклами движения. В-третьих, разработаны три модели расхода топлива, так что расход топлива для реального цикла движения может быть спрогнозирован в отношении каждой конфигурации трансмиссии. Исследования показали, что по сравнению с обычной трансмиссией потребление топлива меньше у гибридных транспортных средств. Испытания дали неожиданный результат: более высокие уровни выбросов CO у гибридных транспортных средств. Кроме того, расход топлива всех четырех трансмиссий указывает на сильную корреляцию со значениями кинетической интенсивности выбранных циклов движения. Выявлено, что при различных циклах вождения в среднем предпочтение по топливу для каждого цикла составило: 23 % – для последовательных, 21 % – для параллельных и 33 % – для комплексных гибридов в сравнении с трансмиссией двигателя внутреннего сгорания. Эксперименты показали, что производительность гибридных конфигураций варьируется в зависимости от цикла вождения и степени гибридизации. В статье определены перспективные направления исследований.


Об авторах

В. У. Маддумаге
Институт информационных технологий Шри-Ланки
Шри-Ланка

Адрес для переписки: Маддумаге Варуна – Институт информационных технологий Шри-Ланки, Нью Кэнди роуд, 10115, г. Малаб, Шри-Ланка. Tел.: +9471 815-03-28     waruna.m@sliit.lk



К. И. Абеясиге
Институт информационных технологий Шри-Ланки
Шри-Ланка
г. Малаб


М. С. М. Перера
Институт информационных технологий Шри-Ланки
Шри-Ланка
г. Малаб


Р. А. Атталаге
Институт информационных технологий Шри-Ланки
Шри-Ланка
г. Малаб


П. Келли
Университет Лафборо
Великобритания
Лафборо


Список литературы

1. Huang Y., Surawski N. C., Organ B., Zhou J. L., Tang O.H.H., Chan E.F.C. (2019) Fuel consumption and emissions performance under real driving: Comparison between hybrid and conventional vehicles. Science of The Total Environment, 659, 275–282. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.349

2. Silvaş E., Hofman T., Steinbuch M. (2012) Review of optimal design strategies for hybrid electric vehicles. IFAC Proceedings, 45 (30) 57–64. https://doi.org/10.3182/20121023-3-FR-4025.00054

3. Silvas E. (2015) Integrated Optimal Design for Hybrid Electric Vehicles. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven. Available at: https://research.tue.nl/en/publications/integrated-optimal-design-for-hybrid-electric-vehicles

4. World Health Organization (2017). Powered two and three wheeler safety: A road safety manual for decisionmakers and practitioners. World Health Organization. Available at: https://www.who.int/violence_injury_prevention/publications/road_traffic/ptw_manual/en/

5. Christensen J., Bastien C. (2016) Introduction to General Optimization Principles and Methods. Nonlinear Optimization of Vehicle Safety Structures. Elsevier Inc., 107–168. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-417297-5.00003-1

6. Çaǧatay Bayindir K., Gözüküçük M. A., Teke A. (2011) A comprehensive overview of hybrid electric vehicle: Powertrain configurations, powertrain control techniques and electronic control units. Energy Conversion and Management, 52 (2), 1305–1313. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.09.028

7. O’Keefe M. P., Simpson A., Kelly K. J., Pedersen D. S. (2007) Duty Cycle Characterization and Evaluation Towards Heavy Hybrid Vehicle Applications. SAE Technical Paper Series, 2007-01-0302. https://doi.org/10.4271/2007-01-0302

8. Karbowski D., Pagerit S., Kwon J., Rousseau A., von Pechmann K.-F.F. (2009) “Fair” Comparison of Powertrain Configurations for Plug-In Hybrid Operation Using Global Optimization. SAE Technical Paper Series, 2009-01-1334. https://doi.org/10.4271/2009-01-1334

9. Taymaz I., Benli M. (2014) Emissions and fuel economy for a hybrid vehicle. Fuel, 115, 812–817. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2013.04.045

10. Al-samari A. (2017) Study of emissions and fuel economy for parallel hybrid versus conventional vehicles on real world and standard driving cycles. Alexandria Engineering Journal, 56 (4), 721–726. https://doi.org/10.1016/j.aej.2017.04.010

11. Karaoğlan M. U., Kuralay N. S., Colpan C. O. (2019) The effect of gear ratıos on the exhaust emıssıons and fuel consumptıon of a parallel hybrid vehicle powertrain. Journal of Cleaner Production, 210, 1033–1041. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.065

12. Wipke K. B., Cuddy M. R. (1996) Using an Advanced Vehicle Simulator ( ADVISOR ) to Guide Hybrid Vehicle Propulsion System Development. NESEA sustainable transportation and S/EV symposium, New York City, 16-18 Sep 1996, 120–126. Available at: https://www.nrel.gov/docs/legosti/fy96/21615.pdf

13. Same A., Stipe A., Grossman D., Park J. W. (2010) A study on optimization of hybrid drive train using Advanced Vehicle Simulator (ADVISOR). Journal of Power Sources, 195 (19), 6954–6963. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.03.057

14. Markel T., Brooker A., Hendricks T., Johnson V., Kelly K., Kramer B., O’Keefe M., Sprik S., Wipke K. (2012) ADVISOR: a systems analysis tool for advanced vehicle modeling. Journal of Power Sources, 110 (2), 255–266. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00189-1.

15. Turkmen A.C., Solmaz S., Celik C. (2017) Analysis of fuel cell vehicles with advisor software. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 1066–1071. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.011

16. Hofman T., van der Tas S. G., Ooms W., van Meijl E.W.P., Laugeman B. M. (2009) Development of a Micro-Hybrid System for a Three-Wheeled motor taxi. World Electric Vehicle Journal, 3 (3), 572–580. https://doi.org/10.3390/wevj3030572

17. BAJAJ. BAJAJ RE 4s Specifications. GlobalBajaj.com. Available at: https://www.globalbajaj.com/global/english/brands/intracity/re/re-4s/specifications/

18. Wipke K., Cuddy M., Bharathan D., Burch S., Johnson V., Markel A., Sprik S. (1999) Advisor 2.0: A Second-Generation Advanced Vehicle Simulator for Systems Analysis. Golden, Colorado. https://doi.org/10.2172/5023

19. Bokare P. S., Maurya A. K. (2016) Study of Acceleration Behaviour of Motorized Three Wheeler in India. Transportation Research Procedia, 17, 244–252. http://dx.doi.org/10.1016/j.trpro.2016.11.088

20. National Renewable Energy Laboratory(2019) NREL DriveCAT Chassis Dynamometer Drive Cycles. Available at: https://www.nrel.gov/transportation/drive-cycle-tool

21. Robinson B., Eastlake A. (2014) Development of Test Cycles and Measurement Protocols for a Low Carbon Truck Technology Accreditation Scheme.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Маддумаге В.У., Абеясиге К.И., Перера М.С., Атталаге Р.А., Келли П. Сравнение расхода топлива и уровня выбросов при обычной и гибридных конфигурациях трансмиссий c учетом циклов движения и степени гибридизации. НАУКА и ТЕХНИКА. 2020;19(1):20-33. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-1-20-33

For citation: Maddumage W.U., Abeyasighe K.Y., Perera M.S., Attalage R.A., Kelly P. Comparing Fuel Consumption and Emission Levels of Hybrid Powertrain Configurations and a Conventional Powertrain in Varied Drive Cycles and Degree of Hybridization. Science & Technique. 2020;19(1):20-33. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-1-20-33

Просмотров: 171

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)