Государственный научный центр
Российской Федерации
ФГУП «НАМИ»

+7 495 456-57-00

ул. Автомоторная, д. 2

Гибридный грузовой автомобиль

Разработка концепции полноприводного грузового автомобиля типа 6х6 с комбинированной энергоустановкой, обеспечивающий наименьший выброс вредных веществ и минимальный удельный расход топлива.

Выполненные работы по проекту «Полноприводный грузовой автомобиль типа 6х6 с комбинированной энергоустановкой»

Цель выполнения работы

Разработка концепции полноприводного грузового автомобиля типа 6х6 с комбинированной энергоустановкой, обеспечивающей наименьший выброс вредных веществ и минимальный удельный расход топлива.

Задачи проекта

  • разработка и описание структур и архитектуры, в которых отражены все основные компоненты систем автомобиля и установлены взаимосвязи между ними;
  • разработка и описание алгоритмов для обеспечения движения полноприводного грузового автомобиля типа 6х6 с комбинированной энергоустановкой;
  • обзор и условия выполнения функций гибридного грузового автомобиля;
  • описание команд, передаваемых между блоками управления;
  • разработка карт распределения требуемой мощности в режиме «КЭУ» между ДВС и электромашинами;
  • создание математической модели гибридного грузового автомобиля с целью изучения различных характеристик.
Выполнены следующие работы.

Разработаны структура, отражающая все основные компоненты и взаимосвязь между ними, и архитектура, демонстрирующая все основные функции, используемые в различных блоках.

На рисунке ниже представлена структурная схема. В структурной схеме присутствует семь блоков управления. Все блоки обмениваются между собой данными по CAN-шине. Каждый блок управления имеет двустороннюю управляющую связь, таким образом, воздействуя на компонент и получая данные о текущем его состоянии. Также блоки управления получают дополнительную информацию со стороны различных датчиков.

Разработаны основные алгоритмы, обеспечивающие аспекты движения АТС. На рисунке ниже показана блок-схема основного алгоритма движения автомобиля. В алгоритме рассмотрены основные аспекты движения, начиная от включения питания автомобиля с последующей диагностикой, до выбора режима движения в зависимости от начальных условий и дорожной обстановки в целом.

Также были разработаны и рассчитаны алгоритмы блоков, входящих в основной алгоритм движения, обеспечивающих безопасность, экологичность и экономию топлива.

Составлены и проанализированы все функции гибридного грузового автомобиля типа 6х6 АТС, обеспечивающие функциональные возможности автомобиля: режимы работы АТС с КЭУ, требуемые характеристики управления элементами силового привода, климатические режимы, автоматические режимы, безопасность и другие. Дано описание назначений функций и условие их выполнения.

Для качественной работы блоков управления в составе автомобиля, необходимо чтобы они взаимодействовали друг с другом. Взаимодействие блоков осуществляется с помощью CAN-шины. При реализации данной задачи были исследованы все команды блоков управления с уточнением требуемого времени выполнения команды и требуемой точности выполнения команды.

Разработаны карты распределения мощностей между ДВС и электромашинами. По картам в зависимости от степени нажатия педали газа и заряда аккумуляторных батарей определяется требуемая мощность, которую необходимо взять с ДВС (рисунок а) и электромашин (рисунок б). Впоследствии взятые с карты значения корректируются с учетом температуры компонентов и количества топлива в баке с помощью соответствующих коэффициентов.

Карта, по которой определяется снимаемая с ДВС мощность

Рис. а) Карта, по которой определяется снимаемая с ДВС мощность

Карта, по которой определяется снимаемая со всех электромашин мощность

Рис. б) Карта, по которой определяется снимаемая со всех электромашин мощность

Карты удовлетворяют следующим условиям:

  • обеспечивают работу двигателя внутреннего сгорания с минимальным или близким к нему удельным расходом топлива в как можно большем числе точек;
  • обеспечивают большую интенсивность использования электромашины в тяговом режиме при высоком уровне заряда батареи и меньшую (вплоть до перехода в генераторный режим) при низком во избежание разряда батареи или полного заряда;
  • обеспечивают соответствие мощности, получаемой от КЭУ на выходе, той мощности, которую требует водитель (то есть сумма мощностей с ДВС и электромашины равна требуемой мощности на колесе);
  • имеют зону нулевой мощности, снимаемой с ДВС, при высоком уровне заряда батареи и малом значении требуемой мощности, что соответствует переходу в режим электромобиля (движение только на электротяге).
 

Разработана общая математическая модель гибридного автомобиля, позволяющая воспроизводить его движение в разных условиях по различным ездовым циклам.

Математическая модель включает в себя блок управления гибридным автомобилем HybridCarECU, который отвечает за распределение потоков мощности в КЭУ с учетом пожеланий водителя, степень заряда аккумуляторных батарей и количества топлива, температуры различных компонентов, работу тормозной системы и системы охлаждения, а также включение коробки передач.

Кроме блока управления смоделированы различные компоненты автомобиля: ДВС (Engine)электромашины (GearboxED, FrontRightED, FrontLeftED), сцепление (Clutch), коробка передач (Gearbox), аккумуляторная батарея (Battery), инвертор (Inverter), топливный бак (FuelTank) и кузов автомобиля с колесами и тормозной системой (Cardynamics). Система Driver имитирует воздействие водителя автомобиля на органы управления.