Имитационное моделирование движения, статистический расчёт и сравнение характеристик транспортной машины, оснащённой двигателем внутреннего сгорания и комбинированной энергетической установкой с маховичным аккумулятором энергии

Введение. Транспортную машину с механической трансмиссией предлагается оснащать комбинированной энергетической установкой (КЭУ), состоящей из двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и вспомогательного источника энергии – маховичного аккумулятора с бесступенчатым регулируемым приводом.

Целью настоящего исследования является оценка динамических качеств и эффективности транспортной машины большой грузоподъёмности, оснащённой механической трансмиссией при использовании КЭУ; установление допустимого уровня снижения мощности основного ДВС; определение диапазона установочной мощности привода МАЭ и его среднего значения КПД, а также расчёт уровня потребной энергоёмкости маховика при движении по различным типам местности.

Методология и методы. Разработана универсальная методика имитационного статистического моделирования внешних возмущений, действующих на транспортную машину, оснащённую ступенчатой механической трансмиссией и обычным двигателем, или комбинированной энергетической установкой, содержащей ДВС и маховичный аккумулятор энергии с бесступенчатым приводом регулирования его передаточного числа.

Результаты и научная новизна. С помощью разработанной методики проведено сравнение характеристик транспортных машин по критерию средней скорости при движении по случайным трассам и произведена оценка эффективности использования КЭУ. Выполнена оценка влияния энергоёмкости МАЭ и математического ожидания КПД бесступенчатого привода, входящего в состав КЭУ, а также величины установочной мощности привода на среднюю скорость транспортной машины, оснащённой механической трансмиссией. Показано влияние статистических характеристик случайной дороги – математического ожидания и дисперсии коэффициента сопротивления прямолинейному движению машины – на прирост средней скорости движения транспортной машины с КЭУ и на скорость движения машины, оснащённой обычным ДВС. Для различных типов случайных трасс установлено влияние факторов, ограничивающих скорость движения транспортной машины, на эффективность применения маховичного аккумулятора энергии, используемого в составе КЭУ.

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют выполнять сравнительный анализ машин, оснащённых обычной или комбинированной энергетической установкой, при случайном внешнем воздействии со стороны дороги, а также оптимизировать параметры обычной и комбинированной энергетической установки.

1. Джента Д. Накопители кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем. – М.: Мир, 1988. – 430 с.

2. Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1973. – 240 с.

3. Hansen J., O’Kain D. An Assessment of Flywheel High Power Energy Storage Technology for Hybrid Vehicles. Reports.December 2011, ORNL/TM-2010-280. URL: https://www.compositesworld.com/cdn/cms/ORNL%20Flywheel%20Assessment%20for%20Hybrid%20Vehicles%202011.pdf (дата обращения: 25.03.2019).

4. Thoolen F. Development of an advanced high speed flywheel energy storage system. Eindhoven Technische Universiteit, Eindhoven, 1993. DOI: 10.6100/IR406829.

5. Hedlund M., Lundin J., Santiago J., Abrahamsson J., Bernhof H. Flywheel Energy Storage for Automotive Applications // Energies. – 2015. – No. 8. – P. 1063610663. DOI: 10.3390/en81010636.

6. Dhand A., Pullen K. Review of flywheel based internal combustion engine hybrid vehicles // International Journal of Automotive Technology. – 2013. – No. 10. Vol. 14. – Issue 5. – P. 797–804.

7. Breakthrough in Ricardo Kinergy ‘second generation’ high-speed flywheel technology. 21.08.2011. URL: https://ricardo.com/news-and-media/press-releases/breakthrough-in-ricardo-kinergy-‘second-generation (дата обращения: 25.03.2019).

8. Hearn C., Flynn M., Lewis M., Thompson R.C., Longoria R.G. Low Cost Flywheel Energy Storage for a Fuel Cell Powered Transit Bus / Vehicle Power and Propulsion Conference, Sept. 9 – 12, 2007. VPPC 2007. IEEE. DOI: 10.1109/VPPC.2007.4544239.

9. Hebner R., Beno J., Walls W. Flywheel batteries come around again // IEEE Spectrum. – 2002. – Vol. 39. No. 4. – P. 46–51.

10. Корсунский В.А. Методика статистического расчёта параметров транспортной машины с комбинированной энергетической установкой и маховичным аккумулятором энергии // Труды НАМИ. – 2018. – № 1 (272). – С. 78–88.

11. Савочкин В.А., Дмитриев А.А. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин. – М.: Машиностроение, 1993. – 320 с.

12. Корсунский В.А. Математическая модель гидрообъёмно-механического привода маховичного аккумулятора энергии // Труды НАМИ. – 2017. – № 4 (271). С. 38–45.