Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Причины начала гибридизации 2-х колесных тс

2. Возможность внедрения гибридных су в двухколесные тс

3. Электроциклы как замена гибридов и двс

Практическая часть методика расчета мощности гибридного транспортного средства

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

В мире все большую популярность обретают гибридные автомобили, но и производители двухколесной техники приступили к гибридизации своей продукции. Гибридные мотоциклы и мопеды имеют те же преимущества, что и автомобили. А в некоторых случаях динамические возможности “гибридов” превосходят своих аналогов на традиционном топливе.

Одним из очевидных преимуществ гибридных 2-х колесных транспортных средств является даже не экономия топлива, а снижение уровня токсичности воздуха и шума в городах с большим количеством мототехники.

В данной работе мы рассмотрим возможность гибридизации двухколесных транспортных средств, обратим внимание на изменение расхода топлива и динамические характеристики гибридных образцов.

1. ПРИЧИНЫ НАЧАЛА ГИБРИДИЗАЦИИ 2-Х КОЛЕСНЫХ ТС

Гибридные автомобили в 21 веке в полном объеме “въехали” на дороги общего пользования. Теперь практически каждая автомобильная компания имеет, или ведет разработки гибридных версий своих моделей. Но и производители двухколесной техники вплотную приблизились к гибридизации своей продукции. Причинами для гибридизации можно назвать:

· Ухудшение состояния окружающей среды;

· Увеличение цен на нефтяные виды топлива;

· Истощение запасов нефти;

· Повышение уровня шума в городах и густонаселенных районах;

Как известно, многие модели мототехники могут проехать на 4 литрах топлива примерно сто километров пути. Казалась бы - это достойная топливная экономичность. Но есть другая сторона: при всей своей топливной бережливости средний мотоцикл загрязняет атмосферу больше, чем самый прожорливый внедорожник, поскольку эффективная система снижения токсичности выхлопов на мотоцикле просто не помещается. Как ни удивительно, но джип, отвечающий новейшим американским стандартам, на 95% чище, чем мотоцикл (данные Агентства по охране окружающей среды США). Город, наводненный мотоциклами и скутерами (как многие крупные города Юго-Восточной Азии), меньше подвержен бензиновому голоданию (не говоря уже о пробках), но платит за это здоровьем своих обитателей.

Дорожная ситуация в крупных городах с каждым годом становится все более напряженной. Частичным решением проблемы является переход на гибридные и «чистые» электрические машины и даже полный отказ от четырехколесных транспортных средств в пользу двухколесных. Если для поездки из дома на работу предпочтительнее пользоваться традиционной машиной, то для перемещений в течение рабочего дня удобнее пользоваться чем-то более простым, скутером или самокатом. Можно отметить, что появление экологически менее опасных двухколесных транспортных средств было и ранее. Патенты на двухколесные электромобили выдавались еще в конце 60-х годов ХІХ века. В годы Второй мировой войны дефицит топлива стимулировал появление небольших партий электроциклов в США и оккупированной нацистами Австрии. В 70-х годах прошлого века компания Corbin-Gentry продает электрические мотоциклы, легализованные для уличного движения. Во второй половине 90-х и вплоть до 2000 года EMB производила электрический Lectra VR24 - первый мотоцикл с переключаемым реактивным электромотором.

2. ВОЗМОЖНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ГИБРИДНЫХ СУ В ДВУХКОЛЕСНЫЕ ТС

В отличии от автомобилей основной проблемой для гибридизации мототехники является недостаток свободного места для расположения гибридных силовых установок и систем их питания. Так же увеличение массы мотоцикла оказывает значительное влияние на подение динамических характеристик, что является крайне негативным фактом особенно для спортивной мототехники.

Гибридизация вполне возможна для такой категории мототехники, как турбайки.

Они имеют большие габаритные размеры, что позволяет разместить на их базе силовую установку с элементами питания. Такие мотоциклы используются для путешествий на дальние расстояния. Применение в них гибридной силовой установки позволило бы значительно сократить расход топлива. Тем более что он у таких мотоциклов может доходить до 9 литров на 100 километров пройденного пути.

О целесообразности создания гибрида в данном классе задумалась и компания Honda. Она запатентовала гибридную версию мотоцикла Honda Gold Wing.

В большей степени мотоцикл на чертеже похож на текущую модель производства, но вместо шестицилиндрового мотора стоит четырехцилиндровый двигатель, а на месте недостающих двух цилиндров -- огромный электродвигатель. На вид конструкция весьма компактная, что достигнуто продольным расположением двигателя.

Рисунок 2- Гибридная Honda Gold Wing

двухколесный транспортный гибрид мотоцикл

Конечно есть большие сомнения, что подобная концепция в ближайшее время материализуется в жизнь, так как гибридная техника создается скорей только в целях экономии топлива. Но нельзя не отметить работу компании в направлении гибридизации своей продукции.

Так же компания Honda анонсировала две новые модели гибридных скутеров, они получили индексы SH125i и SH150i. Машины будут производиться в Италии, а их главным достоинством являются новые ультраэкономичные двигатели внутреннего сгорания eSP с микрогибридной системой и рядом других инновационных решений, которые существенно снижают расход топлива.

Цифры в индексах новых моделей скутеров Honda SH125i и SH150i указывают на объемы их двигателей. Так, модель с двигателем 0,125 л потребляет всего 2,11 литра топлива на 100 км пути, а версия с мотором на 0,150 л расходует 2,28 л на 100 км. Это оказалось возможным, благодаря использованной здесь системе «старт-стоп» и ряду других конструкционных решений, которые снижают сопротивление на узлах двигателя и на других деталях.

Расход топлива по сравнению с предыдущими моделями снижен также за счет уменьшенного веса скутеров, модели могут похвастаться 16-дюймовыми колесами, системой ABS и увеличенным багажным пространством под сиденьем, которое теперь вмещает полноразмерный мотоциклетный шлем.

Так же не отстает от Honda и другой не менее известный концерн Yamaha. Он готовит к выпуску свой первый гибридный мотоцикл. Новинка будет отличаться весьма стильным и динамичным дизайном и обтекаемой формой, по максимуму приближенной к запросам водителей будущего. Для оснастки новой модели будет взят на вооружение двигатель YZF-R6 600cc мощностью 127 л.с. Основным преимуществом данного мотоцикла будет отсутствие в конструкции коробки передач и сцепления, что, следовательно, приведет к уменьшению всего веса аппарата. Генератор, который будет превращать бензиновую энергию в электрическую, расположен с правой стороны устройства, а с левой -- сам электромотор.

Новая модель обещает быть по максимуму удобной и простой в управлении. Производитель планирует упростить такие процессы, ручное управление, тыловые тормоза и отдельный фронт.

Индийская компания Eko Vehicles выпустила свою версию гибридного мотоцикла. Он получил название ET-120 Hybrid, снабженный как двигателем внутреннего сгорания, так и электродвигатель. По данным производителя мотоцикл способен преодолеть угол подъема в 80.

Одно из основных достоинств аппарата - экономичность. По заявлению производителя, в стандартном режиме на одном литре топлива эта машина с гибридной силовой установкой способна проехать порядка 120 км.

Мотоцикл способен ехать и только на электротяге, не тратя топливо вообще и не загрязняя окружающую среду. Правда, в таком режиме он может проехать только 32 километра.

Двигатель внутреннего сгорания - четырехтактный мотор объемом 120 кубических сантиметров. Мотоцикл может ездить и только с этим мотором, тогда его уровень экономичности будет весьма низким - на одном литре топлива он проедет порядка 42,5 км.

Чего аппарату откровенно не хватает - так это хотя бы мало-мальски приближенного к современному дизайна. Мотоцикл выглядит откровенным пришельцем из прошлого века, пускай и с электротехнологиями.

ET-120 был представлен потребителям на индийском рынке, а вот выйдет ли он за пределы Индии, т.е. будет ли продаваться где-либо еще, пока неясно, скорее всего нет. Предполагаемая стоимость аппарата в Индии - около 900 евро.

Так же к вкладу в гибридизацию мототехники можно отнести патент американского ученого Реджинальда Николсона (Reginald Leonard Nicolson). Он запатентовал электрическое ведущее колесо для обычных, бензиновых мотоциклов. Существующие полноприводные мотоциклы имеют гидравлический или цепной привод переднего колеса. Если же сделать его электрическим, то он получится дешевле и легче.

Переднее ведущее электрическое колесо должно быть подключено к контроллеру, чтобы синхронизироваться с двигателем и задним приводным колесом. Контроллер будет регулировать скорость обоих колес, чтобы она была одинаковая. Двигатель, в свою очередь, может подзаряжать батарею, крутящую переднее колесо.

Рисунок 7- Гибридный полноприводный мотоцикл

Недостатком подобного полного привода по-прежнему остается увеличенная неподрессоренная масса переднего колеса, по сравнению с обычным колесом.

О производстве гибридных мотоциклов так же заявила известная итальянская компания Piaggo. Она представил свою новую разработку - первый в мире двухместный скутер, оснащенный гибридным двигателем. В данном мотоцикле фактически совмещены два двигателя - традиционный бензиновый и менее мощный, но и более компактный электромотор.

Созданный мотоцикл - это модель для массового рынка, причем он обладает рекордно низким расходом топлива среди аналогичного транспорта, а когда происходит переключение на электромотор, то мотоцикл вообще движется без каких-либо выбросов.

Новый скутер получил название MP3 Hybrid и помимо нового двигателя он также обладает инновационной геометрией переднего колеса, которое заменено двумя боковыми колесами для повышенной маневренности и устойчивости на поворотах. По словам Лео Мерканти, старшего-вице президента итальянской компании, разработка гибридного мотоцикла обошлась Piaggo в 14 млн долларов. Пока встретить гибридные скутеры можно преимущественно на улицах Рима, но в планах производителя значится продажа разработки по всему миру.

Базовая версия мотоцикла оснащена бензиновым двигателем объемом 125 см3 и дополнительным электромотором на 2,5 кВт. Кроме того, в машину встроен интеллектуальный контроллер, определяющий когда на каком типе двигателя лучше ехать. Для аккумуляции заряда в мотоцикле используется небольшой литий-ионный аккумулятор, вес которого составляет 15 кг.

Скутер может заряжаться как от обычной розетки, так и во время езды за счет движения и работы встроенного генератора. По словам Мерканти, когда водителю мотоцикла необходимо дать резкий старт, скутер может одновременно включать как бензиновый, так и электрический мотор, что дает суммарную мощность, аналогичную бензиновому мотоциклу с объемом двигателя в 250 см3. К сожалению, при езде только от электродвигателя, скорость MP3 Hybrid ограничена 30 км/час.

Проведя обзоз основных навинок в области гибридных 2-х колесных транспортных средств целесообразно рассмотреть и найлучший вариант схемы подключения гибридной силовой установки. На сегодняшний день существует три схемы: последовательная, паралельная и последовательно-паралельная.

При ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ транспортное средство приводится в движение от электродвигателя. Двигатель внутреннего сгорания соединен только с генератором, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею. Мощность передается от ДВС на генератор, далее к электродвигателю, который соединен с ведущим колесом. Между ДВС и ведущим колесом отсутствует прямая механическая связь. Пара электродвигатель-генератор совместно с аккумуляторами представляют собой электрическую трансмиссию, которая обеспечивает бесступенчатое изменение передаточного отношения и регулирование мощности между ДВС и ведущими колесами. В этом случае происходит двойное преобразование энергии ДВС: механической в электрическую и обратно.Каждое преобразование приводит к потере в среднем 10% мощности . Таким образом, КПД трансмиссии в этом случае может быть не более 81%. Кроме того, максимальная мощность электромашины должна соответствовать максимальной мощности ДВС. Это условие приводит к увеличению габаритов и веса трансмиссии, что в свою очередь значительно ухудшид динамические показатели и управляемость мототехники, а это в свою очередь приведет к увеличению аварийности. Что неприменно сократит возможные рынки продажи. К плюсом данной схемы можно отнести избавление от необходимости кпп и сцепления. Так же эта схема отлично подходит для движения в режиме частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, т.е. в городе.

При ПАРАЛЕЛЬНОЙ СХЕМЕ ведущее колесо приводиться в действие и от двс, и от электромотора. Для их согласованной параллельной работы используется компьютерное управление. При этом сохраняется необходимость в обычной трансмиссии, и двигателю приходится работать в неэффективных переходных режимах. Момент, поступающий от двух источников, распределяется в зависимости от условий движения: в переходных режимах (старт, ускорение) в помощь ДВС подключается электродвигатель, а в устоявшихся режимах и при торможении он работает как генератор, заряжая аккумулятор. Таким образом, в параллельных гибридах большую часть времени работает ДВС, а электродвигатель используется для помощи ему. Поэтому параллельные гибриды могут использовать меньшую аккумуляторную батарею, по сравнению с последовательными. Такую схему целесообразно использовать при создании полноприводных мотоциклов. Плюсами данной конструкции можно отнести меньший вес требуемых батарей. К недостатком относится необходимость внедрения электронного блока управления, что непосредственно приведет к увеличению затрат на производство и стоимости самой продукции.Еще одним недостатком является то, что обратимая машина параллельного гибрида не может одновременно приводить в движение колесо и заряжать батарею.

При ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЕЛЬНОЙ СХЕМЕ можно с помощью планетарных механизмов разделять ряды подоваемой мощности. Такая схема включила в себя положительные стороны предыдущих. Использование такой схемы на двухколесных транспортных средствах позволяет добиться снижения расхода топлива и вредных выбросов как в режиме движения по городу, так и загородом. Отриццательным в данной схеме относится наличие дополнительного генератора, сложного блока управления двигателями и приводом - это ведет за собой значительное удорожание продукции.

3. ЭЛЕКТРОЦИКЛЫ КАК ЗАМЕНА ГИБРИДОВ И ДВС

Большое развитие получило направление электрофикации мототехники. Электроциклы более просты в производстве. С быстро развивающимися технологиями в области электрических накопителей энергии стало возможно использование высоковольтных батарей большой мощности со значительно меньшими габаритами и весом. Ускоренное развитие электроциклов можно отметить и их скоростными достижениями на примере электроцикла Mavizen TTX02: 2010 году Mavizen TTX02 принял участие в гран-при электромотоциклов TTXGP. Байк построен на базе шасси RC8 и его электромоторчик Agni 95 выдает примерно 100 лошадиных сил, что позволяет ему разогнаться до 210 км/ч.

Также мотоциклом этой марки была установлена рекордная скорость передвижения для электроциклов в 259 км/ч. Можно отметить что развитие именно электроциклов идет очень быстрыми темпами.

Использование электродвигателей позволяет добиться экологически чистой мототехники, которая по динамическим показателям не сутупает традиционной бензиновой. Большой проблемой в этом направлении являеться время работы накапителей энергии. Решение этой проблемы полностью позволит отказаться от создания гибридов и использования двс. Будущее мотоиндустрии за электроциклами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Условно энергия ДВС разделяется на два потока: 28% преобразуется в электрическую; оставшиеся 72% передаются на редуктор и на ведущее колесо мотоцикла. При этом доля 28 % может быть израсходована на питание электромотора-генератора или запасена в накопителе энергии и израсходована позже. На основании вышеизложенного можно заключить, что мощность ГСУ на испытуемом участке складывается из отдельных цепочек: - мощность от ДВС в электроприводе; - мощность в цепи высоковольтной батареи; - мощность от ДВС в механической передаче; - мощность, возвращаемая от рекуперации при торможении.

.

Поскольку принятым диагностическим параметром является мощность в цепи высоковольтной батареи =, то представим предыдущее выражение в следующем виде:

.

В соответствии с балансом мощностей и временными зависимостями остальных параметров, входящих в формулу (рис. 4), определяем:

,

где - средняя мощность ГСУ на ведущем колесе мотоцикла в текущей точке; - средняя мощность в цепи накопителя энергии; - средняя мощность ГСУ на ведущем колесе мотоцикла за испытание; - средняя мощность торможения за испытание.

При вычислении (принятой в качестве эталонной зависимости) учитываются изменяющиеся параметры: фактический уровень заряда батареи; количество энергии, поступающей от ДВС; количество энергии, забираемой на движение и принимаемой от рекуперации торможении.

Потери в элементах ГСУ при передаче энергии от ДВС на ведущее колесо мотоцикла находятся в результате декомпозиции потока мощности на отдельные цепочки:

· цепочка - мощность от ДВС преобразуется в электрическую, затем через инверторы расходуется на движение ;

· цепочка - мощность от ДВС преобразуется в электрическую, затем расходуется на заряд батареи, откуда при необходимости преобразуется в механическую и поступает на приводное колесо;

· цепочка - мощность от ДВС передается на приводное колесо;

· цепочка возникает при торможении мотоцикла, когда энергия передается от ведущего колеса через редуктор , инвертор и накапливается в высоковольтной батарее.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведения исследований в области возможности гибридизации двухколесных транспортных средств можно сказать, что разработки в этой области не стоят на месте. Однако следует отметить, что создание гибридных версий является более затратным чем создание “чистых” электромотоциклов. В первую очередь это связано с недостаточным совершенствованием технологий, что ,в свою очередь, непременно ведет к повышению стоимости данной продукции. Так же некоторые затруднения в области развития гибридной мототехники обусловлены отсутствием сервисных и ремонтных центров по данному виду продукции.

На данном этапе развития производства мототехники выгоднее, выгоднее приводить ее в движение использованием электродвигателей без использования гибридных силовых установок. А работы в области создания гибридов ведут к созданию высокоемистых легких батарей с увеличеным сроком рабаты.

Будущее мототехники за двигателями с нулевым выхлопом, а гибриды являются только проходным этапом к достижению этой цели.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ефремов И.С. - Теория и расчет тягового привода электромобиля.

2. Masanori A., et al: Large Torque and High Efficiency Permanent Magnet Reluctance Motor for a Hybrid Truck, EVS-22, 2007.

3. http://www.zenkevich.ru/novosti/gibridnyi-motocikl.html

Размещено на Allbest.ru