Transcript ФГУП «НАМИ

«Перспектива применения грузовых
автомобилей с комбинированной
энергоустановкой на территории РФ»
Докладчики: С.Н. Коркин, С.Н. Семикин, И.Н. Семикин.
10 октября 2012 г.
Описание проекта
Цель проекта
Создание полноприводного грузового автомобиля (седельного тягача) типа 6х6 с
комбинированной
энергоустановкой,
соответствующего
перспективным
международным требованиям по экологии, безопасности, энерго - ресурсосбережению и
утилизации.
Ожидаемые результаты проекта
1. Технические решения по созданию полноприводных грузовых автомобилей типа 6х6
с комбинированной энергоустановкой.
2. Разработанные системы управления автомобилем с комбинированной
энергоустановкой.
3. Конструкторская документация на полноприводные автомобили типа 6х6 с
комбинированной энергетической установкой, узлы и компоненты.
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
2
125438, Москва, Автомоторная, 2
Требования к разрабатываемому продукту
полноприводный автомобиль с колесной формулой
6х6
Тип
Максимальная скорость, не менее,
км/ч
110
комбинированная энергоустановка, включающая
двигатель внутреннего сгорания, буферный
накопитель энергии и электроприводы
Тип энергоустановки
Вид топлива
Дизельное
Снаряженная масса автомобиля, кг
8 850
Нагрузка на седельно-сцепное
устройство, кг
17 000
Полная масса автомобиля, кг
26 000
Полная масса автопоезда, кг
46 000
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
3
125438, Москва, Автомоторная, 2
Требования к разрабатываемому продукту
• Полноприводный грузовой автомобиль с комбинированным приводом должен
позволить при неблагоприятных климатических и дорожных условиях
уменьшить эксплуатационный расход топлива не менее чем на 15% .
• Автоматизированная коробка передач должна обеспечивать работу в составе
КЭУ без снижения тягово-динамических качеств автомобиля по сравнению с
обычной коробкой передач.
• Автоматизация работы силовой установки должна обеспечить безопасность
эксплуатации АТС.
• Разработанный алгоритм управления комбинированной энергоустановкой
должен обеспечивать выполнение всех вышеуказанных требований, в том числе,
повышение устойчивости движения и проходимости по скользким дорогам.
• Остальные требования - не ниже требований исходного российского
прототипа.
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
4
125438, Москва, Автомоторная, 2
Планирование работ в разных системах ВК
ВК ФГУП «НАМИ»
ТЗ сформировано и
утверждено
В
К
0
В
К
1
Техническое
предложение
утверждено
В
К
2
Конкурсная
документация
утверждена
Подписан контракт
В
К
3
Технический проект
утвержден
В
К
4
Эскизный проект
утвержден
Концепция продукта
утвердждена
В
К
5
Прототип 111
изготовлен по
основной технологии
Одобрение типа АТС
Рабочая
конструкторская
документация
утверждена
В
К
6
Прототип 1
изготовлен и испытан
В
К
7
В
К
8
Прототип 11
изготовлен и испытан
В
К
9
ВК
10
Авторское
сопровождение
продукта в
течении его
жизненного цикла
СРПП
Исследование и обоснование разработки
Производство
Единичное
Рабочая
Изготовление и
Доработка
Постановка повторяющееся,
ТЗ на
ТЗ на ОКР, Эскизный Технический конструкторская предварительные Приемочные
РКД
Поставка
Исследование Аванпроект
на
серийное,
исследование
ОТР
проект
проект
документация
испытания
испытания опытного
(обращение)
производство
массовое
(РКД)
образцов
образца
производство
ФГУП «НАМИ»
Разработка
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
5
125438, Москва, Автомоторная, 2
Серийные автомобили с гибридными трансмиссиями
Volvo FE Hybrid
Mack Trucks
Peterbilt Hybrid
Элементы комбинированной энергетической установки
Коробка передач соединенная
с электрической машиной
ФГУП «НАМИ»
Энергетический модуль
Электропривод вспомогательных
агрегатов
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
6
125438, Москва, Автомоторная, 2
Автомобили коммунального назначения
с гибридными трансмиссиями
Mercedes-Benz Econic
Mitsubishi Canter Eco-D
ФГУП «НАМИ»
Renault Hybrys
Volvo Trucks
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
7
125438, Москва, Автомоторная, 2
Технические характеристики грузовых АТС с КЭУ
Модель гибридного
автомобиля
DAF LF45-160
Hybrid
MAN TGL
12.220 Hybrid
Колесная формула
Полная масса, т
Мощность, л.с.
Крутящий момент, Н∙м
Электродвигатель:
мощность, кВт
Крутящий момент, Н∙м
Режим движения только
на аккумуляторах
Запас хода на
аккумуляторах, км
Аккумуляторы: емкость,
кВт∙ч
Тип аккумулятора
4х2
12
160
600
44
4х2
12
220
850
60
420
нет
425
нет
800
есть
н.д.
5
н.д.
Литийионные
мех
20%
Привод ГУР
Заявленная экономия
топлива
ФГУП «НАМИ»
Renault
Premium
Hybrys
Volvo
FE Hybrid
Peterbilt
Model 335
Mack Truck
6х4
н.д.*
300
840
44
6х4
н.д.*
325
1200
118
800
есть
420
нет
590
н.д.
1.5
1.5
н.д.
н.д.
2,0
1,2
1,2
н.д.
н.д.
Литийионные
мех
18,1%
Литийионные
электро
20%
Литийионные
электро
15-20%
Литий ионные
электро
28%
Суперконденсатор
н.д.
н.д.
6х2
6х2
26
26
310
300
1153
1160
70 (макс. 120) 70 (макс. 120)
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
8
125438, Москва, Автомоторная, 2
Варианты компоновочных схем
1
4
2
5
3
6
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
9
125438, Москва, Автомоторная, 2
World Harmonised Duty Cycle (WHDC)
Общепринятый усредненный цикл нагружения АТС
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
10
125438, Москва, Автомоторная, 2
Имитационное моделирование
MatLab Simulink
Зависимость скорости движения
автопоезда
от рельефа дороги
Зависимость скорости движения автопоезда
от рельефа дороги
АТС с ДВС мощность 307 кВт
ФГУП «НАМИ»
Результаты имитационного
моделирования
Параметры
АТС с АТС с
ДВС
КЭУ
Средняя
90
123
скорость, км/ч
Минимальная
22
36
скорость, км/ч
Максимальная
115
150
скорость, км/ч
АТС с КЭУ (307кВт ДВС и 200 кВт ЭМ.)
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
11
125438, Москва, Автомоторная, 2
Имитационное моделирование
MatLab Simulink
Va = 15 км/ч
Nкср.= 19 кВт
Nкmax.= 280кВт
Va = 90 км/ч
Nкср.= 191 кВт
Nкmax.= 1250кВт
Va = 60 км/ч
Nкср.= 98 кВт
Nкmax.= 750кВт
Va = 110 км/ч
Nкср.= 280 кВт
Nкmax.= 1600кВт
Зависимость требуемой мощности на колёсах автопоезда при заданной
постоянной скорости движения автопоезда
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
12
125438, Москва, Автомоторная, 2
Результаты тягово-динамического расчёта
Me, Н∙м
1 384,75
1 432,50
1 459,79
1 402,66
1 268,03
1 194,23
1 149,47
Крутящий момент на выходе из
главной передачи, Н∙м
Низшая
Высшая
72 088,5
4 545,3
74 574,3
4 702,0
75 994,8
4 791,6
73 020,7
4 604,1
66 012,1
4 162,2
62 170,1
3 919,9
59 840,2
3 773,0
Частота вращения на полуосях,
об/мин
Низшая
Высшая
16,90
268,10
20,28
321,72
23,67
375,34
27,05
428,95
30,43
482,57
33,81
536,19
37,19
589,81
Максимально реализуемый крутящий момент на ведущих колесах по сцеплению
Колесная формула
Крутящий момент, Н∙м
6х6
100 406,9
6х4
77 236,1
6х2
36 816
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
13
125438, Москва, Автомоторная, 2
Электродвигатели
1PH8, 1PV5 (Siemens)
SMG (Bosch)
ФГУП «НАМИ»
AC induction Motors (MES)
AC (Azure Dynamics)
UQM (Power Phase)
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
14
125438, Москва, Автомоторная, 2
Электродвигатели. Характеристики
Максимальная/
Тип
Номинальная
электродвигателя
мощность,
Максимальная/
Номинальная
частота
вращения,
об/мин
Масса,
кВт
Максимальный/
Номинальный
крутящий
момент,
Н∙м
Siemens
1PV5135-4WS18
85 / 50
330 / 160
10000 / 6000
90
Azure Dynamics
AC24
47 / 20
92 / 42
11000 / 4600
47
Azure Dynamics
AC55
59 / 25
280 / 140
8000 / 2000
106
UQM
(Power Phase 75)
75 / 45
240 / 150
8000 / ------
41
AC induction
Motors 200/2
--- / 40
--- / 130
9000 / 2850
99
ФГУП «НАМИ»
кг
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
15
125438, Москва, Автомоторная, 2
Угловые редукторы
DynaGear (GRAESSNER)
AER (APEX DYNAMICS )
PR2, PR6 (BOSTON GEAR)
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
16
125438, Москва, Автомоторная, 2
Угловые редукторы. Характеристики совместной
работы с электромашинами
Тип
редуктора
Передаточ.
отношение
Макс./Номин.
крутящий момент
на выходе из
редуктора
(по паспорту),
Н∙м
Макс./Номин.
крутящий момент
на выходе из
редуктора,
Макс./Номин.
частота
вращения
(по паспорту),
Н∙м
об/мин
кг
Масса,
BOSTON GEAR
PR2142
5
1950 / 650
1200 / 750
6000 / 3000
24,5
BOSTON GEAR
PR2180
7
3300 / 1100
1680 / 1050
6000 / 3000
51
BOSTON GEAR
PR2180
10
2700 / 900
2400 / 1500
6000 / 3000
51
Apex AER 155
3
1026 / 342
720 / 450
6000 / 3000
22,4
Apex AER 155
7
1650 / 1550
1680 / 1050
6000 / 3000
22,4
Apex AER 205
8
3000 / 1000
1920 / 1200
6000 / 3000
46,8
Apex AER 205
10
2700 / 900
2400 / 1500
6000 / 3000
46,8
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
17
125438, Москва, Автомоторная, 2
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ZF TRAXON
Автоматизированная коробка передач TRAXON – агрегат нового поколения, построенный
по модульному принципу, в котором совместно с базовой КП могут работать несколько
дополнительных модулей:
• модуль двойного сцепления (TraXon Dual)
• гибридный модуль (TraXon Hybrid)
• модуль гидротрансформатора с разделительным сцеплением (TraXon Torque)
Базовое исполнение КП с одно- или двухдисковым сцеплением представлено в двух
вариантах – с 12 и 16 передачами.
КП TraXon обеспечивает максимальный передаваемый крутящий момент более 3000 Н∙м.
Система управления трансмиссией
TraXon
с
помощью
датчиков
отслеживает:
• уклон дороги
• направление поворота
• частоту вращения двигателя
Серийное производство: конец 2013 г.
Выпуск на рынок: начало 2014 г.
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
18
125438, Москва, Автомоторная, 2
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ZF TRAXON
Коробка передач TRAXON HYBRID оснащена электромотором мощностью
120 кВт и разделительным сцеплением.
Коробка передач TRAXON HYBRID обеспечивает следующие функции
гибридных систем:
• рекуперация энергии при торможении
• движение в «электрическом» режиме
• кратковременное увеличение мощности
• функция «старт-стоп»
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
19
125438, Москва, Автомоторная, 2
Тяговые характеристики электропривода колеса
с электродвигателем UQM
Характеристика колеса с угловыми редукторами с разными передаточными отношениями
Вариант 1 (i1 = 12,6 i2 = 1,0 )
Вариант 2 (i1 = 12,6 i2 = 3,0 )
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
20
125438, Москва, Автомоторная, 2
Спасибо за внимание!
ФГУП «НАМИ»
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
21
125438, Москва, Автомоторная, 2
Паспортные данные гибридных автомобилей
Модель гибридного
автомобиля
Колесная формула
Полная масса, т
Дизельный двигатель
Число цилиндров
Рабочий объем, л
Мощность, л.с.
Крутящий момент, Нм
Коробка передач
Число передач
Электро двигатель:
мощность, кВт
Крутящий момент, Нм
Езды только на АКБ
Пробег на АКБ
паспортные км.
Пробег на АКБ
реально км.
АКБ: емкость, кВт∙ч
Тип АКБ
Напряжение, В
Вес гибридного
привода, кг
Стоп- старт
Привод гур
Дополнительная
стоимость
DAF LF45Iveco
160
Euro cargo
Hybrid
75E160
Hybrid
4х2
4х2
12
7,5
MAN TGL
12.220
Hybrid
4х2
12
Mercedes Benz Atego
1222
Hybrid
4х2
12
Renault
Premium
Distributin
Hybrys
6х2
26
Volvo
FE Hybrid
Turbine
6х2
26
4×4
н.д.*
н.д.*
Paccar
FR118
Iveco
Tector
MAN D0834
Mercedes
OM924LA
DXi7
(Deutz)
D7F300
(Deutz)
4
4,5
160
600
4
3,9
160
535
4
4,6
220
850
4
4,8
218
810
6
7,2
310
1153
6
7,2
300
1160
Eaton
Eaton
ZF Tipmatic
MB Telligent
Optidriver+
I-Shift
6
44
6
44
6
60
6
44
420
нет
420
нет
425
нет
5
420
нет
12
70 (макс.
120)
800
есть
1.5
12
70
(макс.120)
800
есть
1.5
0.2…0.4
1.5
0.2…0.4
0.2…0.4
0.2
0.2
н.д.*
1,87
2,0
2,0
1,2
1,2
Литий
ионные
Литий
ионные
Литий
ионные
Литий
ионные
Литий
ионные
Литий
ионные
340
300
340
200
340
220
340
300
600
578
600
578
нет
мех
есть
мех
25000
евро
есть
мех
есть
мех
45000
евро
есть
электро
есть
электро
ФГУП «НАМИ»
535
90
Peterbilt Peterbilt
Model
Model
338
335
Navistar
Kenworth Mitsubis Mack Truck
T270
hi Fuso
Truck
6х4
4×4
Cummins
ISX
PACCAR
PX-6
Maxx Force DT
Advanced EGR
6
6
400
6
4,5
185
Eaton
Eaton
44
300
44
6х4
Mack Model:
MP7 - 365M
400
3
92
11
272
35
12
120
800
нет
340
нет
300
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
22
125438, Москва, Автомоторная, 2
Технические характеристики и
опции гибридных автомобилей
DAF LF45-160
Hybrid Iveco
Eurocargo
75E160
Hybrid MAN TGL
12.220
Hybrid
Mercedes-Benz
Atego 1222
Hybrid Renault
Premium Distribution
Hybrys
Volvo FE Hybrid
Рулевое управление
Гидравлика
Гидравлика
Гидравлика
Гидравлика
Электропривод
Электропривод
Гибридная система
Eaton
Eaton
ZF
Eaton
Volvo
Volvo
«Езда только на
батарее»
-
-
-
-
+
+
Система охлаждения
АКБ
+
+
+
+
+
+
-
_______
+
+
+
+
+
+
-
-
20%
15-20%
Марки
Система подогрева АКБ
Система старт-стоп
_____
-
+
Срок службы батарей
Движение только на
дизеле
+
+
+
Заявленая экономия
топлива
20%
24-26%
18,1%
ФГУП «НАМИ»
Не комментировался
+
10-15%
Peterbilt Model
338
28%
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт.
23
125438, Москва, Автомоторная, 2