Оцінка факторів енергоменеджменту великогабаритних транспортних засобів з гібридною силовою установкою

Abstract

Due to the tightening of environmental standards for urban transport, in particular due to the introduction of the EURO-7 standard, the relevance of improving the energy management of large-sized vehicles with a hybrid power plant is increasing. The work demonstrates approaches to optimizing energy consumption in hybrid city buses based on mathematical modeling (functional optimization). The purpose of the research is to build a multifactor mathematical model that allows minimizing fuel consumption and increasing the overall energy efficiency of the hybrid transport system. The work uses the functional optimization method based on variational calculus, in particular, the Lagrange multiplier and the Hamilton condition are applied. The proposed methodology for calculating the efficiency of the energy system is tested on the basis of the Volvo 7900 Hybrid hybrid bus with an assessment of energy consumption and fuel consumption. The analysis was carried out taking into account the real urban traffic cycle, which allows assessing the efficiency of energy use in variable operating conditions. As a result of the modeling and application of functional optimization of energy consumption for the specified bus model, it was possible to achieve significant improvements in energy performance. In particular, the average required power of the diesel engine was reduced 98.5 to 85 kW, which allowed to reduce the load on the power plant and improve its efficiency. The efficiency coefficient of the internal combustion engine was increased to 0.37 due to the engine operating in optimal modes. The most significant result was a decrease in average fuel consumption 32.5 to 19 l/100 km, which corresponds to a saving of 42%. Such indicators were achieved due to the reasonable distribution of energy flows between the internal combustion engine, electric motor and battery, the effective use of regenerative braking, as well as taking into account real road conditions and technical parameters of the vehicle. The results obtained prove the feasibility of implementing the proposed model in modern energy management systems of city buses.

У зв’язку з посиленням екологічних норм до міського транспорту, зокрема через впровадження стандарту ЄВРО-7, зростає актуальність удосконалення енергоменеджменту великогабаритних транспортних засобів з гібридною силовою установкою. Робота демонструє підходи до оптимізації енергоспоживання в гібридних міських автобусах на основі математичного моделювання (функціональна оптимізація). Метою досліджень була побудова багатофакторної математичної моделі, яка дозволяє мінімізувати витрати пального та підвищити загальну енергоефективність гібридної транспортної системи. У роботі використано метод функціональної оптимізації на основі варіаційного числення, зокрема застосовано множник Лагранжа та умову Гамільтона. Запропонована методологія розрахунку коефіцієнта корисної дії  енергетичної системи була випробована на базі автобуса Volvo 7900 Hybrid з оцінкою енергоспоживання та витрат пального. Аналіз здійснено з урахуванням реального міського циклу руху, що дозволяє оцінити ефективність використання енергії у змінних експлуатаційних умовах. У результаті проведеного моделювання та застосування функціональної оптимізації енергоспоживання для зазначеної моделі автобуса вдалося досягти суттєвих покращень енергетичних показників. Зокрема, середню необхідну потужність дизельного двигуна знижено з 98.5 до 85 кВт, що дозволило зменшити навантаження на силову установку та покращити її ефективність. Коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння   збільшено до 0.37 за рахунок роботи двигуна в оптимальних режимах. Найбільш вагомим результатом стало зменшення середньої витрати пального з 32.5 до 19 л/100 км, що відповідає економії на рівні 42%. Таких показників вдалося досягти завдяки розумному розподілу енергетичних потоків між двигуном внутрішнього згоряння ДВЗ, електродвигуном та батареєю, ефективному використанню рекуперативного гальмування, а також урахуванню реальних дорожніх умов і технічних параметрів транспортного засобу. Отримані результати доводять доцільність впровадження запропонованої моделі в сучасні системи управління енергетикою міських автобусів.