یک سلان با اندازه متوسط برای انتشارات آلودگی کم و اقتصاد صرفه جویی سوخت زیاد
چکیده:
تیم US Davis Futur car ، یک وسیله به نام AIV را به صورت یک دستگاه الکتریک هیبرید موازی( HEW ) با اهداف سه گانه صرفه جویی سوخت، حصول انتشارات آلودگی بسیار کم و تعیین کیفی انتشارات صفر جزئی در کالیفرنیا طراحی مجدد کرده است با استفاده از یک ترن قوی با راندمان بالا وزن وسیله کم شد و سیستم های کنترل پیشرفته بکار رفت . US Davis روش را برای صرفه جویی حداکثر انرژی را ایجاد کرده و توانایی های عملیاتی تمام برقی را ارائه می کند. ترن برقی یک موتور 658CC سوبارو و یک موتور مغناطیسی دائم بدون برس 75KW یونیک موبیلیته را با یک سیستم انتقال متغیر پیوسته نیسان جفت می کند. این ترن حرکتی موازی، ساده، فشرده و کارآمد است. موتور با بسته باتری هیدرید فلز نیکل با قدرت زیاد حرکت می نماید. نتایج شبیه سازی پیش بینی می کند که این وسیله بر اساس زمان بندی و حرکت شهری دولتی و بر اساس زمان بندی حرکت بزرگراه فدرال بدست می آورد.
مقدمه:
در 1998 از دانشگاه کالیفرنیا ، تیم Furtune car برای سومین سال متوالی شرکت کرد، بخش انرژی و شورای تحقیق خودرو مسئول این امر بود. رقابت مهندسان و دانشجویان را به طراحی مجدد یک سدان با اندازه متوسط تشویق کرد تا به صرفه جویی سوخت به سه برابر مقدار فعلی برسد بدون آنکه عملکرد، قابلیت استفاده یا هزینه را قربانی نماید. با این اهداف روی تعیین کیفی 80% اعتبار تحت تنظیم های دستگاه با انتشار آلودگی کم کالیفرنیا (LEVII) تمرکز کرد.
در طی دوسال قبل، us Davis را وارد کرد که یک مدل فورد تانوس 1996 تبدیل شده بود، برای 1998، us Davis به طرف آلودگی های کم و صرفه جویی سوخت با معرفی یک دستگاه متمرکز بر آلومینیم پایدار (AIV) مدل مرکوری توسعه می یابد . در صرفه جویی سوخت وسیله مضاعف ترکیبی بزرگراه/شهر را بدست آورد. کارایی بعدی افزایش می یابد، طراحی مجدد ترن قدرت، و بهینه سازی کنترل ها، کولمب این تغییرات را نشان می دهد. قاب آلومینیمی جرم وسیله را به اندازه کاهش می دهد. یک انتقال متغیر پیوسته، بهینه سازی راهبرد کنترل را آسان می کند و یک ترن قدرت از مولفه های مشتری استفاده می نماید که با تولیدکنندگان طراحی شده اند تا راندمان، قابلیت اعتماد و قابلیت حرکت را زیاد کند.
اهداف طراحی:
بر اساس جدول زمانی توسعه برای تیم تقسیم توسعه کولمب به دو مرحله دراز مدت را انتخاب کرد. اولین سال بر روی توسعه یک ترن قوی تمام جدید، یک سیستم کنترل آب و هوایی با عملکرد بالا و تبدیل به لوازم جانبی تمام الکترونیک تمرکز کرد. در سال دوم، us Davis آئوردینامیک دستگاه را اصلاح خواهد کرد، راهبرد کنترل را برای آلودگی ها و کارایی بهینه تضمین می نماید و جرم وسیله را کاهش می دهد. جدول زیر اهداف اولین و دومین سال را فهرست می کند. این اهداف در انتخاب اجزای دستگاه و راهبردهای کنترل بکار می رود.
" انتخاب ترکیب بندی دستگاه "
وسایل الکتریکی EV و ICEV وسایل موتور احتراق داخلی هر کدام دارای مزایای عملکرد هستند ولی اهداف رقابت با محدودیت های یک راندمان ICEV را تامین نمی کنند. هر دو نوع دستگاه اهداف را با توسعه کافی تامین می کنند ولی بررسی ها نشان می دهد که اهداف می توانند با ترکیب های از فن آوری الکتریکی و قدرت کمکی در یک آرایش هیبرید، تامین شوند.
ترکیب بندی هیبرید ـ یک ترن قوی هیبرید یک موتور الکتریکی را با یک واحد
قدرت کمکی ترکیب می کند این اجزا می توانند در سه ترکیب بندی اصلی ترکیب شوند. سری، موازی یا هر دو× هر آرایشی دارای مزایا و معایب است که باید در طی طراحی یک هیبرید در نظر گرفته شود. هیبرید سری ـ در یک آرایش سری APV ، برق تولید می کند. بستگی به شرایط حرکت، برق از طریق موتور یا باتری توزیع می شود. یک ترکیب بندی سری را از بار جاده جدا می کند و استفاده از هر دستگاه تولید نیرویی را ممکن می نماید. بعلاوه ، می تواند با سرعت و بار ثابت کار کند و راندمان سوخت موتور و آلودگی ها را بهینه نماید. ولی بدلیل عدم کارایی های انباشته مراحل انتقال گوناگون، راندمان توزیع از سوخت به چرخ ها نسبتاً کم است. بعلاوه، تولید برق اغلب مستلزم وصل شدن ژنراتور با APV و یک موتور الکتریکی مجزا برای حرکت دادن دستگاه است. هیبرید موازی ـ در یک آرایش موازی و موتور الکترونیک می توانند هر کدام نیرو را مستقیماً برای چرخ ها فراهم کنند. اتصال مستقیم به خط حرکت منجر به راندمان انتقال خیلی بالا می شود ولی انتخاب های عملی را برای موتورهای احتراق داخلی محدود می کند که در یک دامنه گشتاور و سرعت مختلف کار می کند. موتور مقداری از تقاضای نیروی فوری را فراهم می کند و استفاده از باتری ها را کاش می دهد. ترن قدرت مستلزم یک موتور/ ژنراتور است ولی آرایش قدرت ترکیب موتور می تواند مشکل باشد.
هیبرید دو گانه ـ یک هیبرید دو گانه از یک طراحی ترن قدرت استفاده می کند که عملیات سری و موازی را ترکیب می نماید . Toyota Drius مثالی از یک هیبرید دو گانه است و از یک موتور و یک ژنراتور ترکیبی استفاده می نماید. موتور و ژنراتور به دو ورودی از یک مجموعه دنده وصل می گردد و موتور و داریو نهایی به سومین ورودی متصل می باشند. ژنراتور برای تنظیم رابطه سرعت بین درایو و موتور است و یک CVI برای موتور ایجاد می نماید. مقداری از نیروی موتور از ژنراتور به موتور منتقل می شود و به چرخ ها می رود. این باعث می شود که توان خروجی موتور بین مسیر دنده مکانیکی و مسیر موتور الکتریکی ، تقسیم شود. این سیستم پیچیدگر مکانیکی را با حذف سیستم کلاچ کردن مکانیکی از یک انتقال خودکار، کم می کند و راندمان را با تغییر دادن پیوسته دنده موثر افزایش می دهد. ولی، کاهش های حرکت را توسط گردش پیوسته مقداری از نیرو از طریق مسیر الکتریکی، ممکن می نماید. انتخاب ترکیب بندی یک آرایش هیبرید موازی را بدلیل توان حصول راندمان بالا انتخاب کرد. افزایش در راندمان به سختی حاصل می گردد ولی کاهش های در آلودگی ها می تواند توسط فن آوری عملیات بعدی دود خروجی با راندمان بالا و راهبرد کنترل ترن قوی کاهش می یابد . دارای پنج سال تجربه در طراحی و ساخت ترن های برقی موازی است.
راهبرد کنترل وسیله:
کولمب از راهبرد کنترل تهی سازی بار الکتریکی مانند شکل 6 استفاده می کند. در سرعت روشن موتور، انتقال های ترن برق از عملیات تمام الکتریک به عملیات به کمک موتور صورت می گیرد. در طی رانندگی شهری در حالت های شارژ باتری، کولمب بصورت یک عمل می کند. در سرعت های بزرگراه یا در حالت های شارژ کم، وسیله از موتور استفاده می کند تا سرعت تهی سازی باتری را کاهش دهد. کاهش سرعت روشن موتور، میزان زمانی را افزایش می دهد که موتور روشن است و مصرف انرژی واحد برق بیشتری را می دهد. راهبرد عملیات وسیله اولیه را برای برق تخمین می کند ولی کاربرد بنزین را افزایش می دهد هنگامی که شارژ باتری خالی می شود یک محدوده حرکت شهری امکان پذیر است قبل از اینکه شارژ کردن مجدد باتری انجام شود. حرکت بزرگراه در سرعت هایی از رژیم موتور رخ می دهد. طوری که دامنه توسط ظرفیت ذخیره سوخت محدود می شود، نه انرژی ذخیره شده در بسته باتری.
تخلیه شارژ:
در یک تهی سازی شارژ CD باتری ها از دیوار سوکت و ترمز کردن مولد شارژ می شوند.
در طول یک زمان بندی حرکت نمونه، حالت شارژ بسته باتری کم می شود. این امر متفاوت با راهبرد تحمل کننده شارژ است که اغلب در HEV استفاده می شود. جایی که APV برای حفظ حالت شارژ باتری، استفاده می شود. راهبرد CD از کاهش های تبدیل انرژی ذاتی در یک ترکیب اکترناتور/ و کاهش های تخلیه/شارژ باتری پرهیز می کند. یک دستگاه CD با استفاده از یک راهبرد حرکت که در یک حالت تمام الکتریک در حالت های بالایی شارژ عمل می کند، به وسیله اجازه می دهد که کاربرد بنزین را با کاربرد انرژی برق، جایگزین نماید. جابجایی بنزین کلی بویژه وقتی موثر است که توزیع حرکت روزانه متوسط در نظر گرفته شود. اطلاعات حاصل از پیشنهاد می کند که یک وسیله تهی سازی شارژ می تواند برای 73% از حرکت سالیانه اش با استفاده از برق ذخیره شده عمل نماید (CARB) . این جابجایی بنزین را تایید کرده است و مقررات را تجدید نظر می کند. اعتبارهای انتشارات صفر وسیله را به دستگاهی می دهد که استاندارد وسیله انتشارات بسیار کم را در 000/250 کیلومتر تامین می نماید و دارای آلودگی های سوختگیری مجدد و تبخیر صفر است. اعتبار با استفاده از انتشارات چرخه سوخت محاسبه خواهد شد و از باتری های پیشرفته استفاده می نماید. در کولمب، برای تا 80% اعتبار جزئی تحت این مقررات ناچیز خواهد بود. راهبرد کنترل تهی سازی شارژ برای حداکثر سازی اقتصاد( صرفه جویی) سوخت طراحی می شود و این در حالی است که آلودگی ها حداقل شده باشند. در عمل، این استراتژی مستلزم یک موتور برق قوی برای شتاب دادن و ترمز کردن است، یک موتور کوچک برای حرکت، و یک بسته باتری بزرگ برای حرکت تماماً برقی در شهر بکار می رود.
نیازهای عملکرد وسیله:
اهداف طراحی و راهبرد کنترل در یک شبیه سازی رایانه برای تعیین مولفه های ترن برق Power train ، تنظیم سیستم کنترل، و پیش بینی اقتصاد انرژی بکار می رود. برنامه fortan از نقشه های استفاده از انرژی ایجاد شده از اطلاعات اجزای تولید کننده استفاده می کند. این روش بر روی کاهش های مولفه در مقایسه با راندمان ها تمرکز دارد و اجازه مدل سازی دقیق را در طی سرعت کم، شرایط حرکت با گشتاور کم را می دهد. مدل های مولفه (اجزا) به آسانی برای فیرو مقیاس بندی نمی شوند، ولی نقشه ها برای اجزای ترن برقی خاص می توانند برای بهینه سازی عملکرد دستگاه بکار بروند. مدل بکار رفته نتایجی را بدست می آورد که در محدوده 5/1% نتایج واقعی بودند. برای طراحی ترن برقی در این سال، برنامه شبیه سازی با خصوصیات CVT روز آمد گردید. شبیه سازی یک ایده کلی خوب از نیازهای سیستم را فراهم می کند و مقایسه راهبردهای انتقال و توسعه روش ها برای تنظیم پارامترهای سیستم را ممکن می نماید. اهداف عملکرد ارائه شده در مقدمه، برای تعیین توان خروجی لازم موتور برای شتاب دادن استفاده شدند. موتور بر اساس کار قبلی انتخاب شد که نیازهای برای راهبرد کنترل کلی را تعیین کرد. نیازهای طراحی شبیه سازی شده در جدول 2 و پیش بینی های عملکرد در جدول 3 ارائه می شوند. شبیه سازی برای اجرای یک تحلیل حساسیت وسیله به تغییرات در خصوصیات فیزیکی استفاده گردید. جدول 4 کاهش های در خصوصیات سیستم گوناگون را نشان می دهد که برای بهبود اقتصاد سوخت معادل به میزان 5% بر اساس برنامه زمان بندی حرکت شهری و بزرگراه دولتی لازم بود.
بر اساس این تحلیل حساسیت و تحلیل های انجام شده ، تصمیم گرفته شد که بهبودهای آیرودینامیک در اولین سال ناشی از مقدار زمان زیاد لازم برای حصول یک کاهش جزئی dras ، بدست آید. حساسیت کاهش وزن 7% برای افزایش صرفه جویی سوخت 5% تصمیم گیری را برای استفاده از پشتیبانی می کند. کاهش جرم پیش بینی شده منجر به یک افزایش چشمگیر در صرفه جویی سوخت می گردد. شبیه سازی با نتایج دینامومتر حاصل از چالش Future car 1998 کالیبره خواهد شد و در توسعه راهبرد کنترل برای وسیله 1999 بکار می رود.
توسعه ترن برقی:
پیش بینی های شبیه سازی نیروی ترن برقی مورد نیاز و ظرفیت باتری برای طراحی ترن برقی استفاده گردید. بعضی ملاحظات عملی بدست آمده نیز برای تعیین یک ترن برقی با عملکرد خوب، اقتصاد انرژی، و بهره برداری استفاده گردید. ترن برقی استفاده شده راندمان بالایی دارد ولی از مسائل قابلیت حرکت رنج برد که آن را برای یک مشتری غیر قبول می کند. از یک موتور الکتریکی و انتقال حرکت دستی استفاده کرد. انتقال نیروی دنده متمایز و موتور، انرژی بازیافت شده را در طی ترمز کردن مولد بازیافت کرد و از ترن برقی خودکار قوی پیش بینی شده وسایل در این کلاس تفاوت داشت. تعیین شد که فقط یک انتقال نیروی متغیر می تواند اهداف موثر را تامین کند در حالیکه عملیات خودکار تقاضا شده توسط خریداران سدان های خانواده مدرن فراهم می کنند. بر اساس تحقیق کنترل الکترونیک در . یک آلگوریتم انتقال پیشرفته طراحی شد و یک سیستم ترن برقی تعیین شد. عملکرد منحصر به فرد اجازه افزایش های زیاد را در کار این ترمز کردن مولد و کاربرد بهتر موتور را می دهد. علاوه بر این، انتقال نیروی جدید به موتور اجازه می دهد که از تقاضاهای قدرت و سرعت خودبخودی جاده جدا شود. کنترل الکترونیک اجازه افزایش کارایی و شتاب به طور همزمان را می دهد.
همچنین مسائلی با دو مولفه انتقال نیروی اصلی داشت. تسمه نقاله لاستیکی که موتور را به سطوح بالای نویز تولید شده به انتقال نیرو متصل کرد. کلاچ الکترومغناطیسی که موتور را به انتقال نیرو وصل کرد باعث ایجاد یک ضربه مختصر به وسیله شد هنگامی که با آن درگیر گردید. این مشکلات توسط جفت کردن مستقیم موتور با عقب قسمت انتقال نیرو حل شدند و از یک کلاچ اصطکاک خودروی کنترل شده برای درگیر شدن با موتور استفاده گردید. کولومب از یک ترن نیروی هیبرید موازی استفاده می کند که آخرین فن آوری ها را در موتورهای احتراق داخلی، انتقال نیروها و الکتروموتورها استفاده می نماید. یک موتور جابجایی کوچک و موتور DC بدون برس با مغناطیسی دائمی مستقیماً به یک وصل می شوند. نمودار ترن نیرو در شکل 2 نشان داده می شود. تمام لوازم جانبی موتور( موتور استارتر، آلترناتور، بادبزن خنک کردن، و کمپرسور AC) و سیستم معکوس کننده مکانیکی حذف شده اند. این طراحی مسیر نیرو بر روی سهولت، قابلیت اعتماد و قابلیت تولید، تمرکز می کند. اجزا از نوع تولیدی هستند یا یک تولید کننده آنها را طراحی کرده است. اصلاحات از مواد استاندارد، تلرانس ها و عملیات طراحی استفاده می کنند. اجزای مسیر نیرو بطور مجزا در بخش های زیر بحث می شوند.
انتقال نیروی متغیر بطور پیوسته:
یک CVT برای بهبود راندمان و سهولت مکانیکی اصلاح گردید. این انتقال نیرو از یک تسمه فلزی برای انتقال گشتاور بین دو قرقره استفاده می کند که باز و بسته می شود تا شعاع های موثر قرقره ها را تغییر دهد. تغییرات عمده ایجاد شده برای سیستم شامل این موارد است: حذف مجموعه دنده معکوس کننده و مبدل شتاور، افزودن یک موتور الکتریکی و تعویض سیستم کنترل فشار هیدرولیک ـ مکانیک با یک سیستم کنترل فشار هیدرولیک الکتریکی کنترل شده توسط رایانه.
سخت افزار:
تغییرات مکانیکی برای EVT با هدف حذف کردن اجزای غیر ضروری ساخته شدند در حالیکه اجزا و طراحی های احتمالی بسیاری را حفظ می کند.
گردش دو جهتی موتور الکتریکی اجازه حذف دنده های معکوس کننده و تمام اجزای کلاچ مربوطه آن را داد. گشتاور موتور الکتریکی و فقدان بیکاری موتور در راهبرد کنترل، نیاز برای یک مبدل گشتاور را حذف کرد. این اصلاحات پیچیدگی مکانیکی و کاهش های عملیاتی ایجاد شده توسط این سیستم ها را کاهش می دهند. برای اتصال موتور برق به انتقال نیرو، یک قسمت داخلی از دستگاه ماشین کاری شد و موتور در بدنه قرار گرفت و روان کاری محور موتور الکتریکی انجام شد. پمپ هیدرولیک و سیستم کنترل الکترومکانیکی با پمپ های هیدرولیک سرور کنترل شده با رایانه تعویض گردید تا راندمان سیستم بهبود یابد. پمپ برای سرعت جریان مورد نیاز برای حرکت، روان کاری و حداکثر فشار در سرعت های موتور پایین تنظیم شد تا شتاب اولیه وسیله خوب باشد. وقتی سرعت موتور زیاد می شود. سرعت جریان از پمپ جابجایی مثبت زیاد می گردد. فشار بستگی به گشتاور دارد و بنابراین باعث افزایش خروج سیال، این فشار را تنظیم می نمایند. این امر کاهش های سیستم را با افزایش سرعت موتور، زیاد می کند. سیستم پمپ هیدرولیک سرعت جریان را از سرعت موتور جدا می نماید. این سیستم سرعت جریان لازم را فراهم می کند و فشار بر اساس تقاضا تنظیم می گردد. آزمایش مقداری کاهش تلفات هیدرولیک را نشان داده است. مواد هیدرولیک شامل پمپ ها، تنظیم کننده های فشار و آشکار سازهای فشار در شکل 3 دیده می شود.
اجرای کنترل ها:
هیدرولیک فشار بالای دو مقصود را دنبال می نماید: نگهداری فشار و جابجایی فشار برای پیستون ها بکار برده می شود و اصطکاک بین تسمه و سطوح قرقره را برای انتقال نیرو ایجاد می نماید. افزایش فشار امکان انتقال گشتاور بیشتری را بدون لغزش تسمه فراهم می کند ولی تلفات در انتقال نیرو را افزایش می دهد. فشار بهینه باید برای مقدار گشتاوری انتخاب شود که باید انتقال یابد.
در کولمب، یک پمپ فشار ، فشار سیستم را در سطح مورد نیاز برای جلوگیری از لغزشی نگه می دارد. پمپ توسط یک حلقه نظارت فشار کنترل می شود که فشار عملیاتی سیستم را در مقابل آشفتگی ها حفظ می کند. سیستم نظارت فشار توسط خواندن یک منحنی پاسخ فرکانس سیستم مشخص گردید و یک مدل خطی با استفاده از تولید شد. یک جبران کننده مقدماتی بر اساس شبیه سازی Matlab طراحی شد و به حوزه C تبدیل گردید. پارامترهای بحرانی سپس بر روی سیستم واقعی برای سریعترین پاسخ به فرمان های ورود تغییر یافته و همچنین رد کردن اختلالات مجهول، تنظیم شد. یک پمپ سرور ثانوی را منتقل می کند. برای حفظ فشار در یک نسبت ثابت پمپ بدون بار کار می کند و هیچ مقاومتی به جریان بکار برده نمی شود. وقتی یک سرعت جابجایی لازم باشد، پمپ مایع را از یک قرقره به قرقره دیگر جابجا می کند. این جابجایی منجر به انتقال حرکت قرقره در جهات مخالف می شود و تسمه به قطرهای مختلف بر روی سطوح قرقره حرکت می نماید. پاسخ فرکانس سیستم منجر به یک طراحی جبران کننده می شود که سپس توسط دست برای بهترین پاسخ تنظیم می شود. با استفاده از این سیستم، کولمب از نسبت حداقل به حداکثر درمدت 5/1 ثانیه جابجا می شود. حرکت مایع از قرقره به قرقره دیگر، سیستم فشار اولیه را برهم می زند. این امر می تواند دو تاثیر منفی احتمالی داشته باشد. اول انکه حرکت به یک نسبت بالاتر باعث می شود که پیستون بیش از حد تحت فشار قرار گیرد، که سیلندر را تغییر شکل داده یا یک واشر را از بین می برد. ثانیاً وقتی حرکت به یک نسبت پایین تر صورت می گیرد، فشار قرقره پایین تر می آید و تسمه می تواند بلغزد و سطح قرقره خراش بر می دارد و احتمالاً تسمه می شکند( پاره می شود). برای حل کردن این مشکل، یک جبران کننده(شکل4) موازی با حلقه کنترل فشار اولیه است تا اجازه تنظیم را برای آشفتگی معلوم و زیاد بدهد که توسط تغییر نسبت بوحود می آید. در میکروکنترلر برای کنترل الکترونیکی CVT استفاده می شوند. اولین مورد مسئول کنترل کردن فشار است در حالیکه دیگری مسئول کنترل کردن نسبت و سرعت نسبت تغییر می باشد. هر کنترل کننده شامل یک ثابت خطا است که در یک فاصله تعیین شده اجرا می کند( 100Hz برای مونیتور فشار، 50Hz برای مونیتور انتقال)، در هر فاصله، متغیرهای فرمان و متغیرهای بازخورد. فشارهای قرقره اولیه و ثانویه و نسبت، قرائت می شوند. اینها همراه با جبران کننده ها استفاده میشوند تا سیگنال های خروجی را برای هر پمپ سروو تولید کنند. این کنترل کننده ها از رایانه وسیله اصلی جدا هستند و به رایانه اصلی امکان فرمان دادن گشتاور، نسبت، و سرعت جابجایی مورد نیاز برای پس گیری راهبرد کنترل وسیله را می دهند. جابجایی استفاده از یک نحوه پاسخ مسیر نیرو به فرمان های حرکت دهنده را تغییر می دهند. در یک مسیر و حرکت معمولی، وضعیت دریچه گاز موتور، با تغییر توان خروجی، تغییر داده می شود و انتقال نیرو فقط برای تغییر محدوده توان موتور بکار می رود. یک مسیر نیرو که از یک استفاده می کند، وضعیت دریچه گاز IC را ثابت نگه می دارد در حالی که سرعت عملیات را بالا و پایین می کند تا توان خروجی را تغییر دهد. یک راهبرد کنترل که کنترل گشتاور و کنترل توان را مخلوط می کند طراحی گردید. کنترل توان ترجیح داده می شود زیرا معادلات لازم برای حرکت رو به جلوی نقطه عملیاتی ایده آل را ساده می نماید ولی کنترل گشتاور ضروری است، شکل 5 خطوط نیرو را در یک مقیاس گشتاور نشان می دهد. در سرعت های کم، خطوط نیرو مجانبی هستند و لذا حتی یک ورودی توان کوچک منبع به خروجی گشتاور بزرگ می شود. این امر موجب شتاب های زیاد شده و وسیله را غیر قابل حرکت می نماید. کنترل گشتاور قابلیت حرکت را در سرعت های کم حفظ می کند. وضعیت شتاب دهنده متناسب با گشتاور بکار رفته در چرخ ها است. تحت کنترل گشتاور، در پایین ترین دنده اش بکار می رود و وضعیت پدال، برای فرمان دادن گشتاور از موتور الکتریکی مصرف می شود. کنترل گشتاور تا 20Kph بکار می رود. وقتی که انتقال نیرو شروع به حرکت می کند تا مسیر نیرو را درناحیه سرعت معمولی اش حفظ نماید. دراین سرعت، کنترل کننده به کنترل نیرو تغییر می نماید. اکثر شرایط عملیاتی از کنترل نیرو استفاده می نماید، جایی که جابجایی پدال متناسب با توان خروجی است. اساساً، نیروی وارد شونده به یک مسیر دنده برابر با نیروی خارج شونده از مسیر دنده منهای تلفات می باشد. بنابراین با دانستن سرعت مسیر دنده و فرمان نیرو، گشتاور مسیر دنده مورد نیاز می تواند محاسبه شود و برای فرمان دادن به موتور به کار برود. پیچیده ترین وضعیت کنترل عبارت اند از استفاده مرکب از موتور الکتریکی و مکانیکی است. راهبرد کنترل عمومی از موتور مکانیکی برای بارهای پیوسته و از موتور الکتریکی برای بارهای خود، فوری استفاده می نماید. راندمان موتور می تواند با تعیین کردن نقطه عملیات با حداکثر راندمان برای تقاضای نیروی پیوسته به حداکثر برسد و نسبت دنده برای عملیات در این نقطه، تغییر داده شود. مجموعه این نقاط عملیاتی برای تمام تقاضاهای نیرو، موسوم به خط عملیاتی ایده آل با 15L استفاده از نقشه راندمان موتور مکانیکی تولید می شود. وقتی که کاربر یک توان خروجی را درخواست می کند، یک آلگوریتم کنترل حلقه بسته نسبت را جابجا می کند تا اینکه موتور مکانیکی به 15L برسد. در طی گذار، موتور الکتریکی نیروی لازم برای تامین تقاضای فوری را بکار می برد. شکل 6 خط عملیاتی ایده آل و راهبرد جابجایی را نشان می دده که نقطه عملیاتی را به حرکت می دهد
. امکان توقف بر روی 15L برای تمام شرایط حرکت دادن وجود دارد. با این حال انحرافات از برای شرایط گذار، قابلیت حرکت دستگاه را حفظ می کند.
مثال عملیاتی: تفاوت بین کنترل نیرو و کنترل گشتاور اغلب در یک گذار خودکار ارائه می شوند. در اولین دنده، یک وضعیت پدال مفروض تقریباً مرتبط با یک فرمان گشتاور از موتور مکانیکی است. این مثالی از فرمان گشتاور است. مقیاس وضعیت پدال مربوط به یک گشتاور متناسب در چرخ ها است. در سرعت های بالاتر، انتقال نیرو به یک نسبت دنده پایین تر جابجا خواهد شد تا سرعت موتور را در محدوده عملیاتی حفظ نماید. وقتی پدال فشار داده می شود. انتقال نیرو تغییر می کند تا نیروی مورد نیاز تامین گردد. این امر بطور ضمنی کنترل نیرو است. وضعیت پدال در سرعت های بالا مربوط به نیروی موجود بجای گشتاور موجود می باشد.
موتور احتراق داخلی:
در این گام انتخاب در یک موتور که نیازهای خروجی نیرو، راندمان و انتشارات را تامین می کند. انتخاب یک سوخت است. انتخاب سوخت ـ سوخت مصرف شده باید بتواند به صرفه جویی سوخت زیاد و آلودگی کم برسد. درحالیکه کارایی وسیله حفظ گردد. گزینه های سوخت اصلی عبارت بود از گاز طبیعی، دیزل ، متانول ، اتانول، و گازوئیل فرمول بندی شده مجدد.. گاز طبیعی فشرده شده دارای پتانسیل بالا برای کاهش آلودگی ها و پتانسیل خوب برای راندمان وسیله می باشد. در یک ماشین مسافربری، مشکلات مختلفی وجود دارد. حتی وقتی که فشار تا ذخیره شوند، دانسیته انرژی حجمی پایین است و مخازن بزرگی لازم است تا هدف را تامین نماید. هنوز در فشار و خلوص لازم برای عملیات دستگاه بطور وسیع موجود نمی باشد. سوخت دیزل قبلاً در صنعت حمل و نقل بکار برده می شود و لذا بطور وسیع موجود است و ارزان و عملی می باشد. موتورهای دیزل عموماً دارای راندمان ترمودینامیک بالایی بدلیل خواص احتراق دیزل خوب هستند بنابراین استفاده از دیزل می تواند راندمان کلی سیستم را بهبود ببخشد. ولی زنجیرهای هیدروکربن بلند سوخت های دیزل باعث تشکیل ذرات آلوده می شوند و آلودگی های اکسید نیترو را سبب می شوند. توسعه وسایل موثر پس از احتراق، برای موتورهای دیزل، هنوز در مراحل اولیه است و حصول اهداف آلودگی با فن آوری های حاضر، مشکل می باشد. متانول و اتانول درحال حاضر غیر اقتصادی و ناکارآمد هستند و موجودیت محدودی دارند. هر دو سوخت دارای توانایی مصرف در وسیله می باشند ولی مزیت زیادی نسبت به نشان نمی دهند. می تواند در یک موتور طراحی شده برای بنزین معمولی سوزانده شود ولی فرمولبندی خاص آن ترکیبات آروماتیک ( حلقوی) ، الفین ها، بنزن و گوگرد را کاهش می دهد.
فن آوری برای موتورهای بنزینی به خوبی توسعه یافته است و دائماً بهبود می یابد و همچنین نسبت RFG/بنزین در یک فرآوری سوخت موثر و تایید شدن و فراساختار توزیع بهره بکار می برد. برای استفاده از ناشی از توانایی آن برای فراهم کردن افزایش راندمان و کاهش آلودگی ها با یک فراساختار سوخت وسیع و آشنایی مشتری بکار می رود. انتخاب موتور ـ موتور بنزینی برای تامین نیازهای حرکت وسیله انتخاب گردید. بهترین ملاحظات مربوط به نیروی مورد نیاز و طول کلی بود. موتور باید سبک و فشرده نیز باشد. نتایج شبیه سازی و بررسی جهان واقعی تایید کرد که برای بالا رفتن از سربالایی( تپه و غیره) و شتاب کافی است. بعلاوه، موتور باید در 12kw خیلی خوب کار کند، که مقدار نیروی لازم برای حرکت در بزرگراه با سرعت است. این نیازهای نیرو بسیاری از موتورهای صنعتی کوچک را حذف کرد. کل مسیر نیروی در خط باید کمتر از طول داشته باشد. موتور و بخش انتقال نیرو دارای طول ثابت بودند و موتور مکانیکی طول داشت. این محدودیت موجب حذف اکثر موتورهای موجود شده و یک بررسی موتور وسیع را ضروری کرد. ملاحظات عملی برای انتخاب موتور در نظر گرفته شدند. موتور باید در جهت ساعت دوران کند تا با جهت منطبق گردد و لازم است با آب سرد شود و سبک وزن باشد و به آسانی با انتقال نیرو قابل تطبیق باشد. این مورد اخیر، اکثر موتورهای موتورسیکلت را حذف کرد. که بخش انتقال نیرو را در داخل قطعه بلوک موتور، یکپارچه می کند. موتورهایی که این معیارها را تامین می کنند برای کلاس خاصی از ماشین کوچک در ژاپن طراحی می شوند و موتورهای تحقیقی بدون کاربرد تولید حاضر را تشکیل می دهند. اطلاعات درباره موتور میتسوبیشی موجود نمی باشد ولی شبیه به موتور سوبارو می باشد. موتور گردان با روتور واحد Moller بدلیل جرم کم و اندازه فشرده مورد تقاضا قرار گرفت. متاسفانه، این موتور هنوز توسعه نیافته است بنابراین نمی تواند نیازهای راندمان و قابلیت اعتماد را تامین نماید. موتور دو زمانه شرکت موتور اوربیتال و موتور تزریق مستقیم بنزین از میتسوبیشی، هر دو جالب بودند. هر دو موتور از فن آوری جدید بری کاهش مصرف سوخت و آلودگی ها بهره بردند. موتور دو زمانه اربیتال تمام نیازها را تامین کرد ولی قبل از 1998 حاضر نشد. موتور میتسوبیشی هنوز در مرحله توسعه است و در دسترس نمی باشد. موتور چهار زمانه سوبارو دارای نیرو( توان) اندازه، راندمان و موجود بودن ایده آل ، انتخاب شده است. و از سیستم تزریق سوخت مدار بسته متوالی برای کار کردن در یک نسبت سوخت ـ هوا استوکیومتری بکار می رود که مصرف سوخت و آلودگی را کاهش می دهد. موتور نرم و هموار کار می کند و خودش را از آسیب های سیستم حفظ می نماید. قطعات یدکی، تجهیزات تشخیص عیب، و پشتیبانی فنی فراهم هستند زیرا در حال حاضر تولید انبوه می شود. یکپارچه سازی ـ یکپارچه سازی موتور مستلزم تولید صفحات نصب، تطبیق کننده های دود خروجی، و یک سیستم سرد کردن است. مهمترین چالش یکپارچه سازی عبارت از فراهم کردن یک سیستم جفت کردن می باشد که امکان عملیات موتور موثر را می دهد. سیستم جفت کردن موتورـ برای تمام عملیات الکتریکی ، کلاچ جفت کردن بین موتور و انتقال نیرو باید بتواند کاملاً با موتور وصل یا از آن جدا گردد و باید دروضعیت های باز و بسته بدون مصرف نیرو، قفل گردد و باید به حالت بسته بر اساس خرابی سیستم فعال کننده. بازگشت نماید. یک سیستم کلاچ با کنترل های انعطاف پذیر و گشتاور مناسب و ظرفیت سرعت خوب برای افزایش ضریب اطمینان لازم بود. کلاچ اصطکاکی با موتور تمام این نیازها را با افزودن یک سیستم کلاچ فعال کننده خودکار تامین می کند که کلاچ باز را قفل می نمود. یک فعال کننده خطی صنعتی و سبک با یک ترمز برای کار در کنار کلاچ انتخاب شد. باز خورد وضعیت از فعال کننده توسط یک میکروکنترلر بکار می رود تا سرعت درگیر شدن کلاچ را کنترل و تنظیم کند وقتی موتور درگیر می شود. از یک توقف استارت می خورد و کلاچ می لغزد، با تنظیم سرعت درگیری کلاچ، شدت ضربه گشتاور منفی می تواند کاهش یابد. یک موتور الکتریکی مناسب برای جبران این ضربه منفی گشتاور می تواند بکار رود و موتور را کاملاً از چرخ ها جدا نماید. سیستم کنترل انتشارات ـ هدف از تامین آلودگی های بسیار کم با یک راهبرد کنترل مسیر نیرو و به سختی بدست می آید که مستلزم کار منظم موتور می باشد. در . یک کاتالیزور گرم شده با برق برای رسیدن به دمای مناسب بکار رفت قبل از اینکه موتور خاموش شود. این سیستم به کاهش آلودگی های استارت سرد کمک نمود ولی مستلزم کاربرد نیروی زیادی بود که نهایتاً مصرف انرژی را کاهش داد. کولومب از یک مبدل کاتالیزوری تغییر فاز همراه با یک برای رقابت با آلودگی های موتور استفاده کرد. در جهت موافق قرار داده شد. یک حرارت موتور را در یک ماده ای ذخیره می کند که فاز را در دمای کاتالیزور تغییر می دهد و توسط یک محفظه خلاء عایق بندی می شود تا دما را برای 6 ساعت حفظ نماید پس از اینکه موتور خاموش می گردد. کاهش دما با افزایش عمر مکانیکی کاتالیزور همراه است. در کولومب، استفاده می شود اگر دمای کمتر از دمای لازم باشد. این سیستم قادر به کاهش آلودگی ها است در حالیکه مصرف نیرو به حداقل می رسد.
موتور الکتریکی:
مسیر نیروی در خط یک موتور فشرده را با ظرفیت گشتاور بالا و یک تغییر
سرعت را ایجاب کرد که برای انتقال نیرو و موتور مناسب می باشد. یک موتور بدون برس UQM طراحی شده برای وسایل الکتریکی با خصوصیت عملکرد خیلی شبیه به موارد لازم را استفاده کرده بود. برای کولومب، تیم با UQM تماس گرفت تا یک موتور الکتریکی بهینه شده را برای استفاده در وسیله الکتریکی هیبرید، طراحی نماید. US Davis خصوصیات عملکرد فیزیکی لازم موتور جدید را تایید کرد. طول موتور به برای استفاده درخط می رسید. قطر به برای فاصله محور بطور کافی با بدنه موتور در طول حرکت کامل رسید. پارامترهای کاری برای تطبیق سایر مولفه های مسیر حرکت انتخاب شدند. حداکثر گشتاور ورودی CVT برابر و حداکثر خروجی موتور است و لذا خروجی گشتاور حداکثر موتور بود و لذا حداکثر کاربرد انتقال نیرو و گشتاور ترمز کردن کافی فراهم می گردید. حداکثر سرعت 7000rpm بود تا با حدود سرعت موتور تطبیق نماید، حداکثر توان برابر بود زیرا شبیه سازی ها نشان داد که این توان با عملکرد شتاب تطبیق دارد. یک موتوری را ساخت که این نیازها را تامین می کردو موتور HEV شبیه به یک موتور BV است ولی برای عملیات هیبرید بهینه سازی می شود. در موتور EV – حداکثر راندمان رخ می دهد. موتور هیبرید راندمان حداکثر 94% را داشت، که بین 19kw و 32 رخ می دهد( در RPM3000 تا 3800 ) کاهش سرعت و توان مفید می باشد زیرا توان موتور تقاضا از موتور را برای اکثر شرایط حرکت کاهش می دهد. با کار کرد تا فصل مشترک نصب موتور را با و محور خروجی ، طراحی کند. شکل 7 طراحی موتور نهایی را نشان می دهد . محور خروجی یک محور شناور است که گشتاور را انتقال می دهد. این طراحی اجازه جابجایی بارهای گشتاور خالص را به مقدار مختصر می دهد. بخش هایی از این محور از فولاد 8620 عملیات حرارتی شده ساخته شد و برای عمر بیش از یک هزار ساعت با جابجایی بکار رفت.
باتری:
کاربرد کامل راهبرد کنترل تهی سازی بار موازی مستلزم یک باتری با دانسیته نیروی بالا برای شتاب و راندمان و دانسیته انرژی زیاد برای محدوده تمام الکتریک می باشد. باتری های هیبرید فلز نیکل نسل بعد Nimh از شرکت باتری Ovonic در کولومب استفاده گردید. این باتری های HEV دانسیته انرژی باتری های EV معمولی را حفظ می کنند. ولی دارای سه برابر دانسیته توان هستند و یک سوم مقاومت داخلی را دارا می باشند. بسته باتری خاصی که را ذخیره می کند نیازهای را بخوبی تامین می نماید. ولتاژ اسمی آن است و ولتاژهای کاری آن از تا متغیر است. بسته باتری میتواند دو برابر نیروی لازم را برای حداکثر شتاب تولید کند و دارای راندمان های شارژ/ دشارژ بالایی می باشد. باتری ها باید دارای مساحت کافی برای سرد کردن، جدا سازی الکتریکی و جلوگیری از ورود بخارات سمی بداخل کابین مسافر در حالت اضطراری باشند.
یکپارچه سازی جعبه باتری:
تیم US Davis باتری ها را در دو جعبه بین تونل مرکزی وسیله و ریل های قاب جانبی قرار داد. جعبه باتری از دیواره آتش تا بخش عقب اتاق خودرو ادامه می یابد. باتری ها در این قسمت باعث کاهش مرکز جرم ( ثقل) خودرو و حرکت آن به طرف جلو می شوند و ایمنی و کنترل خودرو را افزایش می دهند. این ضعیت جعبه باتری به سیستم سرد کردن اجازه می دهد که تمایل به جذب هوا و خروج دود آسان داشته باشد. هوای سرد از حمل چرخ جلو با استفاده از پانل های مخصوص بصورت مجرا، کشیده می شود. فضای بین جعبه های باتری یک محفظه درزبندی شده برای مسیر دود خروجی موتور و دود خروجی جعبه باتری است که حاوی حرارت در یک ناحیه می باشد.
دو تیر طولی به ساختار ( سازه، خودرو بین صندلی عقب و فایروال اضافه شد تا استحکام کف اضافه شود و یک محل محکم بین جعبه های باتری و قاب( بدنه) بوجود آید و یک محل مناسب برای صندلی های جلو را بوجود آورد. پانل هایی که قاب های کناری ، فایرول و بخش صندلی عقب را می سازند با فلز ورق جوشکاری شده برای استحکام ناحیه نصب جعبه های باتری بکار رفتند. یک فاصله از زمینی موجب افزایش در ارتفاع کف کابین به مقدار برای دربر گرفتن جعبه های باتری گردید.
ساخت جعبه باتری:
جعبه های باتری قوی، سبک، فشرده و مطمئن ساخته و طراحی شدند. بخش خارجی جعبه با استفاده از آلومینیم ورق 5052 ساخته شد که دارای استحکام خوب، قابلیت جوشکاری و چکش خواری بود. باتری ها روی سه لوله چهارگوش (قوطی) آلومینیم 6061 قرار می گیرند که برای عبور جریان هوا، سوراخ کاری شده اند. این کار باعث استحکام کف جعبه باتری می شود و باتری ها را بالا می برد تا محل عبور هوا از کف ایجاد شود. فنولیک، یک ماده کامپوزیت( مرکب) مسلح و تقویت شده با الیاف شیشه با خواص الکتریکی استثنایی است که دیواره ها، کف و بالای جعبه را آستر می کند تا بسته باتری را از دستگاه، عایق بندی نماید. فضا پرکنی های در بالا و پایین هر بخش قرار داده شده است و فاصله هوای لازم را برای سرد کردن و جلوگیری از حرکت باتری در جعبه فراهم می نماید. یک صفحه پوشش ABS ، ترمینال ها را از تماس با هر ماده هادی ای، جلوگیری می کند.
برای خاطر مقاومت الکتریکی و ترکیب غیر قابل احتراق اش انتخاب شده است، خواص عایق بندی مانع از تماس الکتریکی بین بدنه ماشین و بدنه فولاد زنگ نزن عایق بندی نشده هر سلول NIMH می شود. هر جعبه حاوی یک رله جریان بالا و یک فیوز است که سه حلقه ولتاژ برابر را بطور سری( متوالی) وصل می نماید. این ها مانع از برق گرفتگی افراد در هنگام حادثه می شوند. سخت افزار سیستم کنترل وسیله سیستم کنترل برای فراهم کردن حداکثر تنظیم، توسعه و محاسبه توان با حداقل حجم، جرم، و مصرف نیرو طراحی شد. از کنترل کننده ها برای انجام کارهای کنترل استفاده کرد ولی این سیستم ها هیچ اطلاعاتی در مورد بهینه سازی وسیله ارائه نمی کنند. سیستم کنترل کولومب از مزیت فن آوری های الکترونیک و رایانه نوین برای کنترل و بهینه سازی عملکرد سیستم استفاده می کند. یک رایانه پنتیوم با یک سیستم گذرگاه برای ارتباط با کارت های 0/1 زمان بندی و آنالوگ و دیجیتال مشخص گردید.(شکل 8) سیستم گذرگاه و رایانه هردو از نوع فشرده و با کارایی توان در مقایسه با سخت افزار محاسبه استاندارد بود. یک هارد درایو برای اجرای ویندوز 95 سیستم کنترل استفاده شد . درایو کوچک برای مصرف نیروی کمی بود و شوک های یک محیط خودکار را تحمل می کرد. یک پانل نمایش تخت با یک صفحه تاچ اسکرین به کاربر امکان ارتباط با سیستم کنترل را می دهد. رابط کاربر گرافیکی اجازه تنظیم بلادرنگ سیستم کنترل را می دهد و یک رابط منحصر بفرد با سیستم کنترل آب و هوا را فراهم می کند. در آینده، برای عملیات ناوبری و چند رسانه ای بکار خواهد رفت.
سیستم کنترل آب و هوا:
گرم کردن مسافر، سرد کردن و سیستم های تهویه بیشترین انرژی هر وسیله جانبی خودرو را مصرف می کند. یک سیستم کنترل آب و هوای موثر برای کولومب طراحی شد تا در رانندگی بکار برود. عملیات موتور کولومب طوری است که نمی تواند بصورت یک منبع ثابت حرارت خنک کننده موتور با نیروی کمپرسور تهویه هوا بکار برود. بسته باتری با ولتاژ زیاد بصورت منبع انرژی برای سیستم کنترل هوا استفاده می شود. بنابراین گرم کردن و سرد کردن مسافر ممکن است بر روی دامنه حرکت تاثیر بگذارد. این پدیده با مواد خاصی برای کاهش بارهای حرارتی و مولفه های موثر انجام می شود که مصرف انرژی را کم می نماید.
بارهای حرارتی وسیله:
ارزیابی پاسخ بار حرارتی کولومب برای تعیین کردن نقطه طراحی ظرفیت سیستم
گرمایش لازم است. اطلاعات حاصل از گروه کنترل آب و هوای برای تنظیم سیستم جدید برای عملکرد معادل با سیستم استوک استفاده شد. فیلم برای کاهش مقدار تشعشع مادون قرمز خورشیدی منتقل شده به داخل خودرو استفاده گردید و بارهای سرد کردن پیوسته را کاهش داد. ولی ، بارگذاری اوج بی تاثیر بود زیرا دمای داغ برای یک خودروی ثابت یکسان است.
طراحی سیستم:
بسیاری از فن آوری های گرم و سرد کردن بررسی شدند و تحقیق آرتور نشان داد که پمپ گرما حداقل پیچیدگی و حداکثر راندمان انرژی رادارد. در نتیجه، یکپارچه سازی این فن آوری با استفاه از اجزای پیشرفته تعقیب شد. سیستم نهایی سرد کردن با استفاده از یک پمپ حرارت با یک کمپرسور سرعت خودرو که بتواند بارهای سرد کردن اوج و بارهای سرد کردن پیوسته را تامین نماید، انتخاب شد. گرم کردن توسط یکی از این سه روش فراهم می شود. هسته گرمکن وقتی استفاده می شود که گرمای موتور موجود باشد. وقتی گرمای موتور موجود نباشد، پمپ گرما در حالت "گرما" بکار می رود . هر دوی این روش ها می توانند بارهای پیوسته و مقداری از بارهای اوج را تامین کنند ولی تحت شرایط کرانه ای یک گرمکن مقاومت الکتریکی برای گرم
کردن سریع کابین استفاده می شود.
سیستم پمپ گرما ـ تنظیم سیستم و ظرفیت های آن برای شرایط حالت یکنواخت راندمان را در هزینه عملکرد سیستم اوج ضعیف افزایش می دهد. برعکس، اجزای تنظیم اندازه برای بار اوج موجب افزایش مصرف در حالت یکنواخت می شود. ظرفیت طراحی اسمی در بر اساس پیش بینی های از مدل پمپ گرمای و ورودی از شرکت بود. طراحی سیستم برای سرد کردن دریک سری آزمایشات اعتبار دهی و بهینه سازی گردید. لوله کشی و نمودار تجهیزات در شکل 9 دیده می شود. سیستم از کمپرسور الکتریکی سرعت متغیر استفاده می کند. این مجموعه خروجی حجمی کمپرسور را از سرعت موتور جدا می کند. لذا خروجی حجمی می تواند تغییر داده شود تا تقاضا تامین گردد و مصرف انرژی کاهش یابد. یک مبدل حرارت لوله و بادبزن برای بهره گیری از مساحت سطح زیاد و عمق موجود استفاده گردید. شکل کویل حرارت و ترکیب بندی چند جریانی، دفع کردن حرارت را افزایش می دهد و موجب بهبود عملکرد می شود. برای کاهش مصرف انرژی بعدی در حالت سرد کردن، یک مبدل حرارت لوله هم مرکز بطور سری اضافه شد ( بین کویل خارجی(کندانسور) و کویل کابین استوک( اواپراتور)، سرد کننده مایع از کندانسور قبل از ورود به اواپراتور، سرد می شود و موجب افزایش ظرفیت جذب گرما می شود. سیستم تهویه کابین کنترل هوای مجراها و بدنه برای کاهش افت فشار، اصلاح گردید. دمنده مقاوم با یک دمنده خودکار عوض شد تا تلفات انرژی کاهش یابد. گرم کردن اضافی برای آب و هوای خیلی سرد صورت گرفت و ضریب دمای مثبت ارائه گردید.
کنترل سیستم:
رابط کاربر کنترل آب و هوا در داخل تاچ اسکرین کنسول، یکپارچه می شود. رابط کاربر با سیستم معمولی یکسان می باشد. در حالت سرد کردن، رایانه سرعت پمپ راتعدیل می نماید تا سرد کردن موردنیاز را فراهم کند. در حالت گرم کردن، رایانه راندمان را توسط سوئیچ کردن بین هسته گرمکن سرد کننده موتور، پمپ گرما و یا گرمکن بهینه می نماید تا توان گرم کردن مورد نیاز را فراهم کند.
سیستم های شاسی:
تغییرات شاسی برای به حداقل رسانیده می شود زیرا وزن خودرو بهبود می یابد بعضی تغییرات لازم برای عملیات تمام الکتریک صورت می گیرد.
ترمز کردن:
یک پمپ خلاء کنترل شده به طور الکترونیکی بر انباره خلاء، بوستر ترمز و سروو( کنترل خودکار) های خلاء کنترل آب و هوا، متصل گردید. بوستر ( تقویت کننده) با ترمز های اولیه برای فراهم کردن خصوصیات ترمز کردن بسیار مشابه با سیستم اولیه، بکار رفت. انباره تضمین می کند که خلاء در طی استفاده از ترمز سنگین حفظ می شود. حتی اگر پمپ به آهستگی پاسخ دهد. ترمز کردن مولد به سیستم کمک می کند تا از موتور بعنوان یک ژنراتور( مولد) نماید تا انرژی سینتیک را بازیافت نماید. ترمز کردن مولد حتی الامکان برای بازیافت انرژی استفاده می شود که در غیر اینصورت، بصورت گرمای ترمز به هدر می رود. در کولومب، ترمز کردن مولد با ترمز کردن معمولی آمیخته می شود تا پاسخ ترمز برای راننده، طبیعی به نظر برسد. ترمز کردن مولد در نقش آغاز حرکت پدال استفاه می شود و ترمز کردن معمولی را نیز بکار می برد. ناحیه ترمز کردن مولد اشباع می شود وقتی که پدال ترمز سخت تر فشار داده می شود و بنابراین ترمز کردن مولد برای ترمز کردن سبک استفاده می شود و ترمز های معمولی برای توقف های سخت هستند.
بر هم زدن نیرو:
یک پمپ همزن الکتریکی با ولتاژ بالا برای عملیات الکتریکی، نصب گردید. حداکثر سرعت جریان و حداکثر خصوصیات فشار برای انتخاب یک پمپ بکار رفتند که خصوصیات مشابه با پمپ اولیه دارند و اجازه استفاده از همزدن را بدون هرنوع تغییری می دهند. تیم با سیستم های همزدن نیروی کار کرد تا پمپ ای انتخاب کند که برای عملیات الکتریکی ساخته شده بود. خصوصیات جریان و آزاد سازی فشار پمپ بکار رفته در و در پمپ بکار رفته در در جدول 6 همراه با خصوصیات سیستم استوک نشان داده شده است. خصوصیات سیستم با موارد لازم منطبق بود ولی سیستم انتخاب شد که بدلیل توانایی و موجودیت آن برای تامین نیازهای سیستم بود.
پتانسیل قابلیت تولید و قابلیت بازیافت:
کولومب با استفاده از چندین قطعه ساخته شد تا روش های تولید برای ایجاد یک نسخه تولید بکار برود. اکثر اجزای کولمب از نوع تولید انبوه شده هستند که شامل موتور، انتقال نیرو، یک ضد بدنه مشابه، صندلی های عقب و جلو، سیستم تعلیق جلو و عقب و سیستم های ترمز کردن، سیستم کنترل آب و هوا و سیستم همزدن توان( نیرو) است. مجموعه موتور، انتقال نیرو، موتور در خط ساده است و قابلیت تولید را افزایش می دهد. آلومینیم و قطعات کامپوزیت در هر جایی که امکان داشت استفاده شد و بکار رفت هر دوی این مواد پتانسیل بالا برای قابلیت تولید و قابلیت بازیافت را نشان می دهند.
اجزای آلومینیم:
وزن را کاهش می دهند در حالی که اهداف ساخت و بازیافت را تامین می نمایند. آلومینیم دارای دانسیته کم، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت به خوردگیر عالی است. آلومینیم از یک فراساختار تولید موجود در صنعت خودروسازی بهره می برد و فوراً پیوند و اتصال یافته، جوش کاری می شود. لحیم کاری و برنج کاری می شود یا بصورت مکانیکی چفت و بست می خورد. همچنین فن آوری های جدیدی برای کاهش هزینه بعدی تهیه قطعات آلومینیمی وجود دارد که شامل ریخته گری پیوسته شمشی، جوشکاری لیزر توسط گارنت ایتریوم، اتصال چسبنده ساختاری و هیدروفورمینگ تحت فشار بالا می باشد. آلومینیم دوام و پایداری زیادی به ترمیم( تعمیر) دارد و 100% قابل بازیافت است. آلومینیم می تواند مرحله بازیافت را بارها طی نماید یعنی می تواند بارها و بارها تحت مرحله بازیافت قرار گیرد و اصلاً عملکرد یا کیفیت ماده آن کاهش نمی یابد. حدود 60 تا 70% از آلومینیم بکار رفته در وسایل امروزی از فلز بازیافت شده است که 95% انرژی موردنیاز را برای بازیافت آلومینیم جدید ذخیره می کند. کولمب از آلومینیم برای جعبه های باتری استفاده می کند که در داخل سازه خودرو در یک نسخه استامپ شده قرار می گیرد. استفاده از آلومینیم برای سازه بدنه می تواند وزن را تا 50% در مقایسه با یک سازه فولادی معادل کاهش دهد در حالی که استحکام را زیاد می نماید. آزمایشات نشان داده اند که جوشکاری نقطه ای و چسبکاری آلومینیم باعث افزایش جذب انرژی به اندازه فولاد در 55% از وزن فولاد می شود. آلومینیم در مسیر نیروی کولومب استفاده گردید. کل پوسته مسیر نیرو می توانست در چهار بخش اصلی ریخته گری شود؛ بلوک موتور، دو بدنه انتقال نیرو و بدنه موتور الکتریکی.
اجزای کامپوزیت:
کامپوزیت ها برای قطعات غیر فلزی یک جرم تولید شده از این وسیله بکار می رود که ناشی از قابلیت شکل دهی و مقدار بیش از حد بالای نسبت سختی stiffness به وزن می باشد.
ترموپلاستیک های گلاس ـ مات ـ از انواع کامپوزیت های دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه می باشد و برای کاربردهای خودروسازی شامل تیرها، زانوها، و کف ها بکار می روند. توانایی کاهش وزن، قطعات محکم، و عملکرد خوب در سیستم ها در مقایسه با سیستم های فولاد، آلومینیم و پلاستیک می باشد. ( پیشرفته) یک فن آوری جدید است که در رفتار مدیریت انرژی و استحکام برای کاربردهای خودروسازی توسعه یافته است و می تواند جرم را تا الی صرفه جویی کند و هزینه به میزان 1 تا 4 $ برای هر قطعه کم می شود. مواد قابل فرآوری مجدد هستند زیرا آنها ترموپلاستیک می باشند و قطعات می توانند در عملیات قالب ریزی فشاری ـ تزریق یا فشار، کاهش مجدد داده شوند. با بازیافت کردن مجدد پس از مصرف سازگار می باشد. برای پانل های داخلی، پانل های غیر ساختاری و مجراها بکار می روند.
نتیجه گیری:
تیم یک وسیله الکتریک هیدرولیک را از جنس آلومینیم توسعه داده است و فن آوری های خودرو سازی را برای تولید راندمان بالا و آلودگی کم بکار گرفته است. حدود 80% اعتبار – تحت بازنگری های بوده است. کولمب تعمیم کار انجام شده بر روی می باشد . افزایش در صرفه جویی سوخت از طریق تغییرات اساسی در اجرای مفهوم امکان پذیر است. طراحی مجدد وسیع خودرو شامل یک قاب جدید، یک انتقال نیروی متغیر، یک موتور قابل تطبیق، یک موتور مناسب و باتری های با قدرت زیاد، سخت افزار کنترل نیرومند و سیستم کنترل آب و هوای موثر است. این تغییرات قابلیت تولید، حرکت و مشتری پسندی را افزایش می دهد. وسیله قادر به حصول صرفه جویی سوخت زیاد با آلودگی های کم است و اهداف را تامین خواهد کرد.
از زمانی که این مقاله نوشته شد اولین مرحله توسعه کولمب کامل و بررسی گردید و در طول بررسی، کولمب خوب کار کرده و اهداف مرحله اول توسعه را تامین می نماید. تیم کاملاً به نتیجه امیدوار است و روی طرح های 1999 کار می کند و بهینه سازی راهبرد کنترل و کاهش جرم خودرو و بهبود کاربرد ترمز کردن مولد و استارت زدن موتور و فشرده سازی اجزای موتور را دنبال می کند.
فهرست مطالب
یک سلان با اندازه متوسط برای انتشارات آلودگی کم و اقتصاد صرفه جویی سوخت زیاد 1
چکیده: 1
مقدمه: 2
اهداف طراحی: 3
" انتخاب ترکیب بندی دستگاه " 3
راهبرد کنترل وسیله: 6
تخلیه شارژ: 7
نیازهای عملکرد وسیله: 8
توسعه ترن برقی: 10
انتقال نیروی متغیر بطور پیوسته: 12
سخت افزار: 12
اجرای کنترل ها: 14
موتور احتراق داخلی: 19
موتور الکتریکی: 24
باتری: 25
یکپارچه سازی جعبه باتری: 26
ساخت جعبه باتری: 27
سیستم کنترل آب و هوا: 29
بارهای حرارتی وسیله: 30
طراحی سیستم: 30
کنترل سیستم: 32
سیستم های شاسی: 32
ترمز کردن: 33
بر هم زدن نیرو: 34
پتانسیل قابلیت تولید و قابلیت بازیافت: 34
اجزای آلومینیم: 35
اجزای کامپوزیت: 36
نتیجه گیری: 37
1
40