Исследование надежности и перспективы эксплуатации гибридных автомобилей различного назначения в Российской Федерации

1.

Слайд 1
ВЫПУСКНАЯ
КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Исследование надежности и
перспективы эксплуатации гибридных
автомобилей различного назначения в
Российской Федерации
Магистр Краснов А.В.

2.

Слайд 2
Цель и задача исследования
• Цель и задачи исследования. Целью является
исследование эксплуатационной надежности гибридных
автомобилей разного назначения в условиях Российской
Федерации.
• 1) дать анализ современных тенденций развития
гибридных автомобилей;
• 2) оценить возможности диагностирования и
прогнозирования технического состояния гибридных
автомобилей;
• 3) оценить возможности повышения эффективности
эксплуатации гибридных автомобилей для условий
Российской федерации;
• 4) дать предложения по повышению надежности гибридных
транспортных средств в эксплуатации.

3.

Слайд 3
Мощность потребляемая для
ускорения гибридного ТС
Мощность потребляемая ТС
при движении с постоянной
скоростью
Мощность ДВС, кВт
25
20
15
10
5
0
0
50
100
Скорость движения автомобиля, км/ч
Рисунок 1 – мощность
потребляемая для
ускорения
Рисунок 2 – мощность
потребляемая при движении с
постоянной скоростью
150

4.

Слайд 4
2500
60
2000
50
40
1500
30
1000
20
500
10
0
0
0
5
10
15
Время разгона автомобиля, с
Обороты ДВС, об/мин;
20
25
Скорость автомобиля, км/ч
Рисунок 4 Режим работы автомобиля Toyota Prius
Скорость движения
автомобиля, км/ч
Обороты ДВС, об/мин
Режим работы ДВС гибридного ТС

5.

Слайд 5
Архитектура гибридного
ТС с параллельной
конфигурацией
Электродвигатель
ДВС
кпп
Архитектура гибридного
ТС с линейной
(последовательной)
конфигурацией
ДВС
Инверторгенератор
инвертор
Электродвигатель
батарея
батарея
-электрическая связь;
-механическая связь
кпп

6.

Слайд 6
Архитектура гибридного
ТС с линейнопараллельным приводом
Архитектура гибридного
ТС с разделением
мощности(PHEV)
Планетарная
передача
ДВС
генератор
Электродвигатель
кпп
ДВС
Электродвигатель
инвертор
7
генератор
4
батарея
инвертор
батарея
-электрическая связь;
-механическая связь

7.

Слайд 7
Степень гибридизации
Уровень гибридизации
Степень гибридизации
Микро
<5%
Средний(мягкий)
до 10%
Полный: Параллельного типа(PHEV)
от 10% до 50%
Полный: Линейного типа
от 50% до 75%

8.

Слайд 8
Уровни диагностирования гибридного ТС
Уровни диагностирования гибридного автомобиля
1 уровень
2 уровень
3 уровень
На уровне обычного транспортного средства,
выводится внутри самого автомобиля информируя
водителя или обслуживающий персонал базового
уровня о том, что могло произойти
Может находиться на более глубоком уровне
технического обслуживания, когда автомобиль
нужно диагностировать на разных уровнях
подсистем в ремонтной мастерской, выявить
проблему и заменить соответствующий предмет
Может быть на уровне автодилера или, в конечном
счете, на уровне производителя автомобиля, чтобы
выяснить, почему подсистема вышла из строя.

9.

Слайд 9
Результаты диагностического тестирования батареи
с помощью сканера
Maintain the parameter values
Value
Unit
VO - Battery voltage
16,20
V
VO - Battery voltage
16,20
V
VO - Battery voltage
16,18
V
VO - Battery voltage
16,22
V
V1 - Battery voltage
16,20
V
V1 - Battery voltage
16,19
V
V1 - Battery voltage
16,21
V
V1 - Battery voltage
16,19
V
V1 - Battery voltage
16,13
V
Номинальное значение
исправной батареи 16.1-16.3V
Рисунок - Фотография
сканера OBDII

10.

Слайд 10
Концепция дистанционной диагностики
гибридных автомобилей
Гибридный автомобиль
Коммуникационная система:
1. GPRS
2. VPN канал
3. Internet
Центр дистанционной диагностики
авторизированного дилера
(удаленный эксперт диагност)
Центр дистанционной диагностики
производителя гибридного
автомобиля

11.

Слайд 11
Оценка эффективности эксплуатации
гибридных автобусов
Расход топлива, г/кВт-ч/км
12
Дизельный ДВС
10
Паралельная топология
8
Линейная топология
6
4
2
0
5
Рисунок 1 – Типовые
маршруты, используемые для
моделирования
15
25
35
Средняя скорость на маршруте, км/ч
Рисунок 2 - Энергозатраты в
зависимости от средней скорости
движения

12.

Слайд 12
Оценка эффективности гибридного
транспорта различного назначения
Рисунок 1 - Гибридный автобус
Рисунок 2 - Гибридное такси
Рисунок 3 - Гибридный грузовик
Рисунок 4- Гибрид УАЗ коммерческий

13.

Слайд 13
Оценка эффективности
Согласно полученным результатам, гибридная технология, как представляется, играет
значительную роль в усилиях по сокращению выбросов газов, вызывающих парниковый
эффект, особенно CО2, что тесно связано с потреблением топлива, при этом основной целью
гибридного автомобиля является повышение энергоэффективности.
Озабоченность окружающей средой и растущие затраты на ископаемое топливо заставляют
автопроизводителей разрабатывать и создавать более чистые и энергоэффективные
автомобили, представленные, в частности, гибридными и электрическими транспортными
средствами. Это снижает выбросы CО2 и других вредных веществ, оказывая тем самым
меньшее воздействие на окружающую среду.
Основным недостатком является источник энергии - аккумуляторы. Редкоземельные элементы
доступны в ограниченных количествах и являются дорогостоящими, поэтому исследователи
разрабатывают решения для извлечения как можно большего количества энергии из
выбрасываемых батарей. К сожалению, ни одно из предложенных решений не используется на
обширном уровне. Однако, исходя из их потенциала, время, пока они не достигнут
промышленных масштабов, не за горами.

14.

Слайд 14
Вероятность безотказной работы
Сравнение надежности систем гибридных
ТС с различной архитектурой

15.

Слайд 15
Испытание
и отладка
Нормальный
период
эксплуатации
Период
выгорания
Устаревание
Точки обновления
Наработка t, лет
Рисунок 1 - Диаграмма надежности
программного обеспечения
Частота отказов λ
Частота отказов λ
Надежность аппаратного и программного
обеспечения гибридных автомобилей
Нормальный
период
эксплуатации
Износ в
результате
старения
Наработка t, лет
Рисунок 2 - Диаграмма надежности
аппаратного обеспечения

16.

Слайд 16
Причина сбоя программного обеспечения
в гибридном автомобиле
Причины сбоя программного обеспечения в гибридном автомобиле
Дефект
конструкции,
обусловленный
разработчика учесть все возможные сценарии
Неправильные
спецификации,
которые
неспособностью
могут
привести
к
нерешительности со стороны программного обеспечения из-за
отсутствия достаточной информации для выполнения задачи, даже
если разработчик или разработчик программного обеспечения не
виноват в этом
Отсутствие признания необходимости более высокой степени
точности в определенных количествах, которые могут накапливать
ошибки с течением времени и оперировать неправильным
решением
Отсутствие тщательной проверки программного обеспечения на
все возможные ситуации

17.

Слайд 17
Повышение надежности силовой
электрики в гибридных автомобилях
Направления повышения надежности аппаратной части гибридных
автомобилей через повышение защищенности силовой электрики
Использование многослойных шин
Использование высокочастотных конденсаторов звена постоянного
тока
Применение хороших демпферов и разделения цифровых и
мощных электронных цепей
Для электрической проводки преимущества могут быть получены
за счет переплетения пучков высокой мощности.
Шины данных должны быть надлежащим образом экранированы,
для защиты от сбоев в работе этих цифровых цепей из-за
электромагнитных помех

18.

Слайд 18
Особенности надежности эксплуатации гибридных
транспортных средств в Российской Федерации
40
37
Общее распределение ГТС в РФ
35
31
Соотношение %
30
Распределение ГТС на вторичном рынке
28
25
21
20
15
15
15
11
10
6
5
2
2
5
5
1
6
5
1
4
1
3
1
0
Toyota
Prius
Honda Honda Fit Lexus
Toyota
Insight
400h/450h Aqua
Toyota Toyota Sai Toyota
Harrier
Camry
Honda
Civic
Рисунок 1 – Распределение ГТС по маркам в РФ
Другие

19.

Слайд 19
Особенности надежности эксплуатации гибридных
транспортных средств в Российской Федерации
40
35
Соотношение, %
35
28
30
25
20
15
15
11
8
10
5
5
3
Рисунок 2 – Распределение неисправностей ГТС по системам
Другие
Тормозная система
Гибридная система
Трансмиссия
Двигатель и его системы
Электрооборудование и
электроника
Подвеска
0

20.

0
4
7
Неисправность блока
управления батареи
20
Неисправность в цепи
инвертора
7
Окисление контактов
батарей
70
Преждевременная потеря
мощности батареи
Взрыв топливной ячейки
батареи
2
Короткое замыкание в
корпусе батареи
10
Неисправность ЭБУ
инвертора
Соотношение, %
Слайд 20
Особенности надежности эксплуатации гибридных
транспортных средств в Российской Федерации
80
67
60
50
40
30
12
2
Рисунок 3 – Распределение неисправностей электрооборудования и электроники ГТС

21.

5
Другие
20
Неисправность силового
транзистора
3
Неисправность конвектора
постоянного тока
0
5
Замыкание высоковольтной
части инвертора
10
Неисправность радиатора
охлаждения
80
Неисправность насоса
системы охлаждения
Соотношение, %
Слайд 21
Особенности надежности эксплуатации гибридных
транспортных средств в Российской Федерации
75
70
60
50
40
30
12
3
Рисунок 4 – Распределение неисправностей гибридной системы ГТС

22.

Слайд 22
Эксплуатационная надежность
электрооборудования гибридных ТС
Таблица 1 – Надежность систем электромобиля за весь срок
эксплуатации
Система электромобиля
Вероятность отказа, %
Аккумуляторная батарея
13,5
Электродвигатель
8,3
Высоковольтная
система
2,6
управления
Механические приводы
5,12
Таблица 2 - Вероятность отказа Li-ion батареи по годам эксплуатации
Года эксплуатации, лет
Вероятность отказа, %
1
0
5
10
10
41
15
71
20
93

23.

Слайд 23
Основные выводы
Надежность ГТС зависит от его срока службы и пробега;
Основные причины неисправностей ГТС:
• потеря емкости высоковольтного аккумулятора;
• выход из строя насоса системы охлаждения инвертора.
Для снижения риска неисправностей ГТС предлагаются
следующие рекомендации:
• проведение регулярных испытаний батареи, чтобы продлить срок службы и
избежать ее преждевременной замены;
• исключение перегрева аккумулятора;
• калибровка компонентов аккумулятора два раза в год или через сто пятьдесят
тысяч километров пробега;
• водитель должен помнить, что необходимо контролировать уровень
охлаждающей жидкости и производить ее своевременную замену;
• необходимо обслуживать инвертор охлаждающего насоса каждые сто
пятьдесят тысяч километров пробега;
• насос системы охлаждения требует сезонного обслуживания.

24.

Слайд 24
ДОКЛАД ОКОНЧЕН
Спасибо за внимание