CC BY
48
УДК 681.5;629.331:574
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-256-258
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
П.А. Шишкина
Работа посвящена изучению и сравнительному анализу автомобильных силовых установок с точки зрения эксплуатации и экологического воздействия на окружающую среду. Проводится сравнение гибридных автомобилей, электромобилей, автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Современное автомобилестроение стремится к уменьшению воздействия автомобилей на окружающую среду. Существует ряд методов осуществления этой цели, основной из которых является отказ от использования двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине или дизельном топливе в пользу других способов осуществления движения. В настоящее время наиболее популярными альтернативами являются электромобили и гибриды. Приводится статистика и прогноз производства гибридных и электрических автомобилей. Анализируется возможности использования каждого из представленных видов автомобилей. Рассматривается классификационное сравнение гибридных автомобилей. Делается выводы о том, какой автомобиль лучше с точки зрения воздействия на экологию и окружающую среду.
Ключевые слова: гибридные автомобили, экология, конструкция, влияние, автомобили, анализ.
Современное автомобилестроение стремится к уменьшению воздействия автомобилей на окружающую среду. Существует ряд методов осуществления этой цели, основной из которых является отказ от использования двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине или дизельном топливе в пользу других способов осуществления движения. В настоящее время наиболее популярными альтернативами являются электромобили и гибриды [1-9]. Гибридные силовые установки при всех их минусах, реальных или надуманных, прочно вошли в повседневную автомобильную жизнь. Практически все крупные автомобильные концерны имеют в своей производственной линейке одну или несколько моделей с такими силовыми установками.
Гибридным называют любой двигатель, в котором на ведущие колеса передается крутящий момент более одного источника энергии. Обычно это двигатель внутреннего сгорания и один, или несколько электромоторов.
В настоящее автопроизводители внедрят нибридные установки в автомобили по несколькип причинам. Такая промежуточная технология между электромобилями и автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) используется для снижения расхода топлива, для борьбы за экологию путем снижения вредных выбросов при сгорании топлива.
В современной инженерной литературе не существует единого мнения по поводу количества типов гибридов. Можно найти и пять, и шесть разновидностей гибридных моторов. Каждый автопроизводитель пытается доказать, что именно он идет по-своему, особому пути. Работы над созданием и применением таких силовых агрегатов начались еще в 19 веке. В современной истории первым на рынок вышла Тойота с моделью Приус, в которой использовался классический последовательно-параллельный гибрид. Суть этого типа заключается в том, что ДВС соединяется с планетарным редуктором со встроенными электромоторами. Когда автомобиль двигается медленно, используется только электричество. При резких ускорениях включается ДВС, а электромотор ему помогает. При равномерном движении на высоких скоростях используется только ДВС, который отдает излишки энергии для подзарядки аккумуляторов. При этом аккумуляторы заряжаются также и при торможении. Всем этим сложным процессом управляет компьютер.
Второй тип гибридов, который сейчас приобретает все большую популярность - это так называемый подзаряжаемый гибрид, или «plug-in». При использовании этого типа автомобиль передвигается только за счет энергии, накопленной в аккумуляторах, заряжаемых от электрической сети. Зарядка может осуществляться как на специальных зарядных станциях, так и от домашней электрической сети. ДВС включается только тогда, когда заряд аккумулятор падает ниже определённой границы. В автомобилях, работающих по этому принципу, ДВС не соединен с ведущими колесами, а работает как генератор.
Третий тип называется «мягкий» гибрид. Его устройство самое простое. Электродвигатель только поддерживает ДВС при ускорениях, или подает тягу на вторую ось автомобиля, превращая его в полноприводной. Движение только на электрической тяге невозможно. Основным достоинством этого привода является его простота и надежность. Однако, не выполняется основная задача гибрида - экономичность и уменьшение вредных выбросов.
При оценке достоинств и недостатков при эксплуатации гибридных автомобилей необходимо отметить достоинства относительно автомобилей с ДВС: у них низкий уровень выбросов, он экономичен в финансовом отношении и потребляет мало топлива.
Гибридные автомобили оснащены двумя двигателями: двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. Два двигателя соединены друг с другом. В зависимости от дорожной ситуации они активируются поочередно или одновременно. Система сама выбирает комбинацию с наименьшим потреблением энергии.
Системный анализ, управление и обработка информации
В гибридном автомобиле двигатель внутреннего сгорания является основным источником движения. Работает он на дизеле или бензине, а при необходимости активируется и электродвигатель.
Электродвигатель может запускаться уже на низких оборотах. По этой причине гибридные автомобили разгоняются быстрее, чем дизельные или бензиновые машины с той же мощностью.
В гибридных автомобилях избыточная энергия торможения накапливается в тяговой батарее. Эта батарея при необходимости подзаряжает электродвигатель. Но не все гибриды одинаковые - существует несколько типов гибридов: полный, легкий и перезаряжаемый гибрид.
В легком гибридном решении электродвигатель помогает ДВС при ускорении. Таким образом, расходуется меньше бензина. В полном гибриде также использовать только электродвигатель, но только на при поездках на короткие расстояния.
В отличие от полногибридных и легкогибридных машин, перезаряжаемый гибрид (РНЕУ) также можно заряжать через розетку. По этой причине, РНЕУ могут проехать от 30 до 80 километров только на электрической тяге. Большой недостаток гибридных автомобилей состоит в том, что с эти автомобили тяжелее, что увеличивает их потребление энергии.
Так как один из двух двигателей гибридного автомобиля является бензиновым или дизельным двигателем внутреннего сгорания, он заправляется соответствующим топливом. В полногибридной и легкогибридной версиях электродвигатель нельзя подзаряжать извне. Аккумулятор электрического силового агрегата подзаряжается во время движения автомобиля.
Перезаряжаемый гибрид (подключаемый модуль) также можно заряжать через розетку. Но скорость зарядки у таких автомобилей относительно невысокая. Даже при максимально возможной мощности для полной зарядки небольших аккумуляторов таких транспортных средств требуется несколько часов.
Гибридный автомобиль также требует прохождения технического обслуживания в большей мере, чем автомобили только с ДВС, при этом аккумулятор подвержен интенсивному износу и в последствии требует замены.
Таким образом при сравнении автомобиля с ДВС и гибридного с точки зрения экологии можно отметить следующее. Гибридные автомобили потребляют меньше топлива, что ведет к уменьшению образованию выбросов в атмосферу, однако необходимость в периодическом прохождении технического обслуживания с регулярной заменой технических жидкостей, фильтров и пр., что увеличивает объемы образующихся отходов, а в совокупности с необходимостью периодической замены аккумуляторной батареи объемы отходов увеличиваются дополнительно.
На рисунке также приведена статистика на данный момент и прогноз по объемы продаж и производству электрических и гибридных автомобилей [10].
Согласно прогнозу, на данный момент идет рост спроса на гибридные автомобили, однако в ближайшее время темпы роста замедлятся и спрос начнет падать и предпочтения будут отдаваться электрическим автомобилям.
Таким образом можно отметить, что гибридные автомобили выделяют меньше вредных веществ в атмосферу, однако увеличивают количество образующихся отходов, при этом периодически их необходимо заряжать, что также увеличивает потребление электроэнергии. Поэтому однозначно утверждать, что гибридный автомобиль более экологичен, что автомобиль с ДВС - нельзя. Однако при сравнении гибридного с электрическим стоит отметить большой отрыв в плане экологичности электромобилей.
Список литературы
1. Ютт В.Е. Электромобили и автомобили с комбинированной энергоустановкой. Расчет скоростных характеристик: учеб. пособие / В.Е. Ютт, В.И. Строганов. М.: МАДИ, 2016. 108 с.
2. Spotnitz R., Franklin J. Abuse behavior of high-power, lithium-ion cells. Journal of Power Sources. 2003. 113 (1). P. 81-100.
3. Хохлин И.М., Буянов А.Д. Анализ экологичности процессов на различных стадиях жизни электромобиля // Экономика и предпринимательство. 2017. № 12-2(89). С. 960-962.
257
4. Бочарова А.М. Исследование автомобилей и автомобильной промышленности с точки зрения экологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 6. С. 29-32.
5. Исаева Я.К. Влияние агрегатов и деталей электромобилей на экологию // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 250-252.
6. Алиев Р.А. Основы общей экологии и международной экологической политики: Учебное пособие / Р.А. Алиев, А.А. Авроменко и др. М.: Аспект-Пресс, 2014. 384 с.
7. Шишкина П.А. Анализ негативного влияния электромобилей на окружающую среду // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 112-114.
8. Шишкина А.А. Выхлопные газы и их влияние на здоровье человека // Образование и наука в России и за рубежом. 2019. № 2(50). С. 448-451.
9. Коряков А.Е., Шишкина А.А., Шишкина П.А. Влияние автомобиля на окружающую среду // Образование и наука в России и за рубежом. 2021. № 6(82). С. 109-111.
10. Как BMW, Daimler и Volkswagen собираются конкурировать с Илоном Маском // Ведомости [Электронный ресурс] URL: https://www.vedomosti.ru/auto/articles/2018/09/04/779943-bmw (дата обращения: 14.10.2022).
Шишкина Полина Андреевна, лаборант, shishkina5ap@yyandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYTICAL STUDY OF HYBRID VEHICLES FROM THE POINT OF VIEW OF ECOLOGY AND
OPERATION
P.A. Shishkina
The work is devoted to the study and comparative analysis of automotive power plants in terms of operation and environmental impact on the environment. A comparison is made of hybrid cars, electric cars, cars with internal combustion engines. Modern automotive industry strives to reduce the impact of cars on the environment. There are a number of methods for achieving this goal, the main one being the abandonment of the use of internal combustion engines running on gasoline or diesel fuel in favor of other methods of propulsion. Currently, the most popular alternatives are electric vehicles and hybrids. The statistics and forecast of the production of hybrid and electric cars are given. The possibilities of using each of the presented types of cars are analyzed. The classification comparison of hybrid cars is considered. Conclusions are drawn about which car is better in terms of impact on the environment and the environment.
Key words: hybrid cars, ecology, design, influence, cars, analysis.
Shishkina Polina Andreevna, laboratory assistant, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 656.61.052
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-258-264
ИДЕНТИФИКАЦИЯ И СИНТЕЗ ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЕМОСТИ СУДНА ПРИ ОЦЕНКЕ ПАРАМЕТРОВ МАНЕВРИРОВАНИЯ
И.С. Горячев, Т.П. Кныш, Е.Р. Романов, А.Е. Прокофьев
Для процесса обеспечения безопасного маневрирования судно должно в течение всего времени сохранять динамику управляемости. Факторы управления должны быть соответственно в критерии безопасности и надежности судоходства. При снижении скорости в условиях параметров штормовой погоды возникает наличие системы ограниченной видимости локации и выполнении морских операций. Вопросы прогнозирования и обеспечения стабильности работы возлагаются на судоводителя. Целью исследований являлся синтез методов определения характеристик управляемости судна.
Ключевые слова: исследование потери управляемости судна, обеспечение безопасного маневрирования, число Фруда, формула Л. Прандталя.
Актуальность, цель и задачи исследований. Характеристики управляемости нормируются международными требованиями ИМО и Регистра судоходства частично, только параметры От и ш0. Другие параметры не нормируются, а при натурных испытаниях после постройки определяются лишь для углов перекладки руля 150 и 350. Обратное смещение I 3 (8) учитывается на крупнотоннажных судах, для судов средних и малых размеров его, как правило, даже не рассматривают. Причиной тому является небольшая величина данного параметра, которая соизмерима с точностью траекторных измерений.
258
