CC BY
1
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-355-258
ПРОБЛЕМА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БОРТОВОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ТРАДИЦИОННОЙ КОНСТРУКЦИИ
У.В. Брачунова, В.Н. Козловский, О.Д. Ибрагимов, А.П. Новикова
В статье представлены результаты исследования проблемы совершенствования бортового электротехнического комплекса легкового автомобиля традиционной конструкции.
Ключевые слова: автотранспортное средство, бортовой электротехнический комплекс.
Результаты исследования опыта развития бортового электротехнического комплекса (БЭК) легкового автомобиля традиционной конструкции, за последние десятилетия показало, что в настоящее время в основном для автомобилей с высоким уровнем инноваций (электромобили (ЭМБ) и автомобили с комбинированной энергоустановкой (АКЭУ)), БЭК имеет не менее чем двухуровневую систему электроснабжения. Для части автомобилей более традиционных конструкций также просматривается перспектива организации БЭК с двухуровневым напряжением. Рассматривая отечественный опыт развития БЭК автомобилей, в частности грузовых автомобилей, еще в 60-х годах ХХ века, также выделяется тренд создания двухуровневой сети питающего напряжения.
Объективным недостатком в предложенных решениях является существенное усложнение БЭК исходя из необходимости разделения питающей сети на две независимые системы. Возникает необходимость дополнительного научно-технического исследования возможности организации бортовой сети современных автомобилей традиционных конструкций на одно питающее напряжение.
Проведем обзор диссертационных исследований близких к выделенной проблеме за последние 10 лет. Анализ диссертационных работ показывает, что в настоящее время определяющим трендом в области научных исследований автомобильного электрооборудования являются вопросы: развития электротехнических систем, в том числе систем диагностики работоспособности; электромагнитной совместимости ЭТС и БЭК; развитие ЭТС электромобилей и автомобилей с комбинированной энергоустановкой.
Среди диссертационных работ, в которых решаются задачи близкие актуализированной проблеме повышения уровня питающего напряжения можно выделить работы Гармаша Ю.В., Феофанова С.А., Феофановой Л.С., Оспанбекова Б.К., Чернова А.Е., Анучина А.С.
Однако в представленных диссертациях предложены лишь частные решения и рекомендации, не охватывающие влияния уровня номинального напряжения на все основные ЭТС и БЭК.
В частности в работе Феофановой Л.С. показана целесообразность применения интеллектуальных силовых ключей в контроллерах управления в бортовой сети с номинальным напряжением 42 и 48 В [1].
Работа Оспанбекова Б.К. направлена на разработку методики повышения эксплуатационных характеристик тяговой АКБ электромобилей. Автор Феофанов С.А. своё исследование посвятил разработке электропусковой системы в бортовой сети с номиналом напряжения 36 В [2].
В работе Чернова А.Е. решается задача повышения топливной экономичности традиционных и гибридных автотранспортных средств за счет автоматического управления напряжением системы электроснабжения [3]. В работе Гармаша Ю.В. предложен новый способ организации дифференцированного питания электротехнических и электронных компонентов и систем с помощью адаптивных преобразователей параметров электрической энергии [4]. Автор Анучин А.С. в своей работе разработал новый подход к эффективному управлению тягового электрооборудования гибридных автотранспортных средств [5].
Таким образом, проведенный научно-технический анализ диссертационных работ по выделенной проблеме показал недостаточно полный уровень исследований в области возможного перехода БЭК современных автомобилей традиционных конструкций на повышенное напряжение бортовой сети с учетом всех основных ЭТС.
Представляется, что разработка и реализация комплексного научно-технического инструментария направленного в развитие оценки энергообеспеченности бортового электротехнического комплекса современных автотранспортных средств при различных уровнях номинального питающего напряжения для традиционных конструкций автотранспортных средств, с разработкой соответствующих рекомендаций, обеспечит возможности для наиболее полного учета возможных достоинств и возникающих в процессах проектирования и производства рисков недостаточного качества создаваемых электрокомпонентов перспективных конструкций автомобилей [6, 7].
Для решения поставленной научно-технической задачи разработки инструментария требуется определение научной концепции работы.
Анализ основных тенденций развития электрооборудования автомобилей и автотранспортных средств (АТС) в целом показал, что наиболее актуальными в последние десятилетия являются исследования в следующих направлениях (рис. 1):
- применение тягового электропривода в электромобилях (ЭМБ),
- применение комбинированных энергоустановок (КЭУ) в автомобилях (АКЭУ),
-повышение эффективности работы систем электрооборудования традиционных автомобилей с ДВС.
Рассматривая перспективные направления, следует отметить, что БЭК современных ЭМБ и АКЭУ крупносерийного производства рассчитан на два, три уровня напряжения. Электропривод таких автотранспортных средств потребляет электроэнергию от высоковольтной системы электроснабжения 300-700В, остальные потребители в большинстве моделей снабжаются системой 12 В.
Автомобили традиционных конструкций с ДВС массового производства спроектированные на одном уровне напряжения - 12 В, обладают явным преимуществом по упрощенности архитектуры БЭК по сравнению с ЭМБ и АКЭУ. Однако насыщение структуры бортовой сети многочисленными электротехническими и электронными компонентами порождает проблему, заключающуюся в том, что установленная мощность в современном автомобиле уже не способна обеспечить всех потребителей электроэнергией при определенных режимах эксплуатации АТС. Частично проблема дефицита мощности в настоящее время решается за счет внедрения двухуровневых СЭС, в
355
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 7
которых наиболее мощные потребители питаются от системы повышенного напряжения, например, 24 В, или 48 В, а системы управления двигателем, вспомогательные и другие маломощные системы работают на стандартном напряжении 12 В.
Рис. 1. Научно-техническая концепция исследования
Однако выделенный тренд на два уровня питающего напряжения бортовой сети обуславливает значительное усложнение структуры бортовой сети.
На основании вышеизложенного актуализируется проблема перехода всей бортовой сети автомобиля с ДВС на повышенный номинал напряжения. Вопросы повышения технико-экономических показателей БЭК решаются за счет выбора рациональных величин питающего напряжения для электротехнического бортового комплекса автомобилей.
Рис. 2. Классификация систем бортового электрооборудования автомобиля
Системы бортового электрооборудования автомобиля подразделяются на основные и вспомогательные (рис. 2). К основным системам, обеспечивающим бесперебойный запуск двигателя и работу всех систем и компонентов БЭК, относятся системы: электропуска, зажигания, электроснабжения (генераторная установка, АКБ). К вспомо-
гательным относятся: система электропривода вспомогательного электрооборудования (вентиляция и отопление, стеклоочистители, фароочистители, стеклоподъемники и т.д.), светосигнальная аппаратура (фары, поворотные сигналы, габаритные огни, подсветка приборной доски и т.д.), электронная аппаратура систем управления и информационно-измерительных систем, коммутационная аппаратура и система распределения электроэнергии [8, 9].
Таким образом, разработка комплексного инструментария оценки энергообеспеченности БЭК на различных уровнях питающего напряжения бортовой сети и исследование применимости уже существующих технических решений ЭТС и БЭК при переходе на повышенное номинальное напряжение позволит обоснованно синтезировать и структурировать научно-технические рекомендации для процедуры проектирования современного автомобиля.
Список литературы
1. Феофанова Л.С. Микропроцессорная система коммутации и защиты бортовой сети автомобиля с использованием интеллектуальных ключей: диссертация ... кандидата технических наук: 05.09.03 / Феофанова Лариса Сергеевна; Место защиты: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет "МАДИ". М., 2014. 141 с.
2. Оспанбеков Б.К. Повышение энергетической эффективности и эксплуатационных показателей электромобилей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03 / Оспанбеков Бауржан Кенесович; Место защиты: Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ) МПС РФ. М., 2017. 158 с.
3. Чернов А.Е. Методология повышения энергетической эффективности систем электрооборудования автотранспортных средств: диссертация ... доктора Технических наук: 05.09.03 / Чернов Александр Егорович; Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2018.
4. Гармаш Ю.В. Совершенствование систем электрооборудования автомобилей на основе адаптивных преобразователей электрической энергии: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.09.03 / Гармаш Юрий Владимирович.
5. Анучин А.С. Разработка цифровых систем эффективного управления комплектов тягового электрооборудования гибридных электрических транспортных средств: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.09.03 / Анучин Алексей Сергеевич; Место защиты: Нац. исслед. ун-т МЭИ. М., 2018. 40 с.
6. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Тольятти: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). 2010.
7. Козловский, В.Н. Развитие проектов электромобилей и автомобилей с комбинированной энергоустановкой / В.Н. Козловский, Д.В. Айдаров, М.М. Васильев, В.В. Дебелов // Грузовик. 2018. № 6. С. 18-21.
8. Строганов В.И. Моделирование систем электромобилей и автомобилей с комбинированной силовой установкой в процессах проектирования и производства: Монография / В.И. Строганов, В.Н. Козловский. М., 2014.
9. Козловский В.Н. Комплекс электронных систем управления движением легкового автомобиля с комбинированной силовой установкой. Часть 2. / В.Н. Козловский, В.И. Строганов, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. Т. 10. № 2. С. 19-28.
Брачунова Ульяна Викторовна, аспирант, aliss72@yandex.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Kozlovskiy-76@mail.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Ибрагимов Олег Дамирович, аспирант, ibrleg@outlook.com, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Новикова Анна Петровна, канд. техн. наук, доцент, 9vfhnf@inbox.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
THE PROBLEM OF IMPROVING THE ON-BOARD ELECTRICAL COMPLEX OF A PASSENGER CAR OF A
TRADITIONAL DESIGN
U.V. Brachunova, V.N. Kozlovsky, O.D. Ibragimov, A.P. Novikova
The article presents the results of a study of the problem of improving the on-board electrical complex of a passenger car of a traditional design.
Key words: motor vehicle, on-board electrical complex.
Brachunova Uliana Viktorovna, postgraduate, aliss72@yandex.ru, Russia, Samara, Samara State Technical
University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, Kozlovskiy-76@mail.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Ibragimov Oleg Damirovich, postgraduate, ibrleg@outlook.com, Russia, Samara, Samara State Technical
University,
Novikova Anna Petrovna, candidate of technical sciences, docent, 9vfhnf@inbox.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
