Формула Гибрид

5
Сегодня все автомобильные концерны работают над совершенствованием этой технологии. У всех на слуху такие автомобили, как Toyota Prius, Lexus 450 , Honda Inside и Mercedes Blue-Hybrid!
Обычный автомобиль с бензиновым или дизельным двигателем, потребляет максимальное количество топлива и выбрасывает больше всего вредных веществ при страгивании с места и разгоне. В гибридном автомобиле за старт и разгон отвечает электромотор, приводимый в действие энергией батарей или суперконденсаторов, а лишь затем включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Кроме того, энергия, выделяемая при торможении полностью не рассеивается теплом, как в обычном автомобиле, а рекуперируется (возвращается) в накопитель энергии.
В проекте “Формула Гибрид” студентам предлагается самостоятельно сконструировать гибридный автомобиль. Опробовать на практике всё, чему учили в институте, найти специалистов из разных областей, получить недостающие знания и, конечно, предложить свои новаторские идеи. А затем на международных соревнованиях сравнить результат своего труда с аналогичными автомобилями команд со всего мира
Проект призван подготовить высококачественные кадры, способные решать комплексные нестандартные задачи.
Направление по созданию автомобилей с комбинированной энергетической установкой является очень актуальной. В последние годы все автомобильные компании, в том числе и российские начали активную работу в данной области. Кроме того, количество электрических и электронных устройств постоянно растет (до 30-40% от всех систем автомобиля), микропроцессорное управление и электропривод интегрируются в ранее традиционно механические и гидравлические системы с целью повышения эффективности и оптимизации законов управления. Принципиально важно не отставать от тенденций развития мировой автомобильной промышленности и вносить необходимые изменения в учебный план.
Гибридный класс в серии проектов “Formula SAE ” появился совсем недавно, став наиболее сложным, но при этом и самым перспективным направлением.
МАДИ (ГТУ) сразу включилось в новое направление «Формула Гибрид». В результате активизировалась научно-исследовательская деятельность на кафедре, студенты и аспиранты используют полученный опыт и знания при написании дипломных и диссертационных работ. Проект становиться ступенью по отбору талантливых выпускников, уже имеющих наработки, для проведения подробных научных изысканий и написания квалифицированных диссертационных работ.
За 1,5 года существования команды «Формула Гибрид», проделана значительная работа: смоделированы режимы работы комбинированной энергоустановки, спроектированы основные узлы и агрегаты, изготовлена часть деталей и началась сборка. Команда регулярно участвовала в российских выставках и международных соревнованиях. Проект получил информационную поддержку в интернете, на центральном и местном телевидении, в большей степени за счет усилий студентов и аспирантов.
Создание даже студенческого автомобиля с КЭУ является сложной многопараметрической задачей, требующей высокой квалификации не только самих студентов, но и консультирующих их специалистов.
Первым этапом создания было математическое моделирование требуемых параметров химических источников энергии и тягового электропривода для прохождения упражнений на соревнованиях. Моделирование проводилось с использованием имеющейся на кафедре математической модели в среде MatLab для автомобилей с КЭУ с адаптацией её для гоночных условий.
Было проведено моделирование ездового цикла автомобиля на дистанции 22 км. Было взято время прохождения дистанции победителя предыдущего года. Кроме этого учитывались: масса автомобиля с пилотом, максимальный ток заряда/разряда химического источника энергии, передаточные числа трансмиссии, коэффициент сцепления колес с дорогой, сила сопротивления движению автомобиля при скорости 100 км/ч, степень рекуперации, максимальные рабочие ток и напряжение электродвигателя и другие параметры.
После этого был проведен анализ полученных результатов, определены требуемая емкость источников энергии, номинальная и пиковая мощность электродвигателя, а также основные требования к системе управления.
В результате были выбраны «суперконденсаторы», обладающие высоким пределом токам заряда/разряда, обладающие эффектом саморегулирования заряда и безопасные для окружающей среды, в том числе и при утилизации. Немаловажным фактором также стало, что сотрудники фирмы «ЭСМА» г.Троицк предоставили значительную скидку на их приобретение, помогли со сборкой и дали ценные советы и рекомендации. Необходимо отметить, что по условиям регламента соревнований общая сумма накопителей энергии без НДС не должна превышать 6000$.
В соответствии с концепцией автомобиля - минимизация потерь энергии и максимальная надёжность, был выбран наиболее компактный и эффективный электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами - LEM-200, имеющий массу всего 11 кг и развивающий пиковую мощность до 22 кВт. Малые размеры электродвигателя позволили упростить компоновку студенческого автомобиля, а надёжность, простота регулирования и монтажа делают выбор оптимальным.
Система управления электроприводом КЭУ (блок управления двигательным режимом и режимом рекуперации энергии) и зарядом/разрядом суперконденсаторов разрабатывалась и выполнялась при технической поддержке молодых ученных «Института механики МГУ».
Далее были проведены совместные испытания системы «блоки управления-электродвигатель – суперконденсаторы», которые показали работоспособность системы в целом. В качестве нагрузки использовался двигатель постоянного тока соединенный соосно с двигателем LEM-200 через специальный переходник и резиновую муфту. Таким образом, проект способствует техническому обмену информации и налаживанию важных контактов, развивающих качество образования и научный потенциал университета.
Концепция проекта автомобиля была представлена на международных соревнованиях в Италии в октябре 2008 года, и удостоилась первого места в классе технических проектов и бизнес презентаций среди 6 команд из Бельгии, Испании, Швейцарии и Италии.
После этого команда провела длительную подготовку к крупнейшим международным соревнованиям в США среди 32 команд.
Отправка машины оказалась не менее сложной, чем её изготовление, т.к. в таможенной практике РФ это был первый случай. В специализированном справочнике, в соответствии с которым присваивается номер для каждого вида перевозимой через границу продукции ( от пуговицы до автомобилей), на ходовой макет студенческого гибридного автомобиля кода не нашлось, т.к. это и не автомобиль- в ГИБДД не зарегистрируешь и ПТС не получишь и моделью не назовешь - человек может ездить со скоростью около 80 км/ч. Благодаря усилию студентов, таможенных брокеров и пониманию начальства таможни- задача была успешно решена (не считая многочисленных долгов в которые пришлось влезть студентам для отправки машины).
Уже в США все были очень приятно удивлены, увидев первый студенческий гибридный автомобиль- ведь все понимали сложность пути. Например, командам из Швейцарии, Китая и Индии не удалось переправить свои автомобили на соревнования.
Дальний путь наложил и существенные сложности при подготовке машины к соревнованиям- необходимо было собирать всю силовую электрическую часть, а также топливную систему, которую по требованиям таможни нужно было разбирать. Поэтому в ночь перед соревнованиями студенты в номере Мотеля занимались технической сборкой.
В первый день проходила защита технических проектов(основной концепции и основных технических решений на самом автомобиле) – 4 судьи подходят и слушают доклад, а затем задают множество вопросов. Оценивается не только конструкция, но и подача информации, четкость речи и квалифицированность ответов. Естественно, что вся защита проходит на английском языке. В результате после 1-го дня соревнований Российская команда занимала 8-е место, что очень хорошо для первого раза, тем более, что в соревнованиях учавствут крупнейшие Университеты известные своими научными разработками, а команды из Калифорнии имеют грант на 25000$ от компании Plug-in – America.
К сожалению, пришлось столкнуться и с серьезными техническими проблемами. Еще в России при испытаниях сломался вал, который пришлось срочно перетачивать и отправлять « в чемодане» в след за автомобилем. Поэтому часть деталей пришлось дорабатывать на месте – искать фирмы уже на соревнованиях, которые помогут с доработкой высокоточных деталей(допуски в тысячные мм!), а также помогут напрессовать ведущие шестерни при помощи жидкого азота. Задача казалось бы не разрешимая в незнакомой стране, да еще меньше чем за 2 дня, но Российские студенты успешно справились и с этой задачей.
Но беда пришла от куда не ждали, почему-то сломался стартер и завести бензиновый двигатель оказалось невозможно, а кроме того из-за таможенных формальностей не удалось положить специализированный инструмент для блокировки муфты и одевания ремня вариатора. Никто не сдался и пытались создать инструмент своими руками, а также починить стартер.
В это время проходила защита бизнес-презентаций. Российская команда представила доработанный вариант чемпионской презентации из Италии и достойно выступила.
Также машина успешно прошла техническую комиссию по ходовой и электрической части автомобиля с небольшими замечаниями.
К великому сожалению создать инструмент и починить стартер так и не удалось. И как результат только 14 место из 32(первые среди команд, которые столкнулись с техническими проблемами или не смогли пройти техническую комиссию).
Очень важно, что российские студенты могут реализовывать свои технические идеи в рамках экономических ограничений современного мира, сравнивать свой подход к решению сложных задач и обмениваться опытом с международными коллегами, в странах с развитой автомобильной промышленностью. Поэтому важно, чтобы движение развивалось и другие ВУЗы РФ начали внедрение подобного проекта в своей научной и образовательной деятельности.


Команда Student`s Engineering Group MADI Hybrid искренне благодарит ВСЕХ кто помогал ей добиться этого достойного результата.
Особенная благодарность нашим спонсорам и партнерам: университету МАДИ (ГТУ), компании "ЭСМА", "Мовиком"(институт механики МГУ), Yamaha-motor, ВСМПО, Симметрон, SKF, Централ инструмент, ММЗ "Знамя", SolidWorks и многим другим.