پایداری | متن کامل رایگان | مدلسازی چند رشته ای جامع خودروهای الکتریکی: بررسی تاثیر طراحی خودرو بر مصرف و کارایی انرژی - شهرساز | سایت تخصصی شهرسازی با هوش مصنوعی | شهرساز

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی

بهترین آموزش های کاربردی در شهرسازی را از Urbanity.ir بخواهید

…

ادامه ...

خرید درب شیشه ای سکوریت با بهترین قیمت از تتراگلس

ادامه ...

Sunday, 30 June , 2024
امروز : یکشنبه, ۱۰ تیر , ۱۴۰۳

آخرین اخبار »

LA County Parks 80 سالگی خود را با برنامه های تابستانی رایگان جشن می گیرد
مهمترین اخبار وزارت راه و شهرسازی| از رفع تعرض از ۴۳۵ هکتار زمین دولتی تا صرفه‌جویی ۹۰۰ میلیارد تومانی برای مستأجران با ثبت بیش از ۵۷۰ قرارداد در «خودنویس»
مقامات NYC در مورد جرم زدایی از Jaywalking جدا شدند

شناسه خبر : 20808

ارسال

پرینتخانه » مقالات تاریخ انتشار : 08 ژوئن 2024 - 3:30 | 15 بازدید | ارسال توسط : riazat

پایداری | متن کامل رایگان | مدلسازی چند رشته ای جامع خودروهای الکتریکی: بررسی تاثیر طراحی خودرو بر مصرف و کارایی انرژی

۱٫ معرفی وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به عنوان یک راه حل اساسی در کاهش آلودگی محیط زیست و کاهش CO پدید آمده اند.۲ انتشار گازهای گلخانه ای در سطح جهان، جایگزین وسایل نقلیه معمولی می شود [۱,۲,۳]. با این حال، محدوده محدود خودروهای برقی عمدتاً از محدودیت‌های فعلی در فناوری باتری ناشی می‌شود. پرداختن به […]

۱٫ معرفی

وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به عنوان یک راه حل اساسی در کاهش آلودگی محیط زیست و کاهش CO پدید آمده اند._۲ انتشار گازهای گلخانه ای در سطح جهان، جایگزین وسایل نقلیه معمولی می شود [۱,۲,۳]. با این حال، محدوده محدود خودروهای برقی عمدتاً از محدودیت‌های فعلی در فناوری باتری ناشی می‌شود. پرداختن به این محدودیت مستلزم توسعه وسایل نقلیه کارآمدتر، به حداکثر رساندن ظرفیت باتری موجود برای افزایش برد آنها است. نقش محوری ماشین‌های الکتریکی در EV، که انواع مختلفی از جمله ماشین‌های DC، ماشین‌های AC و ماشین‌های رلوکتانس را در بر می‌گیرد، به‌طور قابل توجهی قابل توجه است. در این میان، موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) به دلیل راندمان و عملکرد بالا همراه با ویژگی هایی مانند سادگی در ساخت، در دسترس بودن بالا، کارایی و نگهداری راحت، متمایز می شود و آن را در حوزه های مختلف از جمله کاربردهای فضایی، سیستم های اتوماسیون، همه کاره می کند. دفاع و به ویژه صنعت خودروسازی [۴,۵,۶].

در خودروهای برقی معاصر، برجستگی ماشین های الکتریکی آهنربای دائم به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این ماشین های الکتریکی نه تنها به عنوان موتورهای کششی بلکه به عنوان منابع انرژی در طول ترمز احیا کننده نیز خدمت می کنند، برای سرعت و گشتاور از طریق اینورتر کنترل می شوند که ولتاژ DC باتری را به ولتاژ AC تبدیل می کند تا ماشین الکتریکی را به حرکت درآورد. علاوه بر این، باتری علاوه بر سیستم درایو EV، برق تجهیزات کمکی مانند روشنایی، تهویه مطبوع و سیستم‌های امنیتی را تامین می‌کند. در طول انتقال انرژی ترمز احیا کننده به باتری، فعال کردن یک مقاومت ترمز برای اطمینان از تداوم ترمز احیا کننده ضروری است. شارژ باتری از شبکه سه فاز شامل استفاده از یکسو کننده و مدار مبدل تقویت کننده است. [۷,۸].

انواع مختلفی از ماشین های الکتریکی در خودروهای الکتریکی کاربرد دارند [۹,۱۰,۱۱,۱۲]. PMSM ها به دلیل راندمان و قابلیت اطمینان بالا مورد علاقه بسیاری از سازندگان هستند که نیاز به تحریک خارجی را از بین می برند و تلفات مس روتور را به حداقل می رسانند و در نتیجه طراحی فشرده ای دارند. [۱۳,۱۴,۱۵,۱۶,۱۷,۱۸]. با این حال، اتکا به آهنرباهای خاکی کمیاب چالش هایی را در رابطه با ناامنی عرضه، نوسانات قیمت و خطر مغناطیس زدایی حرارتی ایجاد می کند. از سوی دیگر، ماشین القایی (IM) گشتاور و عملکرد قابل مقایسه ای را هنگام استفاده در PMSM ها، به ویژه در سرعت های بالا ارائه می کند. [۱۹,۲۰]. از مزایای IM می توان به عدم وجود آهنربا، ساختار مستحکم و مقرون به صرفه بودن اشاره کرد [۲۱,۲۲,۲۳,۲۴]. با هدف دستیابی به چگالی توان بالا، PMSM را به عنوان تمرکز این مطالعه انتخاب کردیم [۲۵].

تأثیر متقابل اجزای الکتریکی و مکانیکی در خودروهای الکتریکی به شدت بر مصرف انرژی و عملکرد خودرو تأثیر می‌گذارد. نیروهای مختلف، از جمله مقاومت چرخ، مقاومت در برابر تپه، مقاومت در برابر شتاب، مقاومت آیرودینامیکی و شناوری، به طور قابل توجهی بر مصرف انرژی و عملکرد خودرو تأثیر می‌گذارند. [۲۶,۲۷]. شکل ۱ به وضوح تغییرات ضرایب مقاومت آیرودینامیکی خودرو را با توجه به طراحی خودرو نشان می دهد.

از لحاظ تاریخی، آیرودینامیک خودرو در طراحی خودرو مورد تاکید قرار نگرفته است. با این حال، افزایش مصرف انرژی و پیگیری عملکرد بالاتر، توجه سازندگان را به این جنبه معطوف کرده است. روش های ریاضی، به ویژه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، نقش اساسی در طراحی بدنه خودرو، به ویژه در بهینه سازی آیرودینامیک دارند. [۲۹].

کشش آیرودینامیکی به عنوان یک عامل تعیین کننده عملکرد خودرو است [۲۶]. حرکت خودرو که عمدتاً از اختلاف فشار در جلو و پشت خودرو ناشی می‌شود، منجر به افزایش فشار استاتیک در جلو و تشکیل یک گرداب به دلیل جریان نامنظم هوا در عقب می‌شود. این جریان هوای نامتقارن باعث ایجاد نرخ جریان نسبی در هنگام حرکت خودرو می شود و در نتیجه نیروی مقاومت را به دلیل تغییر در ناحیه جلویی خودرو افزایش می دهد. [۳۰].

عملکرد خودرو را می توان با در نظر گرفتن نیروی رو به پایین، افزایش قدرت مانور با کاهش نیروی مقاومت و افزایش نیروی رو به پایین افزایش داد. [۳۱]. زاویه شیب در عقب خودرو به میزان قابل توجهی به مقاومت فشار کمک می کند و بخش قابل توجهی از مقاومت کلی خودرو را نشان می دهد. [۳۲]. مطالعاتی بر روی ساختار گرداب و تغییر در زاویه عقب خودرو انجام شده است. شناخته شده ترین این مطالعات مدل بدن احمد است [۳۳]. تلاش‌ها برای بهینه‌سازی کارایی و ایمنی خودرو شامل به حداقل رساندن گرداب‌هایی است که در نواحی محلی خودرو اتفاق می‌افتد. سازندگان خودرو اغلب شاسی را صاف می کنند تا این گرداب ها را به حداقل برسانند [۲۶].

عوامل موثر بر مصرف انرژی خودرو از پارامترهای طراحی خودرو، ویژگی‌های اجزا، استفاده از دستگاه کمکی و شرایط خارجی مانند عوامل محیطی، ترافیک، نوع جاده و رفتار رانندگی و غیره ناشی می‌شوند. [۳۴]. محاسبه دقیق این عوامل برای تخمین دقیق مصرف انرژی خودرو بسیار مهم است [۳۵].

سه روش غالب – مدل های تحلیلی، آماری و محاسباتی – برای محاسبه مصرف انرژی EV استفاده می شود. [۳۶]. مدل های تحلیلی، که بر اساس دینامیک طولی وسیله نقلیه و نقشه های بازده موتور الکتریکی، برآورد تلفات و توان مورد نیاز برای غلبه بر نیروهای وسیله نقلیه است. [۳۷,۳۸]. مدل‌های آماری بر تجزیه و تحلیل داده‌های محرک و توسعه سیستم‌های رگرسیون برای تعیین روابط بین مصرف انرژی و عوامل مؤثر متکی هستند. [۳۹,۴۰,۴۱]. مدل‌های محاسباتی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) مصرف انرژی را به عنوان تابعی از عوامل ورودی با استفاده از الگوریتم‌های آموزشی تخمین می‌زنند. [۴۲,۴۳].

در این مطالعه، یک مدل دینامیکی EV جامع معرفی شده است که پارامترهای مختلفی را در مصرف انرژی در هر دو حوزه مکانیکی و الکتریکی تأثیر می‌گذارد. این مدل شامل پارامترهای آیرودینامیکی، ضریب اصطکاک لاستیک، مساحت جلوی خودرو، وزن، سرعت خودرو، سرعت باد، شیب جاده، و ویژگی‌های موتور الکتریکی، مانند نقشه‌های بازده در محدوده سرعت و گشتاور، مبدل‌های قدرت و باتری‌ها است. بخش ۲ طراحی و تجزیه و تحلیل مکانیکی خودرو را مورد بحث قرار می دهد و به دنبال آن مدل دینامیکی خودرو را با استفاده از یک رویکرد چند رشته ای اجرا می کند. این بخش همچنین به جزئیات مدل سازی موتور کششی و استراتژی کنترل آن می پردازد. علاوه بر این، الگوریتمی برای تخمین خطوط راندمان موتور نیز در جزئیات ارائه شده است بخش ۲. این الگوریتم با توجه به حساسیت راندمان موتور به شرایط کاری، توسعه یافته و در مدل دینامیکی EV گنجانده شده است. بخش ۳ نتایج به دست آمده از مدل را برای دو طرح خودروی مجزا ارائه می دهد. مدل شبیه‌سازی توسعه‌یافته امکان دستیابی سریع تمام داده‌های مصرف انرژی یک EV را در یک محیط کامپیوتری با استفاده از داده‌های جغرافیایی فراهم می‌کند. در نهایت، این مطالعه با خلاصه کردن بینش‌ها و مفاهیم کلیدی به پایان می‌رسد.

۲٫ طراحی و مدلسازی خودروی الکتریکی

در این تحقیق، یک مدل EV با دقت ساخته شد تا محاسبه دقیق مصرف انرژی خودرو را تسهیل کند. این مدل به طور پیچیده از بلوک های متمایز از جمله بلوک محاسبه نیرو، بلوک مدل PMSM، بلوک نقشه کارایی PMSM و بلوک محاسبه مصرف انرژی خودرو تشکیل شده است. پارامترهای پارامونت حاکم بر ضریب درگ آیرودینامیکی خودرو (

{سی}_{D}

، ناحیه جلویی (

آ_{f}

و جرم وسیله نقلیه (

م_{ج آ r}

) از طریق تجزیه و تحلیل های دقیق انجام شده از طریق پلت فرم های نرم افزار CATIA و ANSYS Fluent به دست آمد. پارامترهای مشخص شده در شکل ۲ به طور قابل توجهی به بلوک محاسبه نیرو کمک می کند، که به طور استراتژیک برای محاسبه نیروی کشش وسیله نقلیه استفاده می شود. این نیروی کشش، که یک جزء ضروری در مدل موتور الکتریکی و بلوک محاسبه مصرف انرژی بعدی است، به عنوان یک عامل محوری در محاسبات کل نگر مدل عمل می کند. علاوه بر این، PMSM به طور جامع با استفاده از پارامترهای به دست آمده از ANSYS Electromagnetics مدل‌سازی می‌شود و نمایش دقیقی را در مدل تضمین می‌کند. [۲۵]. علاوه بر این، یک الگوریتم اختصاص داده شده به پیش‌بینی نقشه بازده استفاده می‌شود که تصویری جامع از ویژگی‌های بازده موتور را تسهیل می‌کند، همانطور که در نشان داده شده است. شکل ۲. این ادغام بلوک ها و ماژول های الگوریتمی یک چارچوب قوی را تشکیل می دهد که امکان برآورد دقیق مصرف انرژی خودرو را در مدل پیشنهادی EV فراهم می کند.

مصرف انرژی خودرو با توجه به داده های بازده PMSM، نیروی کشش خودرو، راندمان اینورتر و سرعت خودرو محاسبه می شود. انرژی مصرفی آنی خودرو از ظرفیت باتری کم می شود.

۲٫۱٫ آیرودینامیک و تحلیل خودرو

برای تجزیه و تحلیل جریان یک جسم، لازم است معادلات جرم، تکانه و انرژی جریان در تماس با آن جسم در شرایط مرزی فعلی حل شود. معادله (۱) معادله نیروی پسا آیرودینامیکی را نشان می دهد:

${اف}_{D} = \underset{آ}{🔻} (پ - پ_{\propto}) د آ_{y}$

(۱)

جایی که ${اف}_{D}$ نیروی کشش آیرودینامیکی است، $پ$ فشار محیط است، $پ_{\propto}$ فشار اتمسفر است و $آ_{y}$ مساحت جریان عمود بر جریان روی وسیله نقلیه است [۴۴].

بر اساس رابطه (۲) ضریب درگ آیرودینامیکی به صورت زیر بدست می آید:

${سی}_{D} = \frac{{اف}_{D}}{\frac{۱}{۲} r V^{۲} آ_{f}}$

(۲)

جایی که ${سی}_{D}$ ضریب درگ آیرودینامیکی است، $r$ چگالی هوا است، $V$ سرعت هوا است و $آ_{f}$ قسمت جلوی وسیله نقلیه است [۴۴].

این

{سی}_{D}

ضریب با توجه به شکل وسیله نقلیه و زاویه جریان باد تغییر می کند. بالا

{سی}_{D}

ضریب نامطلوب است و برای رانندگی کارآمد باید تا حد امکان کاهش یابد. کاهش نیروی مقاومت منجر به کاهش مصرف انرژی می شود [۴۴]. برای بهبود عملکرد خودرو باید آیرودینامیک آن مورد مطالعه قرار گیرد. جریان را می توان با استفاده از معادلات ناویر-استوکس ارائه شده در معادلات (۳) و (۴) تعریف کرد. [۴۵]:

$\frac{\partial r {تو}_{من}}{\partial {ایکس}_{من}} = ۰$

(۳)

$r ({تو}_{f} \frac{\partial {تو}_{من}}{\partial {ایکس}_{j}}) = - \frac{\partial پ_{من}}{\partial {ایکس}_{من}} + {r g}_{من} + \frac{\partial}{\partial {ایکس}_{j}} [متر (\frac{\partial {تو}_{من}}{\partial {ایکس}_{j}} + \frac{\partial {تو}_{j}}{\partial {ایکس}_{من}}) - r \bar{{تو}_{من}^{“} {تو}_{j}^{“}}]$

(۴)

که در آن سرعت نشان می دهد ${تو}_{من}$ اجزاء و $r \bar{{تو}_{من}^{“} {تو}_{j}^{“}}$ تنش های آشفته را نشان می دهد. تجزیه و تحلیل با فرض جریان به عنوان حالت پایدار انجام شد. این معادلات را می توان با استفاده از روش معادله ناویر-استوکس با میانگین رینولد (RANS) حل کرد.

تمرکز این روش بر روی اثر آشفتگی بر خواص جریان متوسط است. همچنین معادله ناویر-استوکس را با میانگین زمان تقریبی حل می کند و نمی تواند تمام موقعیت های آشفته را حل کند.

ک - ه

مدل‌های تنش رینولدز و رینولدز شناخته‌شده‌ترین مدل‌ها در این روش حل هستند. این روش به محاسبات دقیق جریان و منابع محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد. بنابراین، این رویکرد پایه اصلی مهندسی در محاسبات جریان در سی سال گذشته بوده است. [۴۵].

در این مطالعه، قابل تحقق

ک - ه

مدل جریان آشفته از روش حل RANS انتخاب شد. معادلات حمل و نقل مدل شده برای

ک

ه

در مدل تحقق پذیر در معادلات (۵) و (۶) نشان داده شده است:

$\frac{\partial}{\partial تی} (r ک) + \frac{\partial}{\partial {ایکس}_{j}} (r ک {تو}_{j}) = \frac{\partial}{\partial {ایکس}_{j}} [(متر + \frac{{متر}_{تی}}{پ_{ک}}) \frac{\partial ک}{\partial {ایکس}_{j}}] + {جی}_{ک} + {جی}_{ب} - r ه - Y_{م} + {اس}_{ک}$

(۵)

$\frac{\partial}{\partial تی} (r ه) + \frac{\partial}{\partial {ایکس}_{j}} (r ه {تو}_{j}) = \frac{\partial}{\partial {ایکس}_{j}} [(متر + \frac{{متر}_{تی}}{پ_{ک}}) \frac{\partial ه}{\partial {ایکس}_{j}}] + r {سی}_{۱} {اس}_{ه} - r {سی}_{۲} \frac{ه^{۲}}{ک + \sqrt{v ه}} + {سی}_{۱ ه} \frac{ه}{ک} {سی}_{۳ ه} {جی}_{ب} + {اس}_{ه}$

(۶)

که در آن معادله (۷) است

${سی}_{۱} = متر آ ایکس [۰٫۴۳ ، \frac{را}{را + ۵}] ، را = اس \frac{ک}{ه} ، اس = \sqrt{۲ {اس}_{من j} {اس}_{من j}}$

(۷)

همانطور که با دیگر

ک - ه

مدل ها، ویسکوزیته گردابی (

{متر}_{تی}

) از رابطه (۸) محاسبه شد.

${متر}_{تی} = r {سی}_{متر} \frac{ک^{۲}}{ه}$

(۸)

تفاوت بین قابل تحقق

ک - ه

مدل و استاندارد و RNG

ک - ه

مدل ها این است که

{سی}_{متر}

دیگر ثابت نیست در عوض، می توان آن را از رابطه (۹) محاسبه کرد:

${سی}_{متر} = \frac{۱}{آ_{۰} + آ_{س} \frac{ک U^{*}}{ه}}$

(۹)

جایی که $U^{*}$ در رابطه (۱۰) به صورت زیر ارائه شده است:

$U^{*} \equiv \sqrt{{اس}_{من j} {اس}_{من j} + {\tilde{اوه}}_{من j} {\tilde{اوه}}_{من j}} ، {\tilde{اوه}}_{من j} = {اوه}_{من j} - ۲ ه_{من j} {اوه}_{ک} ، {اوه}_{من j} = {\bar{اوه}}_{من j} - ه_{من j ک} {اوه}_{ک}$

(۱۰)

جایی که ${\tilde{اوه}}_{من j}$ میانگین نرخ چرخش تانسور است که در یک قاب مرجع متحرک با سرعت زاویه ای ( ${اوه}_{ک}$ ). مدل ثابت می شود $آ_{۰}$ و $آ_{س}$ در معادله (۱۱) ارائه شده است:

$آ_{۰} = ۴٫۰۴ ، آ_{س} = \sqrt{۶} \cos فی$

(۱۱)

جایی که

$فی = \frac{۱}{۳} \cos^{- ۱} (\sqrt{۶} دبلیو) ، دبلیو = \frac{{اس}_{من j} {اس}_{j ک} {اس}_{ک j}}{{\tilde{اس}}^{۳}} ، \tilde{اس} = \sqrt{۲ {اس}_{من j} {اس}_{من j}} ، {اس}_{من j} = \frac{۱}{۲} (\frac{\partial {تو}_{j}}{\partial {ایکس}_{من}} + \frac{\partial {تو}_{من}}{\partial {ایکس}_{j}})$

(۱۲)

می توان مشاهده کرد که

{سی}_{متر}

تابعی از میانگین نرخ کرنش و چرخش، سرعت زاویه‌ای چرخش سیستم و میدان‌های آشفتگی است.

ک

ه

{سی}_{متر}

در رابطه (۹) می توان نشان داد که مقدار استاندارد ۰٫۰۹ برای یک زیرلایه اینرسی در یک لایه مرزی تعادل را بازیابی می کند. ثابت های مدل به صورت زیر ارائه می شوند:

${سی}_{۱ ه} = ۱٫۴۴ ، {سی}_{۲} = ۱٫۹ ، پ_{ک} = ۱٫۰ ، پ_{ه} = ۱٫۲ .$

۲٫۲٫ مدلسازی دینامیک خودرو

مدل دینامیکی EV طراحی شده با استفاده از نرم افزار MATLAB–Simulink ایجاد شد. داده‌های مسیر استفاده‌شده در مدل پویا با مسیری مطابقت دارد که به‌طور خاص برای مسابقات نمونه اولیه خودروهای سبک وزن در Korfez، Izmit، از طریق نرم‌افزار Google Earth 9.0 به‌دست‌آمده است. شکل ۳یک و شکل ۳b به ترتیب چیدمان مسیر مسابقه و مشخصات ارتفاعی آن را نشان می دهد.

۲٫۲٫۱٫ مدل PMSM

معادلات ولتاژ مدل PMSM در رابطه (۱۳) ارائه شده است. [۴۶]:

$V_{آ} = r_{آ} {من}_{آ} + \frac{{د ل}_{آ}}{د_{تی}} ، V_{ب} = r_{ب} {من}_{ب} + \frac{{د ل}_{ب}}{د_{تی}} ، V_{ج} = r_{ج} {من}_{ج} + \frac{{د ل}_{ج}}{د_{تی}}$

(۱۳)

جایی که $V_{آ}$ ، $V_{ب}$ ، $V_{ج}$ ولتاژهای فاز خنثی هستند، $ل_{آ}$ ، $ل_{ب}$ ، $ل_{ج}$ کل شارهای سیم پیچ فاز هستند و $r_{آ}$ ، $r_{ب}$ ، $r_{ج}$ مقاومت های سیم پیچ استاتور هستند [۴۶].

اگر کل شارهای متعلق به سیم پیچ ها به صورت باز نوشته شوند، معادله (۱۴) به صورت زیر است. [۴۶]:

$ل_{آ} = L_{آ آ} {من}_{آ} + L_{آ ب} {من}_{ب} + L_{آ ج} {من}_{ج} {+ ل}_{متر آ} ل_{ب} = L_{ب آ} {من}_{آ} + L_{ب ب} {من}_{ب} + L_{ب ج} {من}_{ج} {+ ل}_{متر ب} ل_{ج} = L_{ج آ} {من}_{آ} + L_{ج ب} {من}_{ب} + L_{ج ج} {من}_{ج} {+ ل}_{متر ج}$

(۱۴)

جایی که $L_{آ آ}$ ، $L_{ب ب}$ ، و $L_{ج ج}$ خود القایی سیم پیچ های سه فاز هستند و $L_{آ ب}$ ، $L_{آ ج}$ ، $L_{ب آ}$ ، $L_{ب ج}$ ، $L_{ج آ}$ ، و $L_{ج ب}$ اندوکتانس متقابل بین هر سیم پیچ سه فاز هستند. علاوه بر این، ${من}_{آ}$ ، ${من}_{ب}$ ، و ${من}_{ج}$ جریان سیم پیچ های سه فاز هستند و $ل_{متر من}$ کل شار ایجاد شده توسط آهنرباها در سیم پیچ فاز است [۴۶].

به طور کلی، در PMSM، از آنجایی که آهنرباها روی سطح روتور قرار می گیرند و نفوذپذیری مغناطیسی آهنرباها نزدیک به نفوذپذیری مغناطیسی هوا است، می توان فرض کرد که موقعیت آهنرباها بر اندوکتانس فاز تأثیر نمی گذارد. علاوه بر این، اگر ساختار استاتور متقارن باشد، مقادیر خودالقایی و اندوکتانس متقابل را می توان ثابت در نظر گرفت. [۴۶]. در این صورت اگر

L_{آ آ}

L_{ب ب}

L_{ج ج}

L

L_{آ ب}

L_{آ ج}

L_{ب ج}

م

و معادلات شار کل با معادلات ولتاژ جایگزین می شوند، سپس معادله ولتاژ فاز A به معادله (۱۵) تبدیل می شود. [۴۶].

$V_{آ} = r_{آ} {من}_{آ} + L \frac{{د من}_{آ}}{د_{تی}} + م \frac{{د من}_{ب}}{د_{تی}} + م \frac{{د من}_{ج}}{د_{تی}} + \frac{{د ل}_{متر آ}}{د_{تی}}$

(۱۵)

شکل ماتریسی معادلات مدل سازی PMSM در رابطه (۱۶) نشان داده شده است. [۴۶].

$[\begin{matrix} V_{آ} \\ V_{ب} \\ V_{ج} \end{matrix}] = [\begin{matrix} r_{آ} & ۰ & ۰ \\ ۰ & r_{ب} & ۰ \\ ۰ & ۰ & r_{ج} \end{matrix}] [\begin{matrix} {من}_{آ} \\ {من}_{ب} \\ {من}_{ج} \end{matrix}] + [\begin{matrix} L - م & ۰ & ۰ \\ ۰ & L - م & ۰ \\ ۰ & ۰ & L - م \end{matrix}] \frac{د}{د_{تی}} [\begin{matrix} {من}_{آ} \\ {من}_{ب} \\ {من}_{ج} \end{matrix}] + [\begin{matrix} ه_{آ} \\ ه_{ب} \\ ه_{ج} \end{matrix}]$

(۱۶)

توان الکترومغناطیسی منتقل شده به روتور را می توان به صورت معادله (۱۷) نشان داد. [۴۶].

$پ_{ه} = ه_{آ} {من}_{آ} + ه_{ب} {من}_{ب} + ه_{ج} {من}_{ج}$

(۱۷)

اگر فرض شود که تمام توان الکترومغناطیسی با نادیده گرفتن تلفات مکانیکی به انرژی جنبشی تبدیل می شود، توان مانند رابطه (۱۸) است. [۴۶].

اگر (۱۷) و (۱۸) با هم ترکیب شوند، سرعت روتور را می توان از رابطه (۱۹) به دست آورد. [۴۶].

${تی}_{ه} - {تی}_{L} = j \frac{د {اوه}_{متر}}{د_{تی}} + ب {اوه}_{متر}$

(۱۹)

از آنجایی که شکل موج EMF پشت موتور طراحی شده سینوسی است، تابع شکل موج ولتاژ حرکت به عنوان کسینوس تعریف می شود. ولتاژهای حرکت در رابطه (۲۰) نشان داده شده است. [۴۶].

$f_{آ} (من) = ج o س (من) ، f_{ب} (من) = ج o س (من - \frac{۲ پی}{۳}) ، f_{ج} (من) = ج o س (من + \frac{۲ پی}{۳})$

(۲۰)

جزئیات مدل PMSM طراحی شده در نشان داده شده است شکل ۴.

۲٫۲٫۲٫ نقشه کارایی PMSM

پارامترهای PMSM مدل شده متعلق به موتور طراحی شده و مورد استفاده برای وسیله نقلیه است که در رقابت چالش بهره وری TÜBİTAK شرکت می کند. با انتقال داده های نقشه عملکرد این موتور به محیط MATLAB–Simulink یک جدول جستجو ایجاد شد. از اینجا، راندمان موتور با توجه به سرعت و گشتاور موتور محاسبه شد. سپس از مقدار بازده در بلوک محاسبه مصرف انرژی استفاده شد. مدل نقشه کارایی PMSM در نشان داده شده است شکل ۵.

۲٫۲٫۳٫ درایور PMSM

تکنیک کنترل جریان باند هیسترزیس برای هدایت PMSM استفاده می شود. در تکنیک کنترل جریان باند هیسترزیس، مقدار جریان مجبور می شود بین حدود خاصی باقی بماند، همانطور که در نشان داده شده است. شکل ۶.

در مدل درایور PMSM، جریان مرجع مورد نیاز برای شرایط موجود با استفاده از کنترلر PI پیدا شد. با استفاده از بلوک باند هیسترزیس، سیگنال های محرک گیت مورد نیاز برای راه اندازی سوئیچ های بالایی فازهای A، B و C تولید می شوند. مدل درایور گیت در نشان داده شده است شکل ۷.

۲٫۲٫۴٫ محاسبه نیرو

در این مدل پنج نیروی مختلف موثر بر خودرو محاسبه شده است. با توجه به رابطه (۲۱) نیروی اینرسی وسیله نقلیه محاسبه می شود [۴۷]:

$f_{من} = م_{ج آ r} {\cdot \dot{v}}_{ج آ r}$

(۲۱)

جایی که $f_{من}$ نیروی اینرسی خودرو را نشان می دهد، $م_{ج آ r}$ جرم خودرو را نشان می دهد و ${\dot{v}}_{ج آ r}$ شتاب خودرو را نشان می دهد. در رابطه (۲۲)، نیروی گرانشی مؤثر بر وسیله نقلیه محاسبه شده است [۴۷]: جایی که $f_{g}$ نشان دهنده نیروی گرانشی و g نشان دهنده شتاب گرانشی است.

در رابطه (۲۳)، نیروی مقاومت غلتشی چرخ محاسبه شده است [۴۷]:

$f_{r r} = م_{ج آ r} \cdot g \cdot \cos (آ) \cdot ج_{r r}$

(۲۳)

جایی که $f_{r r}$ نیروی مقاومت غلتشی چرخ ها را نشان می دهد [N]، $ج_{r r}$ ضریب مقاومت غلتشی چرخ را نشان می دهد و $آ$ به زاویه شیب جاده اشاره دارد.

نیروی مقاومت باد در رابطه (۲۴) محاسبه می شود. [۴۷].

$f_{w من n د} = \frac{۱}{۲} \cdot r_{آ من r} \cdot {سی}_{D} \cdot آ_{f} \cdot {(v_{ج آ r} + v_{w من n د})}^{۲}$

(۲۴)

با توجه به معادله (۲۴)

f_{w من n د}

نیروی مقاومت باد را نشان می دهد [N]،

r_{آ من r}

تراکم هوای خشک را در ۲۰ درجه سانتیگراد نشان می دهد [kg/m³]،

{سی}_{D}

ضریب درگ آیرودینامیکی را نشان می دهد،

آ_{f}

منطقه جلوی خودرو را نشان می دهد [m²]،

v_{ج آ r}

سرعت خودرو را نشان می دهد [m/s]، و

v_{w من n د}

سرعت باد را نشان می دهد [m/s] [47].

در معادله (۲۵)، بیان نیروی کشش موثر بر خودرو ارائه شده است [۴۷].

$f_{تی} = f_{من} + f_{g} \cdot س من n (آ) + {س من g n (v_{ج آ r}) f}_{r r} + {س من g n (v_{ج آ r} + v_{w من n د}) f}_{w من n د}$

(۲۵)

۴٫ نتیجه گیری

هدف اصلی این مطالعه ارزیابی مصرف انرژی طرح‌های خودروی برنامه‌ریزی‌شده با استفاده از رویکرد چند رشته‌ای و استراتژی کنترل قبل از مرحله ساخت بود. این تحقیق شامل تجزیه و تحلیل دو طرح خودروی متمایز تحت شرایط خارجی یکنواخت مانند شیب جاده و سرعت باد بود. برای تخمین مصرف انرژی، مدل‌های خودروی دینامیکی با استفاده از MATLAB-Simulink ساخته شدند که پارامترهای عملکرد حیاتی به‌دست‌آمده از ANSYS Fluent، ANSYS Electronics و CATIA را شامل می‌شود. ${سی}_{D}$ ، $آ_{f}$ ، و $م_{ج آ r}$ .

توسعه مدل‌های دقیق در MATLAB–Simulink شامل PMSM، الگوریتم کنترل آن، نقشه کارایی آن و نیروی اصطکاک معادل بود. با ارزیابی نیروهای مؤثر بر وسایل نقلیه، محاسباتی برای تعیین نیروی کشش مورد نیاز برای انتقال چرخ در مدل‌های دینامیکی انجام شد. این نیروی کششی ارزیابی گشتاور بار موثر بر موتور و محاسبه متعاقب آن مصرف انرژی خودرو را تسهیل کرد. برای تنظیم سرعت خودرو، یک کنترلر PI بر اساس یک چرخه درایو مرجع از پیش تعریف شده در نظر گرفته شده برای سناریوی مسابقه مورد استفاده قرار گرفت. تجزیه و تحلیل داده‌های گشتاور بار و سرعت استخراج داده‌های راندمان لحظه‌ای از نقشه بازده موتور را امکان‌پذیر کرد. این پارامترهای کارایی در مدل مصرف انرژی برای محاسبه کل انرژی مصرف شده توسط هر وسیله نقلیه ادغام شدند. پس از آن، مدل باتری مطابق با مصرف انرژی محاسبه شده تخلیه شد.

نتایج مطالعه مصرف انرژی ۱۱۲۴ وات ساعت را برای وسیله نقلیه اول و ۶۳۲ وات ساعت را برای وسیله نقلیه دوم نشان داد، که نشان دهنده کارایی برتر طراحی دوم است. در نتیجه خودروی دوم برای تولید انتخاب و در مسابقه مورد استفاده قرار گرفت. یافته‌های تحقیق بر ضرورت یک تحلیل جامع و بین‌رشته‌ای برای ارزیابی عملکرد خودروهای الکتریکی سبک وزن، شامل عواملی مانند دینامیک سیالات، اصطکاک تایرها، ضرایب درگ، باتری، موتور، اینورتر و سایر اجزای پیشرانه تاکید می‌کنند. این مطالعه زمینه را برای تخمین مصرف انرژی در مرحله طراحی EV ها فراهم می کند. نکته قابل توجه، از آنجایی که این وسیله نقلیه برای مقاصد رقابتی در نظر گرفته شده بود، اجزای اضافی مصرف کننده انرژی مانند روشنایی و تهویه مطبوع عمدا حذف شدند. تحقیقات آینده با هدف ارزیابی تاثیر اجزای کمکی بر مصرف انرژی، کمک به بهبود مستمر در بهره وری خودرو خواهد بود. علاوه بر این، در مطالعات آتی، یکپارچه‌سازی ناوبری در حین رانندگی، پیش‌بینی محدوده زمان واقعی را با در نظر گرفتن ویژگی‌های جغرافیایی مسیر وسیله نقلیه تسهیل می‌کند.

منبع:
۱- shahrsaz.ir , پایداری | متن کامل رایگان | مدلسازی چند رشته ای جامع خودروهای الکتریکی: بررسی تاثیر طراحی خودرو بر مصرف و کارایی انرژی
,۲۰۲۴-۰۶-۰۸ ۰۳:۳۰:۰۰
۲- https://www.mdpi.com/2071-1050/16/12/4928