| Summary: | Tävlingen Eco Marathon som årligen arrangeras av Shell har som mål att utnyttja studenters innovations- och kreativitet för att ta fram konceptbilar med minsta möjliga bränsleförbrukning. Målet med projektet har varit att ta fram en optimerad hybriddrift för en framtida version av Aurora som tävlar i Urban Concept klassen. Denna ska även innehålla regenerativa bromsar som tar tillvara på rörelseenergin vid inbromsningarna. Först gjordes en litteraturstudie och två koncept togs fram för vidare utvärdering. Dessa har sedan utvärderats med hjälp av programmet Simulink som är en del av MATLAB. Stor vikt har lagts vid konstruktionen av dessa simuleringsmodeller för att få dem korrekta. Målet för optimeringen har varit att få den totala bränsleförbrukningen under en simulerad tävling så låg som möjligt. Rekommendationen för en framtida version av Aurora är att använda sig av det parallellhybridskoncept som beskrivs på sida 16 i denna rapport. En elmotor används för att accelerera och bromsa bilen medan förbränningsmotorn driver bilen vid konstant marschhastighet. Tanken med detta koncept har varit att minimera förlusterna vid omvandling av energi. Vid jämförelsen mellan de båda koncepten upptäcktes att parallellhybriden hade en förbrukning som var 4-5 % lägre än en seriehybrid för alla olika driftsförhållanden. Vid simuleringen har en körstil optimerad för just Eco marathon använts och ingen variation av denna har gjorts. Förluster i växlar och liknande har inte behandlats vid simuleringarna då dessa inte har varit relevanta för jämförelsen. Dessa förluster kan dock enkelt inkluderas i modellerna om så önskas. Den enskilda parameter som påverkade bränsleförbrukningen mest var verkningsgraden hos förbränningsmotorn. Däremot var rullmotståndet för bilen en viktig parameter. Vid en fördubbling av rullmotståndet ökade bränsleförbrukningen med 50 %. Rullmotståndet påverkas både av rullfriktionen och av vikten hos fordonet, det är alltså av yttersta vikt att göra bilen så lätt som möjligt. Den regenerativa bromsningen fungerar genom att motorns styrelektronik tar ut en ström ur motorn och transformerar upp spänningen till den aktuella kondensatorspänningen. Vid bromsning från marschfart återvinns ca 70 % av rörelseenergin, tillräckligt för en halv minuts körning vid marschfart eller acceleration upp till 21 km/h. Den regenerativa bromsningen gav en relativt liten fördel men vinsten ökar ju oftare bilen ska bromsas och accelereras. === The goal of this project has been to develop a new hybrid driveline concept, including regenerative braking, for a future version of KTH’s latest Eco-car. The car, Aurora, competes in the urban concept class of Shell Eco-marathon. Students from universities all over the world struggle to race their specially built cars a set distance on the least amount of fuel. In the urban concept class the cars are required to resemble road vehicles to at least some degree. The new driveline should also make use of regenerative braking so that the car’s kinetic energy can be recovered and stored in the vehicle’s super-capacitor. At first, recent literature on the subject of hybrid vehicles and work on Aurora’s predecessor Spiros was studied. With the knowledge of advantages and drawbacks of existing drivelines, two concepts were chosen for further evaluation. These concepts were then modeled in Simulink and simulations were carried out where various parameters were changed in order to maximize fuel efficiency. Great effort has been put into these models to make them as accurate and valid as possible. The recommendation on upgrading the Aurora for its next version is to use the parallel-hybrid driveline concept described on page 16. An electric motor is used to accelerate the car to a designated speed since an electric motor is the most efficient at providing torque at low speeds. After accelerating, an internal combustion engine will power the car. The two main advantages of this system is that energy conversion losses are kept at a minimum, and that the internal combustion engine will operate only at its optimal speed and power, resulting in maximized efficiency. In simulations, the fuel consumption of the parallel driveline was consistently found to be 4-5 % lower than that of the series-hybrid driveline. None of the dynamics in the gasoline engine have been modeled or studied. Its efficiency has been assumed to be constant in the narrow operating range in which the motor is used. Engine efficiency is the most critical factor for achieving low overall fuel consumption. One of the other parameters that influenced fuel consumption the most was rolling resistance. When doubled it would increase the fuel consumption by 50 %. The rolling resistance depends on the rolling resistance coefficient and the total weight of the car.Regenerative braking was able to recover about 70 % of the kinetic energy during an average stop, enough to run the car for half a minute at cruising speed or accelerate the car to 21 km/h. The advantage of regenerative braking was relatively small but would increase if more stops were required during the race.
|
|---|
