The paper deals with the mathematical modelling, simulation and experiment of a hydrostatic traction drive system with hydro-pneumatic accumulator as a secondary power source which was applied to hybrid drives. Such a system, thanks to two-directional energy flow makes the realization of the whole cycle of vehicle movement possible. The energy transfer during steady driving and acceleration as well as energy recuperation during braking depend on correct selection of a hydro-pneumatic accumulator.
PL
Artykuł dotyczy matematycznego modelowania, symulacji i eksperymentu hydraulicznego napędu jezdnego z akumulatorem hydro-pneumatycznym jako wtórnym źródłem energii, który można zastosować w napędach hybrydowych. Taki układ, dzięki dwukierunkowemu przepływu energii, umożliwia realizacje całego cyklu ruchu pojazdu. W układach tych oddawanie energii podczas jazdy ustalonej i przyspieszaniu oraz odzyskiwanie energii podczas hamowaniu, zależy od prawidłowego doboru akumulatora hydro-pneumatycznego.
Artykuł dotyczy modelowania dynamicznego i wyników symulacji numerycznej hydraulicznego systemu regulacji wtórnej, który znajduje zastosowanie w napędach pojazdów. Wtórna jednostka napędowa z regulacją wtórną jest włączona do stało-ciśnieniowego (p = const) układu hydrostatycznego. Regulacja wtórna jest stosowana do dostosowania prędkości obrotowej n i momentu M wtórnej jednostki napędowej do obciążenia układu jezdnego. Wtórna jednostka napędowa podczas przyspieszania i ustalonej jazdy funkcjonuje jak silnik hydrauliczny, a w czasie hamowania jak pompa hydrauliczna. W czasie hamowania (hamowania odzyskowego) możliwa jest rekuperacja (odzysk) energii kinematycznej i jej akumulowanie w akumulatorach hydropneumatycznych.
EN
This paper deals with dynamic model and results of numerical simulation of hydraulic secondary control systems which find application in vehicles drives. The secondary driving unit with secondary control was incorporated into the hydrostatic constant pressure system (p = const). The secondary control is applied to adjust the rotational speed n and momentum M of the secondary driving unit to traction system loading. The secondary driving unit functions as hydraulic motor during acceleration and stabilised motion and as a pump during braking. During breaking (recuperative braking) there is a possibility of kinetic energy recuperation and its subsequent accumulation in hydro-pneumatic accumulators.
Praca została poświęcona prezentacji wyników badań eksperymentalnych wybranych elementów hybrydowego układu napędowego pojazdu. Rozważany układ napędowy składa się z napędu elektrycznego, który jest wspomagany akumulatorowym napędem hydrostatycznym. W pracy skoncentrowano się na prezentacji wyniki badań eksperymentalnych wybranego podzespołu napędu hydrostatycznego, jakim jest akumulator hydropneumatyczny. Prezentowane w pracy wyniki badań doświadczalnych dotyczyły identyfikacji rzeczywistych właściwości akumulatorów hydropneumatycznych oraz wyznaczenia ich charakterystyk podczas całego cyklu pracy. Przedstawione zostały badania służące identyfikacji parametrów akumulatora. Uzyskane wyniki badań doświadczalnych zostały porównane z przebiegami teoretycznymi. Badania właściwości akumulatora hydropneumatycznego zostały przeprowadzone celem identyfikacji parametrów wybranych elementów hybrydowego układu napędowego pojazdu. Na podstawie opracowanego matematycznego modelu układu napędowego pojazdu powstanie model numeryczny służący do badań pojazdu w wybranych sytuacjach drogowych.
EN
In this paper a battery-electric drive supported by a hydrostatic drive is considered. Such a drive can be employed for accelerating or breaking a vehicle. One of the main components of such drive system is hydro-pneumatic accumulator. In this paper results of experimental investigations of the hydro-pneumatic accumulator are presented. The presented experimental results are related to the identification of the properties of hydro-pneumatic accumulator and the determination of its characteristics during charging and discharging. The experimental results are compared with theoretical values. The analysis of the hydraulic accumulator will be used to propose a model of the drive in the form of an electro-hydrostatic-mechanical structure. That structure will be used in preliminary numerical studies of energy transmission and conversion processes during different stages of the vehicle movements.
W pracy zajmujemy się akumulatorowym napędem elektrycznym, który jest wspomagany akumulatorowym napędem hydrostatycznym. Rozważamy możliwości zastosowania takiego układu do napędzania i hamowania pojazdu. Prezentowane wyniki badań dotyczą badań wybranego podzespołu napędu hydrostatycznego jakim jest akumulator hydropneumatyczny. Zaprezentowane wyniki badań doświadczalnych dotyczyły identyfikacji rzeczywistych właściwości akumulatorów hydropneumatycznych oraz wyznaczenia ich charakterystyk podczas ładowania oraz rozładowywania. Wyniki badań doświadczalnych zostały porównane z przebiegami teoretycznymi. Identyfikacja parametrów akumulatora hydropneumatycznego będzie służyła w dalszych badaniach do opracowania pełnego modelu komputerowego napędu hydrostatycznego oraz modelu pojazdu. Wspomniana struktura będzie wykorzystana do wstępnych symulacyjnych badań przetwarzania energii w różnych fazach ruchu pojazdu z napędem hybrydowym elektryczno-hydrostatycznym.
EN
In this paper a battery-electric drive supported by a hydrostatic drive is considered. Such a drive can be employed for accelerating or breaking a vehicle. One of the main components of such drive system is hydraulic accumulator. In this paper results of experimental investigations of the hydraulic accumulator are presented. The presented experimental results are related to the identification of the properties of hydraulic accumulator and the determination of its characteristics during charging and discharging. The experimental results are compared with theoretical values. The analysis of the hydraulic accumulator will be used to propose a model of the drive in the form of an electro-hydrostatic-mechanical structure. That structure will be used in preliminary numerical studies of energy transmission and conversion processes during different stages of the vehicle movements.
W artykule przedstawiono metodę modelowania akumulatora hydropneumatycznego na przykładzie akumulatora tłokowego stosowanego w układach hydraulicznych m.in. jako wtórne źródło energii. Opracowany został model matematyczny akumulatora ze szczególnym uwzględnieniem równań opisujących zachowanie się gazu w akumulatorze (między innymi równanie Van der Waalsa i Benedicta-Webba-Rubina). Otrzymane wyniki z badań symulacyjnych dla różnych modeli gazu porównano z badaniami uzyskanymi podczas testów doświadczalnych i dokonano oceny, który z przyjętych modeli najlepiej odzwierciedla przebiegi parametrów rzeczywistego akumulatora.
EN
The paper deals with the simulation model of hydro-pneumatic accumulator. Mathematical model of the system uses the motion and flow continuity equations, as well as, formulas determining hydro-pneumatic piston accumulator behavior. A few models of real gas were used to calculate gas parameters in accumulator (eg Van der Waals and Benedict-Webb-Rubin eguations) and numerical model of the accumulator was elaborated. Simulation tests were performed for different work cycles and compared with experimental tests to determine which models accurately reflects the behavior of the real hydro-pneumatic accumulator.
W pracy rozpatrujemy procesy termodynamiczne powstające w komorach z gazem akumlatora hydro-pneumatycznego w trakcie napędzania bezwładnika odwzorowującego inercję pojazdu. Bezpośrednim celem tych badań jest energetyczna analiza procesów przemiany energii w czasie napędu. Badania te będą prowadzone przy użyciu modelu w postaci układu termodynamiczno-mechanicznego. W prezentowanej wersji modelu pominięto wszelkie zjawiska dyssypacyjne, które będą rozpatrywane w następnych pracach. Badania symulacyjne będą prowadzone w celu ustalenia parametrów przyjętego modelu. Zasadniczym elementem rozważanego modelu jest akumulator hydro-pneumatyczny, dla którego należy ustalić charakterystykę oraz dopuszczalny zakres pracy obu akumulatorów. Prace wykonano w ramach projektu, który został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2011/01/B/ST8/06822.
EN
A hydrostatic drive system with hydro-pneumatic accumulators consists of a bilateral hydrostatic machine with two hydro-pneumatic accumulators attached. This type of a drive system can be a part of the hydrostatic hybrid in which hydro-pneumatic accumulators are employed for breaking the vehicle. In this article an analysis of the flow of energy between hydropneumatic accumulators, hydrostatic machine, inertia element and surrounding environment is presented. In the analysis a model of transmission system with some extent of idealization of energy conversion process is considered. The main part the discussion here is related to thermodynamic changes in the gas chambers of hydro-pneumatic accumulators. These changes take place inside chambers with a constant amount of gas. The energy stored in hydro-pneumatic accumulator is exchanged with an inertia element as the hydrostatic energy and with the environment as heat. By recourse to the hydrostatic machine, the hydrostatic energy can be exchanged with the kinetic energy of the inertia element. For the considered process of energy exchange a mathematical description of inertia element motion and thermodynamic processes in chambers of hydro-pneumatic accumulators was formulated. This aproach resulted in a mathematical formulation leading to a set of algebraic equations.
Celem zaprezentowanych badań procesu lądowania akumulatorów hydropneumatycznych w hydrostatycznym układzie napędowym hydrobusu jest dobór „optymalnych" parametrów pracy układu sterowania oraz identyfikacja zaproponowanego modelu. Jako efekl badań otrzymano przebiegi wielkości charakterystycznych dla procesu, które pozwalają zaproponować parametry pracy regulatora oraz dokonać identyfikacji przedstawionego modelu.
EN
The aim of the presented experimental researches of hydropneumatical accumulator charging process in hydrostatic power transmission system is to select "optimal" working parameters of controlling system and identification of the proposed model. The Simuiink - a cover for Matlab environment - was used as a too! to carry out simulation tests. The obtained result of the researches are courses of the characteristic quantities for the charging process in time function, which let to propose working parameters of the regulator and to make quantitative and qualitative identification of the presented model.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Działanie akumulatorów hydropneumatycznych oparte jest na wykorzystaniu ściśliwości gazu do akumulowania energii. Czynnikiem roboczym jest najczęściej azot, jako gaz obojętny. W sensie termodynamicznym można rozpatrywać akumulator jako jednorodny, zamknięty układ z odpowiednimi parametrami stanu.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.