Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Mohsen Esfahanian
سعید ضیائی راد (استاد مشاور) محسن اصفهانیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
MOHAMMAD SALEHI
محمد صالحی ملک آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Designing and Simulation of a Flywheel Hybrid Power-train for a Mini-car
Nowadays hybrid power trains represent one of the most effective ways of reducing fuel consumption and exhaust gas emissions in vehicles. Electric hybrid power trains has been in focus of hybrid technology since 1970 but instinctive limitations of electric systems like low round trip efficiency and low power density motivate some researchers to search for alternative systems in power train hybridization. Storing energy in a high-speed rotating wheel is one of them. Despite of its benefits like high power density and large round trip efficiency, it has some complexities. One of them is to maintaining continuous power flow between three rotating shaft with independent varying speed. In this thesis, an innovative parallel structure of flywheel hybrid power train is introduced which consists of a high speed flywheel, a fixed ratio gear set, a clutch, an infinitely variable transmission (IVT) and a torque coupling. Reducing energy dissipation by disengaging the flywheel clutch in flywheel standby mode and maintaining power flow in flywheel power train with its slipping mode are some privileges of the represented structure. It is shown that an IVT structure with proposed power flow represent better efficiency than other types. Using a fixed ratio gear set before the flywheel reduces power loss in IVT. Mechanical behaviors of all consisting components are modeled considering the effect of inertia, aerodynamic drag and friction. This model is integrated with a conventional power train in ADVISOR software and is controlled by a combined control strategy consisting operating point optimization, regenerative braking and automatic engine start-stop. The Simulation results of the system in standard drive cycles for a light car shows reduction of about 25 percent in fuel consumption and 30 percent in exhaust gas emissions. The ratio of the flywheel gear set has been optimized. A further investigation about comparing flywheel hybrid power trains with electrical ones is also carried on which shows that a mechanical power train represent better efficiency in low power density vehicles like city buses. The results also indicate that mechanical hybrid power trains have better efficiency in high power density vehicles like light vehicles. In conclusion, simulating a city bus in city bus drive cycles shows about 30 percent reduction in fuel consumption even without start-stop mode which confirms that mechanical power trains are more efficient in heavy vehicles. Key Words: Mechanical Hybrid Vehicles, Flywheel hybrid, Fuel Consumption Reduction, Exhaust Gas Emission Reduction
امروزه خودروهای هیبریدی به عنوان جدی‌ترین راهکار کاهش مصرف سوخت و انتشار آلاینده‌ها مطرح می‌باشند. تاکنون خودروهای هیبریدالکتریکی در کانون توجه بوده است. اما محدودیت‌های مربوط به ذخیره‌ی انرژی در باتری‌های الکتروشیمیایی و بازدهی کم ذخیره و بازیابی انرژی در سامانه‌های الکتریکی موجب شده‌است که ذخیره‌ی انرژی بصورت مکانیکی به عنوان یک راهکار جدید مطرح گردد. یکی از این روش‌ها، ذخیره‌ی انرژی در یک فلایویل دوار است. این روش ذخیره با وجود مزایای انکار ناپذیری که دارد با پیچیدگی‌هایی همراه است. در این پرژه ساختاری که برای تبادل انرژی بین چرخ‌گردان و قوای محرکه‌ی اصلی خودرو در نظر گرفته شده‌است به ترتیب شامل چرخ‌گردان، نسبت‌دنده ثابت، کلاچ، سامانه‌ی تبدیل دور بی نهایت و اتصال مکانیکی به خط قوای محرکه‌ی اصلی است. پیرامون انتخاب نوع جریان توان در سامانه‌ی تبدیل دور بینهایت بحث شده‌ و نوع مناسب برای این ساختار انتخاب شده‌است. سپس رفتار قطعات به کار رفته با عنایت به افت توان‌های مربوطه و اینرسی دورانی به صورت روابط ریاضی مدل گردیده‌است. سپس این ساختار به طور موازی در کنار یک قوای محرکه‌ی متداول در نرم‌افزار ADVISOR و در چرخه‌های حرکتی مختلف برای یک خودروی سواری شبیه‌سازی و نتایج استخراج شده‌است. استراتژی کنترلی در نظر گرفته شده شامل بازیابی انرژی ترمز‌گیری، بهینه‌سازی نقاط کاری و خاموش-روشن شدن خودکار می‌باشد. براساس نتایج حاصله، این ساختار می‌تواند به طور میانگین 25% مصرف سوخت و 30% تولید آلاینده‌ها را کاهش دهد. سپس عملکرد این سامانه در خودروها با توان ویژه‌های متفاوت بررسی و پس از مقایسه‌ی نتایج با خودروی هیبرید الکتریکی نشان داده شد که خودروی هیبرید فلایویلی در توان ویژه کمتر که مشخصه‌ی خودروهایی همچون اتوبوس‌های درون‌شهری است، کارایی بهتری نشان می‌دهد. درنهایت یک اتوبوس درون‌شهری مجهز به این ساختار شبیه‌سازی شد که با تائید پیش‌بینی انجام شده به طور میانگین کاهش 30% در مصرف سوخت را نشان داد. هیبرید مکانیکی- هیبرید فلایویلی- کاهش مصرف سوخت- کاهش آلاینده ها

ارتقاء امنیت وب با وف بومی