تحلیل و کنترل ماشین با دو محور مکانیکی جهت کاربرد خودروهای هیبرید

در دهه های اخیر با بروز روند کاهشی منابع سوخت فسیلی و افزایش آلایندگی ها مصرف بهینه تر این سوخت ها با ایده هیبریدسازی پیشنهاد شده است. خودورهای هیبرید در سه ساختار استاندارد سری، موازی و سری-موازی مورد مطالعه و طراحی قرار گرفته اند. در ساختار سری-موازی با تلفیق مزایای دو ساختار دیگر، هم نقطه کار موتور احتراقی از چرخ ها مستقل می شود و هم کل توان تولیدی موتور احتراقی در تبدیلات متوالی وارد نمی شود. ساختار سری-موازی می تواند در پیکربندی های مختلف پیاده سازی شود. پیکربندی استاندارد این ساختار شامل یک ژنراتور، یک موتور الکتریکی و یک جعبه دنده سیاره ای است. این پیکربندی در خودرو تویوتا پریوس که یکی از خودروهای هیبرید موفق و پر فروش در سال های اخیر می باشد، استفاده شده است و با نام ths-ii شناخته می شود. در این رساله با ایجاد تغییراتی در این پیکربندی، پیکربندی جدید مبتنی بر ماشین با دو محور مکانیکی(dmp) معرفی خواهد شد. در ساختار مبتنی بر ماشین با دو محور مکانیکی، این ماشین جایگزین ژنراتور، موتور الکتریکی، جعبه دنده سیاره ای و چرخ دنده کوپل کننده گشتاور می شود. در این رساله ساختار استاندارد خودرو سری-موازی با دو ساختار دیگر از جهات مختلف مقایسه شده اند و در نتیجه ساختار مبتنی بر ماشین dmp به دلیل قابلیت جایگزینی ماشین dmp با جعبه دنده دستی در خودروهای غیر هیبرید موجود و تبدیل آنها به خودرو هیبرید و همچنین به دلیل مزایای متعدد در کاهش تجهیزات نصب، بدنه خارجی ماشین ها و خنک سازی، به عنوان ساختار مناسب و برتر پیشنهاد گردیده است. پس از مقایسه ساختارها و انتخاب ساختار بهینه، خودرو هیبرید سری-موازی مبتنی بر ماشین با دو محور مکانیکی طراحی و از جنبه های مختلف از جمله مصرف سوخت، میزان تولید آلایندگی، پارامترهای کارایی خودرو و قیمت تمام شده بهینه سازی و در نهایت شبیه سازی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده یک ماشین با دو محور مکانیکی با ساختار سیم بندی متمرکز طراحی و سپس با روش شبیه سازی المان محدود اعتبارسنجی شده است. پارامترهای مدل دینامیکی ماشین dmp نیز از شبیه سازی المان محدود استخراج شده است. سپس معادلات روش کنترل حداکثر گشتاور بر آمپر و معادلات محدودیت های ماشین استخراج شده است. در نهایت نیز یک نمونه آزماشیگاهی از ماشین dmp طراحی، بهینه سازی و ساخته شده است و این ماشین با اینورترها و بوردهای الکترونیکی طراحی شده تست شده و نتایج عملی ارائه گردیده است.