Off-highway-ajoneuvojen energiavirtojen hallinta

Abstract

Tässä kvantitatiivisessa tutkimuksessa tarkasteltiin työkoneen dieselmoottorin yhteyteen rakennettua 48 voltin kevythybridijärjestelmää. Järjestelmä koostui dieselmoottorista, sähköavusteisesta turboahtimesta, hihnavetoisesta sähkömoottorigeneraattorista sekä litiumioniakusta. Kevythybridijärjestelmän energianhallintaan suunniteltiin ja toteutettiin sumea sekä malliprediktiivinen säädin. Säädinsuunnittelun jälkeen tutkittiin, paljonko dieselmoottorin polttoaineenkulutusta voidaan parantaa toteutettujen säätimien avulla. Tämän lisäksi tutkittiin, paljonko dieselmoottorin suorituskykyä voidaan parantaa kevythybridijärjestelmän avulla. Mittaukset suoritettiin osittain simulaation ja osittain Turun ammattikorkeakoulun laboratoriossa sijaitsevan dynamometrin avulla. Tulosten perusteella todettiin, että polttoaineenkulutusta kyettiin NRTC-ajosyklin aikana parantamaan sumealla säätimellä parhaimmillaan 4,51 % ja 4,06 % malliprediktiivisellä säätimellä verrattuna vastaavaan sähköistämättömään Stage V -standardia noudattavaan järjestelmään. Suorituskykytarkastelussa tuloksiksi saatiin, että kevythybridijärjestelmä parantaa dieselmoottorin vasteaikaa vääntömomenttipyynnistä vääntömomentin toteumaan noin 36 sekuntia verrattuna Stage V -järjestelmään ja 100 ms verrattuna pelkkää sähköturboa ohjaavaan järjestelmään. Lopullinen kevythybridijärjestelmän saavuttama vasteika vääntömomenttipyynnistä vääntömomentin toteumaan oli 850 ms. Vääntömomenttivasteen absoluuttista suuruutta 1000 rpm pyörimisnopeudella saatiin nostettua noin 180 Nm verrattuna Stage V:n vastaavaan ja noin 100 Nm verrattuna pelkkää sähköturboa ohjaavaan järjestelmään.