بخشی از مقاله
چکیده
مصرف روز افزون سوخت های فسیلی باعث کاهش منابع زیرزمینی نفت شده است. همچنین استفاده از سوخت های فسیلی تأثیرات مخربی روی اتمسفر می گذارد که شامل گرم شدن زمین و آلایندگی هوا می باشد. استفاده از سوختهای فسیلی باعث تولید گازهای Co، Nox و زنجیرهای سوخته نشده هیدرو کربنی میشود که برای انسان و موجودات زنده مضر هستند.
اقتصاد جهانی در حال تلاش به سمت انرژی های پاک در برابر این تغییرات می باشد. به همین دلیل صنایع خودرو سازی گام های علمی موثری در این زمینه برداشته اند که حاصل از این تلاش خودروهای الکتریکی و خودروهای هیبریدی الکتریکی می باشد که تاثیر بسزایی در کاهش میزان تولید آلایندههای زیست محیطی دارند.
آنچه در این مقاله مورد بررسی واقع می شود مدل سازی و شبیه سازی خودروی هیبریدی موازی و تعیین اندازه بهینه - سایزینگ - اجزای این خودرو را طی عملیات بهینه سازی بدست میآید. که شامل پکیج باتری،موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی می باشد. که اهداف اصلی در این بهینه سازی به حداقل رساندن آلایندگی زیست محیطی ومصرف انرژی در یک سیکل حرکتی می باشد.این خودرو شبیه سازی شده در یک شهر مجازی - سیکل ترکیبی - FTP_WHFETآزمایش شده است و عملکرد آن از نقطه نظر آلایندگی خودرو سنجیده شده است نتایج شبیه سازی عملکرد مطلوب سایزینگ و کاهش آلایندگی را نشان میدهد.
-1 مقدمه
در حال حاضر مصرف انرژی در جهان 10 گیگا تن برساعت است و پیشبینی میشود تا سال2020 به 14 گیگا تن بر ساعت افزایش یابد %40 - افزایش - . دیاکسید کربن که یک گاز گلخانهای است نقش کلیدی را درگرم شدن کره زمین بازی میکند. که یکی از عوامل آلایندگی هواست که نقش مهمی در تغییرات آب و هوایی سالهای اخیر دارد. [1] دی اکسید کربن که یک گاز گلخانهای است نقش کلیدی را درگرم شدن کره زمین بازی می کند.گازهای گلخانهای تشعشعات مادون قرمز خورشید که توسط زمین باز تابش می شود را جذب کرده و باعث به دام افتادن انرژی در اتمسفر و نهایتاً گرم شدن کره زمین میگردند. همانطور که در شکل 1 نمایش داده شده است، یک سوم کربن دی اکسید جهان در اثر حمل و نقل تولید میشود
بنابراین با کاهش مصرف سوخت و آلایندگی وسایل نقلیه، میتوان کاهش بسزایی درآلایندگی و مصرف سوخت جهان را باعث شد. طی 15 سال آینده میزان دی اکسید کربن موجود در جو زمین بیش از %38 افزایش خواهد یافت که مقدار قابل توجهی است .
شکل .Error> No text of specified style in document. سهم حمل و نقل در تولید کربن دی اکسید جهان
یکی دیگر از گازهای آلاینده تولید شده از خودروهای با موتور احتراقی منوکسید کربن میباشد که گازی است بی رنگ و بی بو که حتی در تراکم های بسیار کم نیز برای انسان و سایر جانوران خطرناک است. این گاز بیشتر در اثر احتراق ناقص سئختهای فسیلی تولید می شود. هنگامی که در فرایند سوخت مواد آلی ، اکسیژن حاضر جهت احتراق کم باشد، منوکسید کربن تشکیل می شود.
منبع نشت CO در مناطق شهری وسایل نقلیه موتوری هستند به طوری که میزان منوکسید کربن با افزایش تعداد وسایل نقلیه در مناطق مختلف شهر افزایش می یابد. طبق برآورد سازمان بهداشت جهانی مقدار تولید منوکسیدکربن در جهان به طور تقریبی2600 میلیون تن در سال برآورد گردیده است که %60 این مقدار توسط فعالیتهای انسانی تولید می شود .
روند رو به رشد مصرف سوخت های فسیلی برای حمل و نقل باعث شده تا وسایل نقلیه %33گازهای گلخانه جهان را تولید کنند .[4]طبق آماری که توسط کارشناسان بدست آمده خودروهای احتراق داخلی یکی از اصلی ترین منابع آلودگی هوا درشهرهای بزرگ می باشند،که 57درصد از اکسیدهای نیتروژن و82درصدازمنواکسیدکربن موجود در هوای شهرهای بزرگ ناشی از خودروهای احتراق داخلی است که طبق همین آمار ،با جایگزینی خودروهای هیبریدی بجای خودروهای احتراق داخلی ،آلودگی هوا را به میزان 92درصد اکسیدهای نیتروژن و99درصد منواکسید کربن،کاهش می دهد.
مشکل اصلی این خودروها حجم و وزن زیاد باتری های ذخیره کننده انرژی می باشد.خودروهای هیبرید ترکیبی از خودروهای برقی و خودروهای احتراق داخلی می باشند که در مواقع لزوم مانند شتابگیری و نیاز به شارژباتریها از موتور احتراق داخلی استفاده می کنند بنابراین به تعداد باتری کمتری نیاز دارند.برای کاهش مصرف سوخت و آلایندگی در خودروهای هیبریدی دو راه وجود دارد
کاهش وزن خودرو و کاهش تلفات خودرو نظیر تلفات آیرودینامیکی و اصطلاحات چرخشی تایر.-2افزایش بازده سوخت مصرفی درموتوراحتراق داخلی. راه حل اول به طراحی کلی خودرو وابسته است درحالی که روش دوم روی آرایش و طراحی سیستم انتقال قدرت خودرو تاکید دارد.خودروهای هیبریدی از دو منبع توان جهت تامین انرژی حرکتی خودرو استفاده می کنند که شامل موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی است.بسته به اینکه سیستم انتقال قدرت خودرو چه آرایشی داشته باشد،خودروهای هیبریدی به چهار دسته :سری،موازی،سری-موازی وهیبریدتقسیم بندی می شوند.
طراحی و سایزینگ خودروی هیبریدی باید به گونه ای صورت گیرد که اهداف زیرصورت گیرد:
-1حل مشکل کارکرد موتور احتراق داخلی که تنها در محدوده خاصی از بازده عملکرد خود راندمان بالایی دارد که این مشکل درحرکت در شرایط با ترافیک سنگین نشان می دهد
-2در سیستم ترمز گیری است که توان استفاده شده برای به حرکت درآوردن خودرو را به گرما تبدیل کرده و به هدر می دهد.
در حالت عملکرد بهینه خود واستفاده از ترمز بازیاب جهت کاهش اتلاف انرژی در ترمز گیری این معایب تاحدودی برطرف شوند. برهمین اساس با بهره گیری از نتایج شبیه سازی شده از مناسب ترین موتور احتراق داخلی بسته به مشخصات فنی خودرو،مناسب ترین موتور الکتریکی جهت کمک به موتور احتراق داخلی به منظور قرار دادن آن در حالت عملکرد بهینه و کارآمدترین باتری هاجهت تامین انرژی موتورالکتریکی و ذخیره سازی انرژی حاصل از بازیابی انرژی شناسایی می شود.با توجه به اجتناب ناپذیر بودن شبیه سازی جهت رفع اشکالات احتمالی و دست یابی به بهترین طراحی و کاهش هزینه ها از ADVISOR به عنوان شبیه ساز استفاده شده است
خیالون وو و همکاران،توسط الگوریتم بهینه سازی PSO،اندازه یک خودروی هیبریدی موازی را بهینه سازی کرده اند. بهینه سازی به منظور کاهش مصرف سوخت و آلایندگی انجام شده است، بطوریکه تابع هدف بصورت جمع وزنی مصرف سوخت و آلایندگی تعریف شده است.
در مرجع [12]روبرت وینستوک و همکاران یک خودروی هیبریدی سری را در نظر گرفته اند، این خودروکه فورد اسکورت نام دارد که توسط کمپانی فورد تولید میشود. نویسندگان اندازه بهینه اجزای این خودرو را طی عملیات بهینه سازی بدست آوردهاند. این اجزا شامل پکیج باتری، مجموعه شارژ باتری شامل ژنراتور و موتور احتراق داخلی، موتور الکتریکی و مبدل الکتریکی دوفاز به سه فاز، میباشد. بهینه سازی با هدف کاهش آلایندگی انجام گرفته است بطوریکه عملکرد دینامیکی خودرو حفظ شود و همچنین هزینه شارژ الکتریکی که از شبکه برق شهر گرفته میشود، به کمترین مقدار برسد. عملکرد دینامیکی به همراه چند قید دیگر در تابع جریمه گنجانده شده است. نتایج نشان داده است که خودروی بهینه شده نسبت به نمونه اصلی فورد اسکورت الایندگی کمتری داشته است.
