SISTEM MECATRONIC DE RECUPERARE A ENERGIEI ... - IPA SA

PROGRAMUL CEEX
CONTRIBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI
SISTEM MECATRONIC DE RECUPERARE A ENERGIEI
DE FRANARE LA AUTOVEHICULE GRELE PENTRU
EFICIENTIZAREA ENERGETICA A ACESTORA
Contract CEEX nr. X1C06/03.10.2005
Dr. ing. Corneliu CRISTESCU, director de proiect, INOE 2000 – IHP Bucuresti;
Ing. Ioan LUNG, responsabil de proiect, INCDMF Bucuresti;
Dr. Ing. Radu CIUPERCA, responsabil de proiect, INMA Bucuresti;
Conf, dr. Ing. Gabriel ANGHELACHE, responsabil de proiect, UPB- CPSCTA;
Dr. Ing. Adrian MIREA, responsabil de proiect, SC ROMFLUID SRL Bucuresti.
Cuvinte cheie: sisteme mecatronice, sisteme regenerative de franare, actionari hidraulice, sisteme
hibride, autovehicule rutiere, sisteme de franare, recuperarea energiei, eficientizare energetica.
Rezumat: In articol se prezinta unele aspecte privind noile sisteme hibride de propulsie a
autovehiculelor rutiere, care urmaresc recuperarea energiei cinetice, in faza de franare si
utilizarea acesteia in faza de demarare, in scopul reducerii consumului de combustibil si a poluarii
mediului. In final se prezinta sistemul mecatronic de recuperare a energiei de franare proiectat si
realizat ca urmare a derularii proiectului de cercetare de excelenta, contract X1C06/2005.
1. INTRODUCERE
Se stie ca resursele de combustibili fosili sunt limitate si neregenerabile si ca, in acest secol, ele
se vor epuiza. Numarul de autovehicule rutiere este din ce in ce mai mare, iar cantitatea emisiilor
de gaze, un pericol pentru viata oamenilor si calitatile mediului, este in continua crestere.
Preocuparea constructorilor de autovehicule pentru reducerea consumului de combustibil si
reducerea emisiilor poluante s-a materializat prin dezvoltarea de vehicule putin poluante si cu
consum redus de combustibil. Din categoria acestora, fac parte si vehiculele hibride.
Constructorii de autovehicule considera ca una dintre solutiile radicale pentru reducerea
substantiala a consumului de combustibil si a emisiilor poluante.este schimbarea modului de
propulsie, prin promovarea sistemelor hibride de propulsie, considerate ca solutii de viitor
Sistemele de propulsie care au in componenta lor, pe langa un sistem conventional cu motor
cu ardere interna, cel putin inca unul capabil sa furnizeze cuplu de tractiune la rotile
automobilului si care sa recupereze o parte din energia cinetica din fazele de decelerare, sunt
cunoscute sub denumirea de sisteme hibride regenerative [1].
Sistemele de actionare pentru redarea energiei recuperate sunt de tipul: hidromecanice
(hidrostatice sau hidrodinamice), electromecanice(curent continuu sau alternativ) si mecanice.
In prezent, o concurenta deosebita se dezvolta intre sistemul hibrid termo-electric, care pe
linga motorul termic mai are si un sistem electric, si sistemul hibrid termo-hidraulic, care pe
langa motorul termic de actionare mai are si un sistem hidraulic de propulsie.
INOE 2000-IHP, impreuna cu partenerii sai: INCDMF Bucuresti, INMA Bucuresti,
Universitatea POLITEHNICA Bucuresti si ROMFLUID Bucuresti, deruleaza un proiect de
amploare, in cadrul Programului Cercetare de Excelenta-CEEX, care vizeaza realizarea de sisteme
si echipamente mecatronice complexe pentru recuperarea energiei cinetice, in fazele de frinare, la
autovehicule rutiere si redarea acesteia in fazele de denarare/accelerare, in scopul reducerii
substantiale a consumului de combustibil si a poluarii mediului.
UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007
13

PROGRAMUL CEEX
CONTRIBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI
Solutia tehnica de realizare aleasa de parteneri eate aceea a unui sistemul hibrid termohidraulic
paralel, prezentat in cele ce urmeaza.
2. PREZENTAREA SISTEMULUI MECATRONIC DE RECUPERARE
Solutia de principiu, adoptata de parteneri, a fost aceea de recuperare hidraulica a energiei
de franare, utlizandu-se, in acest sens, o masina hidraulica care functioneaza ca
generator/pompa, in faza de franare si ca motor in faza de accelerare, energia hidraulica find stocata
in acumulatoare hidro-pneumatice [2].
Sistemul de recuperare a energiei de franare a fost dezvoltat in conceptia mecatronica,
considerata ca singura tehnologie capabila sa gestioneze regimurile tranzitorii rapide
caracteristice, coroborand, intr-un timp foarte scurt, toate subsistemele proprii si cele ale
vehiculului de baza cu care se interfateaza, inclusiv legaturile si interconditionarile dintre ele.
In acest sens, s-a elaborat o schema bloc, de principiu, pentru un sistem mecatronic de
recuperare a energiei de franare, prezentata in figura 1.
14
Fig. 1 Schema bloc a sistemului mecatronic de recuperare a energiei de franare
Sistemul mecatronic pentru recuperarea energiei de franare se compune din 4 subsisteme:
subsistemul mecano-hidraulic; subsistemul electronic de comanda si control; subsistemul senzoritraductoare
masurare parametri; subsistemul informational de conducere process.
Aceasta componenta defineste si fundamenteaza conceptia mecatronica de realizare a
proiectului. Sistemul mecatronic pentru recuperarea energiei de franare la autovehiculele grele
realizat functioneaza pe baza unui soft dedicat, care monitorizeaza sistemul si permite
inregistrarea marimilor de iesire si modificarea parametrilor de intrare.
UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

PROGRAMUL CEEX
CONTRIBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI
3. PREZENTAREA SOLUTIEI TEHNICE DE REALIZARE SI MONTARE
Pentru montarea/implementare sistemului de recuperare a energiei si realizarea cercetarilor
experimentale, in conditiile unor cheltuieli de executie si experimentare minime, s-a utilizat un
autovehicul rutier de tipul ARO–243, cu tractiune 4x4.,care prin constructia sa specifica, permite
extrapolarea solutiei cercetate si la autovehicule rutiere grele.
Solutia tehnica testata poate fi aplicata atat la automobilele mai usoare, precum ARO 243, cat
si la autovehiculele mai grele, utilizate de obicei pentru sarcini mari de transport [3].
Acest autovehicul permite intreruperea lantului de actionare termica a puntii din spate, prin
demontarea axului cardanic corespunzator, ramanand actionarea termica doar pe puntea din fata,
de la motorul Diesel, MD si cutia de viteze CV, prin intermediul transmisiei cu roti dintate si a
axului cardanic existente, precum si a unui traductor de cuplu si turatie TMR, adaptat special.
Acesta reprezinta subsistemul termic de propulsie al autovehiculului.
Prin montarea unui subsistem mecano-hidro-pneumatic de actionare a puntii din spate a
autovehiculului, s-a realizat sistemul hibrid termo-hidraulic de propulsie.
Subsistemul mecano-hidro-pneumatic de propulsie se ccompune din urmatoarele parti:
- transmisia hidro-mecanica, formata dintr-o transmisie cu lant prevazuta cu un traductor de
cuplu si turatie TMR si o unitate/masina hidraulica UH, care functioneaza ca pompa, in faza de
franare si ca motor in faza de demarare;
- statia hidraulica propriu-zisa, SH, care contine rezervorul de ulei si blocurile hidraulice cu
aparatura necesara realizarii functiilor necesare;
- bateria de acumulatoare hidro-pneumatice, care permit stocarea energiei hidrostatice si
alimentarea motorului hidraulic in faza de demarare a autovehiculului.
Sistemul mecatronic mai contine un subsistem senzori-traductoare pentru masurarea
parametrilor principli ai sistemului: debite , presiuni, turatii, momente, acceleratii etc.
Pe langa cele doua subsisteme prezentate, sistemul hibrid termo-hidraulic de propulsie mai
are un susbsistem electronic de comanda si control si un sistem informatic de conducere a
procesului, totul realizat intr-o conceptie moderna, mecatronica.
In figura 2 se prezinta modelul conceptual al sistemului hibrid termo-hidraulic de propulsie al
autovehiculului ARO 243, care sta la baza cerectarilor teoretice si experimentale necesare.
Fig. 2 Modelul conceptual al sistemului hibrid termo-hidraulic de propulsie
Modelul conceptual evidentiaza elementele fizice esentiale ale sistemului si anume: transmisia
hidromecanica la masina hidraulica (UH), bateria de acumulatoare hidropneumatice (AC1 si AC2),
traductoarele de moment si turatie principale (TMR), precum si motorul termic (MD) si cutia de
viteze (CV), existente pe autovehiculul experimental.
UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007
15

PROGRAMUL CEEX
CONTRIBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI
Dupa cum s-a mentionat, montarea sistemului de recuperare a energiei de fanare s-a facut pe un
autovehicul tip ARO 243, figura3a. Transmisia hidromacanica este prezentat in figura 3b, statia
hidraulica in figura 3c si bateria de acumulatoare în figura 3d.
16
Fig. 3 Montarea subsistemului mcano-hidraulic pe ARO 243
Subsistem senzori-traductoare masurare parametri consta din totalitatea sesizorilor si
traductoarelor necesare pentru monitorizarea si controlul proceselor; iar montarea acestora s-a facut
pe locurile corespunzatoare pentru preluarea in bune conditii a evolutiei parametrilor de interes.
Subsistem informational de conducere a proceselor, consta din sistemul de schizitie si control,
inclusiv calculatorul de proces, este amplasat, de asemenea, in interiorul autovehiculului.
4. CONCLUZII
Din cele prezentate mai sus, rezulta clar posibilitatea realizarii si montarii pe autovehiculele
medii si grele au unui sistem de recuperare a energiei de franare, in scopul eficientizarii energetice.
Solutia tehnica finalizata permite extrapolarea pentru diferite marimi de autovehicule.
Solutia tehnica poate fi montata atat pe autovehicule noi, cat si pe autovehicule vechi, in
cadrul unei actiuni de reabilitare sau de modernizare a acestora.
Componenetele hidraulice si electrice sunt disponibile pe piata si permit realizrea, in bune
conditii, a sistemelor de recuperare a energiei cinetice, in faza de franare.
BIBLIOGRAFIE
1. Pospecte de pe INTERNET ale firmei PERMO–DRIVE, EATON, VOLVO, FORD,ALLISON.
2. Marin V., Marin Alex.Sisteme hidraulice automate – constructie reglare exploatare – Editura
Tehnica, Bucuresti, 1987.
3. Untaru, M., Cimpian, V., Hilohi, C., Varzescu, V. Constructia si calculul automobilelor. Editura
Tehnica, Bucuresti, 1974.
UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007