Метод повышения энергоэффективности управления гибридным тяговым приводом трехосного мотовездехода с монтируемой задней осью, оснащенной электроприводом

Введение. Значительно увеличить грузоподъемность двухосного мотовездехода с сохранением его подвижности и без внесения значительных изменений в серийную конструкцию позволяет предложенный Г.О. Котиевым в патенте RU218304U1 монтируемый модуль третьей оси, оснащенный электроприводом. Применение комбинированных трансмиссий в транспортных средствах дает возможность использовать энергию более эффективным способом, но их задействование в составе средств малой механизации, таких как мотовездеход, недостаточно исследовано, так как не учитывают конструктивные особенности и условия движения средств малой механизации, в том числе новой конструкции. В данной работе производится исследование подходов к управлению гибридной силовой установкой мотовездехода с электроприводом третьей оси.

Материалы и методы. В данной работе проводится исследование методом имитационного моделирования с целью определения наиболее эффективного подхода к управлению приводом при движении по твердым опорным основаниям с различными характеристиками неровностей. Для суммирования, анализа затрат энергии и сопоставления эффективности тепловой и электрической машины был предложен новый критерий, связывающий плотность энергии в батареи и массовый расход бензина. В итоге позволяет через массу израсходованного топлива и условной массы израсходо ванной батареи производить оценку. Такой критерий актуален для мотовездеходов ввиду ограниченной грузоподъемности.

Для снижения потерь на буксование был предложен алгоритм, основанный на методе косвенной оценки вертикальной реакции. Данный метод дает возможность производить оценку вертикальной реакции и корректировать подводимый к колесам крутящий момент без применения в конструкции датчиков сил.

Результаты. Проведен анализ научной литературы в области рационального управления гибридными силовыми установками и индивидуальным приводом. Создана математическая модель движения мотовездехода по неровностям, которая учитывает массовый расход топлива и разряд батареи. Предложены алгоритмы формирования уставок и повышения эффективности, в том числе с использованием нового критерия оценки.

Обсуждение и заключение. Проведенное исследование установило границы характеристик неровностей опорного основания при использовании двух подходов к применению уставок и показало эффективность разработанных алгоритмов повышения эффективности, что позволяет создать комплексный закон управления мотовездеходом с гибридной силовой установкой.

Практическое значение. Практическая значимость заключается в результатах программной реализации предложенных подходов к эффективному управлению гибридной силовой установкой мотовездехода новой конструкции в условиях движения по дорогам с неровностями различного типа для предприятий транспортного машиностроения.

Оригинальность. Рассматриваемое транспортное средство представляет собой пересечение нескольких направлений исследований. Первое направление включает в себя исследования движения автомобилей с параллельной гибридной схемой трансмиссии в городских условиях, где не учитываются неровности дороги. Второе направление посвящено движению транспортных средств с индивидуальным приводом вне дорог. Полученные результаты позволяют обратить данный дуализм в закон эффективного с точки зрения средства малой механизации управления.

1. Журкин М.М., Захаров А.Ю., Голубчик Т.В. Результаты практической реализации модульной конструкции электропривода третьей оси гибридного мотовездехода // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2024. № 1. С. 98–106. https://www.elibrary.ru/oncjqm

2. Селифонов В.В., Карпухин К.Е., Филонов А.И., Баулина Е.Е., Авруцкий Е.В. Гибридные автомобили – решение экологической проблемы автомобильного транспорта // Известия МГТУ «МАМИ». 2007. Т. 1, № 2. C. 30–44. https://doi.org/10.17816/2074-0530-69519

3. Лин З.Н., Попов А.А., Сидоров В.Н., Голубина С.А. Оптимизация алгоритма управления автомобилем с гибридной силовой установкой // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2023. Т. 24, № 1. С. 50–56. https://doi.org/10.22363/2312-8143-2023-24-1-50-56

4. Ahmad Zaki Abdillah, Zainab Asus, and Zul Hilmi Che Daud Dynamic simulation model of a hybrid electric atv. Journal of Transport System Engineering 8:2 (2021) 1–7, https://doi.org/10.11113/jtse.v8.168

5. Dragan Simic Modeling, Simulation and Evaluation of a Powertrain of a Hybrid Electric All Terrain Vehicle (ATV) International Advanced Mobility Forum Geneva, Switzerland, March 09 - 10, 2010. https://doi.org/10.13140/2.1.3791.8405

6. Плиев И.А., Сайкин А.М., Коршунова Г.В., Архипов А.В. Алгоритмы управления мощностями, подводимыми к колёсам полноприводных автомобилей // Журнал автомобильных инженеров. 2012. № 3(74). C. 16–18. https://elibrary.ru/puwqix

7. Jackson A., Crolla D., Woodhouse A., Parsons M. Improving Performance of a 6×6 Off-Road Vehicle through Individual Wheel Control. SAE Technical Paper, 2002, 2002-01-0968, https://doi.org/10.4271/2002-01-0968

8. Lyashenko M., Potapov P., Dolotov A., A. Diakov, Evseev K., Zverev A. Analysis of ATV transmission operation according to the results of tests on a dynamometer test bench. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. 820(1):012018 https://doi.org/10.1088/1757-899X/820/1/012018

9. Антонян А.В. Алгоритм распределения крутящего момента в автомобиле с колесной формулой 4х4 для обеспечения устойчивости движения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 9 (690). С. 31–37. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2017-9-31-37

10. Paganelli G. Delprat S., Guerra T.M., Rimaux J., Santin J.J. Equivalent consumption minimization strategy for parallel hybrid powertrains / // Proceedings of the 55th Vehicular Technology Conference, Vancouver, Canada. 2002. P. 2076-2081. https://doi.org/10.1109/VTC.2002.1002989

11. Zhang Q., Tian S. Energy Consumption Prediction and Control Algorithm for Hybrid Electric Vehicles Based on an Equivalent Minimum Fuel Consumption Model. Sustainability 2023, 15, 9394. https://doi.org/10.3390/su15129394

12. Кочеров А.В., Курмакаев Д.Р., Сизов А.Ю., Туманов А.А., Федосова Л.О. Выбор типа электрохимической системы аккумулятора электромобиля LCV-сегмента // НГТУ, Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018. 2(121), с: 156–161. https://doi.org/10.46960/1816-210x_2018_2_156

13. Журкин М.М., Жилейкин М.М. Применение нейронной сети для оценки вертикальной реакции в пятне контакта с целью повышения энергоэффективности // Известия МГТУ «МАМИ». 2025. Т. 19, № 3. С. 146–155. https://doi.org/10.17816/2074-0530-688533

14. Александров А.С., Семенова Т.В. Метод расчета предельной глубины колеи для безопасного движения // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2022. № 1 (60). С. 104–116. https://doi.org/10.52170/1815-9265_2022_60_104

15. Жилейкин М.М., Журкин М.М. Алгоритм работы антиблокировочной системы тормозов с функцией противодействия заносу для двухосных автомобилей с одной ведущей осью // Известия МГТУ «МАМИ». 2020. № 1(43) С. 51–56. https://doi.org/10.31992/2074-0530-2020-43-1-51-56

16. Omar N., Monem M.A., Firouz Y., Salminen J., Smekens J., Hegazy O., Gaulous H., Mulder G., Van den Bossche P., Coosemans T., Van Mierlo J. “Lithium iron phosphate based battery Assessment of the aging parameters and development of cycle life model.” Applied Energy, Vol. 113, January 2014, pp. 1575–1585. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.09.003

17. Tremblay O., Dessaint L.A. “Experimental Validation of a Battery Dynamic Model for EV Applications.” World Electric Vehicle Journal. Vol. 3, May 13–16, 2009. https://doi.org/10.3390/wevj3020289

18. Левин А.И., Винокуров Г.Г. Влияние статистических характеристик профиля дороги на колебания подвески автомобильной техники Севера // Вестник Северо-Восточного федерального университета. 2018. № 5(67). С. 54–64. https://doi.org/10.25587/SVFU.2018.67.18657

19. Hilimire K., Nesmith J., Caprio A., Milne. R. Field Note: Attributes of Windthrown Trees in a Sierra Nevada Mixed-conifer Forest. Western Journal of Applied Forestry 2013. 28(2): 85-88. https://doi.org/10.5849/wjaf.12-027

20. Bakalov Z., Belilov S., Georgieva M., Georgiev G. Natural disturbances in the forests and bark beetle outbreaks over the period 2015-2024 in the Rhodope Mountains, Bulgaria. Silva Balcanica. 2026. 27(1): 1-8. https://doi.org/10.3897/silvabalcanica.27.e183431

21. Левин А.И., Буслаева И.И., Винокуров Г.Г., Гаврильева А.А. Влияние сезонного состояния дороги в криолитозоне на колебания подвески автомобильной техники // Физико-математические науки. 2019. № 4 (72) https://www.elibrary.ru/jpvgjt

22. Ramírez-Ceja, Axel Iván, Manríquez-Padilla, Carlos Gustavo, Pérez-Cruz, Ángel and Torrez-Rico, Luis Armando. Design of a three-speed automatic transmission system with reverse for all-terrain vehicles (ATV). Journal of Mechanical Engineering. 2024; 8[21]-1-12: e20821112. https://doi.org/10.35429/JME.2024.8.21.2.12

23. Манянин С.Е., Черевастов М.Г. К вопросу об управляемости транспортного средства, снабженного шинами сверхнизкого давления // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2020. № 3 (130) https://doi.org/10.46960/1816-210Х_2020_3_103