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混合动力汽车氧化氮物排放降低50%

发布时间: 2017-07-11 13:41     来源: 中国新能源汽车网

  目前,在所有车辆的总数目中,虽然中型或重型车辆仅占据4%,但是在所有车辆对城市环境的污染中比重却高达40%。所以,必须通过创新来有效地提高重型车辆的成本效益,以便最大意义上减少重型车辆的燃料消耗。近期,Lighting系统(以前为Lighting混合)开发出一个叫做ERS(Energy Recovery System,能量回收系统)的水力混合动力系统,此系统可以通过现有的所有车辆包括货运货卡车或者机场大巴等的系统改进或翻新而实现。最重要的是,ERS混合系统可以有效减少20%的燃料消耗,同时降低将近50%的氧化氮物排放(NOx为烟雾关键成分)!可见,这对于保护能源和环境控制非常有益。ERS系统的成功开发,主要归功于NI国家仪器LabVIEW的综合性兼容型紧密RIO(cRIO)以及完成开发嵌入式控制器的单板RIO(sbRIO)。

混合动力汽车

  细谈ERS系统,它就类似于一个电子的混合动力汽车传动机制,它可以在汽车刹车到起步的整个加速过程中将能量倒回到动力系统中,从而有效地提高并恢复汽车动力。不过,Lighting系统的ERS在存储能量时使用的是水力而不是电力。
  下图是ERS改进系统中的一部分(安装于动力驱动轴):
  Lighting ERS改良系统中的主要部件
  在上图的ERS改进系统中,当汽车制动时,功率传输模块(PTM)将会驱动水力泵,泵送水流到高或低压蓄压器中。这个过程就好比是通过将氮气从尾部压入储气囊从而储备能量的机械电池,当汽车加速的时候,马达通过电压加压将液压流体产生的能量存储在蓄电池中,然后液压马达通过PTM将能量返回到汽车驱动传输系统。其中,在车辆操作过程中,由一个阀箱控制蓄电槽的装填和清空,而所有的ERS控制序列则由NI(国家仪器)的RIO控制完成,并且可以通过NI的LabVIEW系统开发软件编写RIO控制程序。不过,值得一提的是,NI的所有复合/单板RIO控制器内部都嵌有一个Xilinx的FPGA或是一个Xilinx的Zynq SoC芯片,以便可以为整个闭环系统提供实时控制。
  基于NI复合RIO和单板RIO控制器而实现的Lighting系统已经开发出四代ERS控制器:第一代ERS方案控制器是基于一个8槽的NI CRIO-9024控制器且部署在一个试验系统上;第二代的ERS原型控制器是由一个4槽的NI cRIO-9075控制器实现,同时内嵌一个Xilinx Spartan-6 LX25FPGA;第三代ERS控制器是由一个NI sbRIO-9626和一个传统的子版实现。而此时的sbRIO-9620吸收了一个更强的Xilinx Spartan-6 LX45 FPGA,并且此时的Lighting闪电系统大概有100个第三代ERS控制器那般大。

混合动力汽车

  三代闪电系统ERS控制器(从左到右分别为v2,v3,v4)
  而最新的第四代ERS控制器,则应用了NI的sbRIO-9651单板RIO SOM(板上系统),此SOM基于一个Xilinx Zynq Z-7020 SoC而开发,还同时组合了一个传统子版。使用NI的基于zynq的SOM板卡可以减少控制器大概60%的消耗,并且可以在降低板上处理功耗和增加大量可编程逻辑的同时,还具有额外的处理能力:可以在运行Lighting系统时通过提高特征和算法来节约燃料。

混合动力汽车

  V4闪电系统ERS控制器,包含一个NI的sbRIO-9651 SOM板卡(基于一个Xilinx Zynq Z-7020 SoC)
  此外,除了以上优势之外,Lighting闪电系统可以在这四代ERS控制器之间很容易的移植它的LabVIEW代码,因为NI的所有复合/单板RIO控制器都是软件兼容的。并且,这个控制器设计可以很容易地升级软件,以降低车辆的故障停机时间。
  同时,Lighting闪电系统还开发出了一个模块框架,这样就可以在保证最低的车辆修改的前提下,最快速度的将最新设计工作更新到大多数中等/重型车辆的ERS中,同时也可以通过PTM复写多种组合来增长车辆的车架纵梁。这样一来,蓄能器就可以安置在较远之地,然后通过高压液压管路连接到阀箱。这样的系统设计主要是为了安装方便,同时公司也可以在一天之内方便地将车辆动力转换到一个光纤系统中。目前,Lighting闪电系统已经接收来自美国阿拉斯加、科罗拉多、伊利诺斯州、玛莎诸塞州以及印度和英国的全球用户对ERS混合系统的订货单。
  经典Lighting系统ERS的安装
  近期,这个项目还获得了2107年度运输和重型设备种类的NI工程影响奖。科技产品只有在保证性能的同时保证环保优势才会获得真正的成功,否则,很快就会被市场被用户所淘汰。通过上面ERS系统的开发可以明确知道,未来科技的发展将会越来越倚重于FPGA的强大优势。

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