تم التحقق من جدوى مفهوم مركبة الجسر مع خطوات تطوير قليلة

باستخدام مثال الحافلة ، تم توضيح كيفية تجميع أهم مكونات السيارة معا بشكل معياري بحيث يمكن تصميم أوسع نطاق ممكن من المركبات المختلفة لنفس الظروف "المحمية بيولوجيا" على جسور فرانكفورت دون الحاجة إلى تطوير كل مركبة على حدة. تم تحليل بعض المكونات ، مثل إطار السيارة أو تجميع العجلات ، بالتفصيل ، بينما تم استخدام مكونات أخرى للحلول القياسية. وبالتالي ، فإن تطوير أسطول الجسر يتماشى مع الاتجاه الحالي في صناعة السيارات: لم يعد يتم تحسين النماذج الحالية المختلفة بشكل تدريجي ، ولكن يتم "إعادة التفكير" في المركبات.

المحتوى: تم النظر في ثلاثة جوانب لتطوير المركبات بمزيد من التفصيل - طريقة العناصر المنتهية والنمطية والتصميم أو محاكاة مجموعة نقل الحركة

استخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) وحالة التحميل المعتمدة خصيصًا لقسم الجسر البيولوجي، تم تصميم إطار العمل للكتل المصممة بالإضافة إلى نقاط الهجوم المطبقة.

وأثبتت الكفاءة ومزايا المساحة الناتجة عن الطابع الأحيائي والتصميم المعياري باستخدام مجموعة العجلات كمثال.

تم تطوير محاكاة مجموعة نقل الحركة من أجل التمكن من الإدلاء ببيان حول البيانات الفنية الرئيسية للمحركات الكهربائية ، وعمليات النقل المرتبطة بها وملفات تعريف الحمل النشط للبطاريات (العازلة). بالنسبة للمفهوم الحالي ، العديد من معلمات الإدخال مثل كتلة السيارة ، والسرعة القصوى ، ومقاومة القيادة ، وما إلى ذلك. مما مكن من حساب موثوق لمتغيرات الإخراج المطلوبة.

التوزيع الأمثل للوزن لجميع مكونات السيارة يعني طاقة قيادة مطلوبة أقل

أسطول المركبات على الجسور مصنوع من هيكل خفيف الوزن. من أجل جعل جميع المكونات خفيفة قدر الإمكان ، تم تحديد الأحمال على العديد من المكونات للمركبة باستخدام طريقة العناصر المحدودة. بهذه الطريقة ، يتم تصنيع الهياكل المصممة بطريقة تمكنها من امتصاص القوى التي تحدث ، ولكن لا يتم إهدار أي مادة دون داع. والنتيجة هي أجزاء متخصصة تكاد تكون مثالية للاستخدامات الخاصة بها وبالتالي فهي خفيفة للغاية.

تعد Neoplan NH 6/7 واحدة من أكبر المركبات على الجسور: تم إجراء تحسين طوبولوجي لها

تم إجراء تحسين الهيكل لمفهوم بنية الإطار. ضمن مساحة التثبيت المتاحة ، يتم إنشاء هيكل يظهر بشكل عضوي والذي ، اعتمادًا على الحمل والتخزين ، يشير إلى تدفقات الطاقة المثلى.

حتى إذا كان مثل هذا الهيكل لا يمكن إنتاجه بشكل مباشر ، فإنه لا يزال يوفر معلومات قيمة للبناء الفعلي. يجب أن يكون لهذا بعد ذلك نسبة الوزن المثلى من القوة أو الصلابة.

في المرحلة الأولى من التصور ، كان التركيز على الأساليب المبتكرة

أولاً، تم تصميم هيكل إطاري لـ Neoplan NH 6/7 حتى تتمكن من إجراء تحليل طريقة العناصر المنتهية FEM كمثال

من أجل التمكن من تكييف المفهوم الناتج تمامًا مع ظروف الجسور ، تم تحسينه باستخدام طريقة العناصر المحدودة (.(FEM

هنا ، يتم النظر في حالات تحميل معينة ، والتي من ناحية تعكس الأحمال الدورية - أي اليومية - ومن ناحية أخرى الحالات القصوى مثل الاصطدامات.

بمساعدة FEM ، تم تطوير الإطار ليكون مستقرًا وموفرًا للوزن. بهذه الطريقة ، يمكن ضمان السلامة والمرونة على الرغم من الهيكل خفيف الوزن.

تم استخدام نموذج شعاع بسيط لتحليل FEM لتصميم هيكل الإطار. يوفر هذا ميزة أنه يمكن دمج التغييرات بسهولة أثناء مرحلة التطوير ووقت الحساب أقصر بكثير مقارنة بنموذج ثلاثي الأبعاد مفصل.

تم تحديد متطلبات إطار جسور نيوبلان NH 6/7

يتكون إطار السيارة من ملامح فولاذية أو ألومنيوم مستطيلة. يتم ثنيها ولحامها في أشكال معينة بحيث يكون الإطار مقاومًا للقوى المختلفة.

تنتج القوى المؤثرة في هيكل الإطار عن التسارع والكتل النقطية.

تمثل الكتل المكونات ذات الصلة في الداخل ، مثل الوحدات والخزانات المختلفة ، وكذلك الركاب ومقاعد البدلاء وكذلك النوافذ وألواح الكسوة.

يتم ربط الكتل النقطية (الممثلة على شكل كرات) بالإطار بعناصر 1D بشكل واقعي قدر الإمكان. بهذه الطريقة ، يتم عرض القوى واللحظات الناتجة بشكل صحيح.

يمكن أيضًا استخدام هذا النموذج لمحاكاة تشوه الإطار تحت تاثير الحمل.

تم تمثيل جميع الكتل ، مثل المقاعد أو الخزانات أو الألواح الخشبية والزجاجية ككتل نقطية (كرات) ومتصلة بهيكل الإطار.

تم أخذ جميع الروابط في الاعتبار في هيكل الإطار لجسر نيوبلان

يظهر هذا الاتصال كمثال لمقعد السائق ومقعد آخر.

تشتمل حالة الحمولة المدروسة على مجموعة من الأحمال شبه الثابتة عن طريق الكبح، وعبور العتبة، وممر الحفر، والمنعطفات والوزن الصافيتم تصميم هزاز على المحور الأمامي لدعم بناء الإطار. جنبًا إلى جنب مع المحامل الموجودة على المحور الخلفي ، وهذا يعيد إنتاج أدق حرك

تم تصميم هزاز على المحور الأمامي لدعم بناء الإطار. جنبًا إلى جنب مع المحامل الموجودة على المحور الخلفي ، وهذا يعيد إنتاج أدق حركية ممكنة.

تم تحقيق حركيات الهيكل أيضًا باستخدام المفاصل.

تم تحديد المقاطع العرضية لعناصر الحزمة الفردية. بهذه الطريقة ، يمكن تحقيق معدل استخدام كان حتى قدر الإمكان عبر العديد من التكرارات.

هيكل الإطار - نتائج حساب التشوه الأقصى

يظهر هنا أقصى تشوه يحدث تحت حالة الحمل الموصوفة. ومع ذلك، فإن درجة استخدام الهيكل مهمة في المقام الأول. يتم تحديد معدل الاستخدام من خلال رمز البرنامج مع الصيغ التحليلية على أساس المبادئ التوجيهية FKM.

خبراء في هذا الموضوع

TU Braunschweig Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen - IFS Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart - FKFS Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart - Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF - Forschungszentrums für kooperative, hochautomatisierte Fahrerassistenzsysteme und Fahrfunktionen (F3)

تظهر نتائج حساب الحد الأقصى من اختبار الإجهاد المشترك. . . .

تنتج درجة الاستخدام من XY ويجب أن تكون أقل من XY.

ينتج أساس الحساب من ما يسمى بالمبادئ التوجيهية FKM (الكتابة) ، والتي تستخدم في XY.

(القيم العددية مفقودة)

قيم التسارع لتصميم نيوبلان NH 6/7

بينما تتحرك السيارة في عالم ثلاثي الأبعاد، فإنها تشهد أيضًا تسارعات في جميع الاتجاهات المكانية.

إذا تم كبح السيارة أو تسريعها، فيجب أن يتحمل الإطار هذه القوى.

هناك تسارع يحدث بانتظام أثناء العملية اليومية وذلك نادرًا ما يحدث، خاصة في حالات الطوارئ. تم النظر في كلاهما بطرق مختلفة.

يتيح التصميم المعياري للمركبات على جسور فرانكفورت تبادلًا سريعًا وغير معقد للمكونات - وبالتالي يكون التحديث دائما

ومع وجود فترة خدمة مخطط لها تبلغ مائة عام، يجب أيضا مراعاة التقدم التقني.

نظرًا لتصميمها المعياري، يمكن تحديث السيارات بسهولة - بمجرد استبدال المكونات القديمة بأخرى أحدث دون الحاجة إلى استبدال السيارة بأكملها.

على سبيل المثال، يمكن استبدال محرك الأقراص إذا كانت أنواع محرك الأقراص الأخرى هي السائدة. كل شيء آخر على السيارة يظل موفرًا للموارد.

أخيرًا وليس آخرًا ، هناك عامل مهم آخر يساهم في إطالة عمر المركبات: لن يكون هناك المزيد من الحوادث ، ناهيك عن عدم وجود المزيد ، لأن جميع المركبات تسير على الطريق ببصيرة.

مع وجود 400 قطار وحافلة وسيارة مختلفة، لا يمكن تطوير كل مركبة بشكل فردي

مع التصميم المعياري ، لديك الإطار السفلي كمكون من ناحية ، و "القبعة" كمكون من ناحية أخرى ، والتي يتم وضعها في الأعلى. يمكن ملء المكونات الداخلية فيما بينها بالمكونات المعيارية المطلوبة - في حالة السيارة التي تعمل بالهيدروجين ، على سبيل المثال ، ستكون خلية الوقود والخزان والبطارية والهيكل والإلكترونيات وما إلى ذلك.

يخلق مفهوم المكونات المعيارية داخل السيارة المرونة في الشكل الخارجي: ما هو مستقبل بناء السيارة؟

باستخدام المفهوم المعياري ، يمكنك بناء العديد من المتغيرات والأجسام الأصلية (مثل السيارات الكلاسيكية المختلفة) والتي هي هيكليًا ومن الترتيب الداخلي للوحدات التقنية متساوية: يتم إنشاء أسطول مركبات متنوع دون إعادة تطوير كل مركبة على حدى.

إذا انخفض عدد المركبات في المدن في المستقبل نتيجة لأن القيادة الذاتية أصبحت هي السائدة مع أساطيل المركبات الحضرية ، فسيصبح من الجذاب لصناعة السيارات الاعتماد على تصميمات المركبات المتنوعة التي تختلف خارجيا ، ولكنها معيارية من الداخل أو من الناحية الهيكلية.

تتكون كل مركبة من وحدات فردية يمكن إعادة ترتيبها دائمًا

مثال جيد على النمطية هو توجيه العجلة. دائمًا ما تكون الإطارات والتوجيه وعناصر المحور هي نفسها بالنسبة للسيارات ذات الوزن المماثل ، ولكن يتم جعلها أعرض أو أضيق قليلاً ويتم وضعها في الأمام أو الخلف. الميزة: يمكن قضاء الكثير من الوقت في تحسين المساحة وكفاءة الطاقة لكل وحدة على حدة.

يقلل الهيكل المعياري من جهود التطوير ويقلل من عدد قطع الغيار المختلفة المطلوبة

تستخدم جميع المركبات على جسور فرانكفورت تقريبًا نفس مفهوم الهيكل. يتم تثبيت محور البوابة مع محركات محور العجلة ، مما يجعل من الممكن استخدام مساحة كبيرة بشكل خاص في الداخل.

باستخدام هذا المفهوم في جميع فئات المركبات ، يجب تصميم النظام بأكمله مرة واحدة فقط ثم تكييفه قليلاً فقط لكل مركبة.

بالإضافة إلى ذلك ، يضمن الدفع الرباعي والنوابض الهوائية والتوجيه الرباعي تجربة قيادة ممتعة وفعالة.

تجمع مجموعة العجلات بين مزايا الدفع الرباعي ومزايا محركات محور العجلات

يتضمن مفهوم تجميع العجلة ما يسمى بمحركات محور العجلة ، والتي تقع في محور العجلة. هذه التكنولوجيا مناسبة بشكل خاص للمركبات على جسور فرانكفورت ، حيث أن العيب الكلاسيكي الموجود في السيارات الحالية ، أي الكتل العالية غير المعلقة ، يلعب دورًا ثانويًا فقط.

نظرًا للسرعات المنخفضة نسبيًا والتسارع على الجسور وبسبب وزن الحافلات المنخفض ، يتم استخدام محركات أصغر بكثير وبالتالي أخف وزناً مقارنةً بحركة المرور على الطرق التقليدية. بالإضافة إلى كونها أخف وزناً ، تتمتع هذه المحركات الأصغر بميزة أخرى: هناك مساحة كبيرة في الداخل للركاب ، لأن محرك الأقراص يقع مباشرة على العجلة.

بالإضافة إلى ذلك ، بفضل المحركات في جميع العجلات ، تكون السيارة فعالة قدر الإمكان أثناء القيادة وعند الكبح.

يضمن التعليق الفعال الهوائي أقصى قدر من الراحة أثناء القيادة ويتكيف ديناميكيًا مع وضع القيادة

يتم تحقيق التعليق الفعال السيارة بواسطة نوابض هوائية مماثلة للأنظمة التقليدية في نقل الركاب المحلي. هذا يزيد بشكل كبير من راحة القيادة مقارنة بالنوابض الفولاذية حيث يقلل الوزن. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنزال المركبات جانبيا عند المحطات لسهولة الدخول.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل معدل الزنبرك بمرونة أثناء القيادة. نظرا لأن تضاريس المسار معروفة ويتم تحديث المعلومات المتعلقة به باستمرار لكل مركبة ، يمكن ضبط التعليق بدقة لكل قسم وكل حالة قيادة من الإعداد الأساسي.

من أجل تصميم المكونات في الهيكل وتقييم مركز الثقل ، يجب تحديد التحول الديناميكي لحمل العجلة

يحدث تحول ديناميكي في حمولة العجلة أثناء التسارع والتباطؤ والانعطاف.

باستخدام هذه القيم، يمكن تصميم مكونات الهيكل وفقًا للأحمال المتوقعة.

بالإضافة إلى ذلك، يتم التحقق مما إذا كان موقع مركز الجاذبية، الذي يتبع ترتيب المكونات، في نطاق آمن. هذا يعني أن السيارة لديها قوة جذب كافية في جميع مواقف القيادة وليست معرضة لخطر الانقلاب في الزوايا.

اكتساب الطاقة عند الفرملة حيث تكون السياقة آمنة على الطريق

نظرًا للدفع الكهربائي على جميع العجلات ، لا تحتاج المركبات إلى فرامل ميكانيكية في التشغيل العادي. يعمل هذا على زيادة كفاءة الطاقة إلى أقصى حد وتقليل التآكل وبالتالي تقليل تكاليف الصيانة.

نظرًا لأن هذا النظام لا يعمل في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، يتم تثبيت نظام احتياطي هوائي ميكانيكي ، والذي يقوم تلقائيًا بفرملة السيارة في هذه الحالة.

هذا ، جنبًا إلى جنب مع شكل المسار المقعر ، يضمن أن السيارة تكون في حالة آمنة في جميع الأوقات.

يتم ضبط السرعة دائمًا حتى لا يشعر الركاب بالغثيان ، حتى عند المنعطفات الضيقة

عند القيادة على طرق متعرجة ، سرعان ما يصاب بعض الناس بالغثيان. يحدث هذا لأن سائق السيارة يسير في المنحنى بسرعة عالية أو يتسارع عند مغادرة المنحنى.

يعاني الركاب من ارتفاع ما يسمى بالتسارع الجانبي. أظهرت التجربة أن القياسات تظهر أن الركاب في وسائل النقل العام المحلية التقليدية يتعرضون لتسارع جانبي أقصى يبلغ حوالي 2.0 - إلى 2.5 م / ث ^ 2.

على جسور فرانكفورت ، يعمل النظام الذاتي على تحسين سرعة المركبات في المنعطفات بحيث يكون التسارع الجانبي دائمًا أقل من 1.5 م / ث ^ 2.

هذا ممكن بدون أي جهد خاص ، حيث أن النظام يعرف الطبيعة الدقيقة لجميع المنحنيات.

تم مقارنة مفاهيم القيادة المختلفة من أجل استخدام جميع فوائد المفاهيم القيادية الممكنة للحصول على مسار مثالي وفعال في الجسور في فرانكفورت.

عادة ما يتم توجيه المركبات عن طريق توجيه المحور الأمامي. ومع ذلك ، من الممكن أيضًا توجيه المحور الخلفي أيضًا ، حتى تكون قادرًا على التعامل مع منحنيات ضيقة بطريقة أكثر إحكامًا. لتحقيق أقصى قدر من الراحة أثناء القيادة وسهولة تنفيذ التوجيه ، تستخدم مركبات الجسر نظام التوجيه الهجين ، والذي تبلغ نسبة توجيهه 0.7 بين المحاور الأمامية والخلفية. يظهر تأثير زاوية التوجيه على نصف القطر الداخلي للمنحنى وعرض الممر بيانياً لمفاهيم التوجيه الفردية.

تم حساب أبعاد منحنى السحب لأكبر مركبة لتخطيط مسار القيادة على جسور فرانكفورت أولاً.

لكي تتمكن مركبة كبيرة من القيادة حول منحنى ، يجب ألا يكون المنحنى ضيقا جدًا. لذلك ، تم تحديد منحنيات الجر لأكبر المركبات على جسور فرانكفورت بدقة باستخدام العلاقات الهندسية. ليس فقط قاعدة العجلات ذات صلة بهذا ، ولكن أيضًا الأجزاء المتدلية في الأمام والخلف.

البيانات المعروضة صالحة لطراز Neoplan NH 6/7 ، الذي يحتوي على أكبر أبعاد للمركبة.

تم التخطيط للطريق على جسور فرانكفورت وفقًا لمنحنيات السحب لأكبر المركبات

عند التخطيط للمسار، تم إنشاء نصف قطر وعرض المنحنيات رقميًا ومقارنتها بنتائج الحساب للتأكد من أن المسار مناسب لجميع المركبات.

يتأثر متوسط سرعة قيادة المركبات على جسور فرانكفورت بشكل كبير بنصف قطر منحنى الطريق

كجزء من تطوير المسار، تم حساب السرعة القصوى التي يمكن للمركبات أن تقود بها عبر المنحنى. لهذا الغرض، تم قياس وحساب أضيق نصف قطر للعديد من المنحنيات على المسار المخطط له بأقصى تسارع جانبي مسموح به.

مسار المسار في الاتجاه الرأسي له أيضًا تأثير كبير على أبعاد المكونات وتم أخذه في الاعتبار في المحاكاة (I)

تتكون بيانات تخطيط المسار الخام من نقاط ثنائية الأبعاد على طول الطريق والمعلومات حول أي من هذه المحطات. يجب أولاً معالجة هذه البيانات الأولية في بيانات المسار القابلة للاستخدام، والتي تمت برمجة بعض النصوص لها.

يتم عرض الإجراء أدناه باستخدام شارع كينيدي Kennedyallee كمثال: من أجل إنشاء دائرة ، تمت إزالة النقاط الموجودة على ساحة تورمشن Türmchenplatz أولاً بطريقة مستهدفة ، ولا سيما الفروع المشار إليها إلى شارع شتريزمان Stresemannallee و شارع كينيدي Kennedyallee إلى الشمال الشرقي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إغلاق الطريق عند الطرف الجنوبي الغربي. يمكن استخدام نصف دائرة لهذا ، وهو مماس لنقاط النهاية. ومع ذلك ، سيؤدي ذلك إلى إنشاء دائرة نصف قطرها 4.4 متر فقط ، وهو ما لا يتماشى مع نصف قطر السيارة القابل للقيادة. لهذا السبب ، يتم إغلاق الدائرة يدويًا بمنحنين على شكل حرف S ونصف دائرة بنصف قطر أكبر.

مسار المسار في الاتجاه الرأسي له أيضًا تأثير كبير على أبعاد المكونات وتم أخذه في الاعتبار في المحاكاة (II)

نظرًا لأن المسار يعمل في العالم الحقيقي ، لا يجب تضمين الإحداثيات ثنائية الأبعاد فقط في تخطيط المسار ، ولكن أيضًا الارتفاع الخاص بنقطة فوق مستوى سطح البحر. في طريقهم عبر فرانكفورت ، يتعين على المركبات القيادة صعودًا وهبوطًا على منحدرات مختلفة. تنتج بيانات ارتفاع هذه التدرجات من ملف تعريف ارتفاع التربة التحتية والجسر نفسه.

نظرًا للتصميم المعياري، يمكن دائمًا تنفيذ نقاط الاتصال المنخفضة في نماذج مختلفة

يحدد وضع جميع المكونات في السيارة مركز الجاذبية وبالتالي ديناميكيات القيادة. لضمان أن تكون المركبات جيدة قدر الإمكان على المسار، تم وضع جميع المكونات في أدنى مستوى ممكن. بهذه الطريقة، تتقلب السيارة بأقل قدر ممكن في المنحنيات ولا يمكنها الميل.

يمكن ترتيب العديد من المكونات بشكل نمطي لتحسين ديناميكيات القيادة. خزانات الهيدروجين (الأزرق، على سبيل المثال) ثقيلة، وإذا أمكن، فهي موجودة في القاع المزدوج للمركبة. هناك أيضًا أجزاء كبيرة من هيكل الإطار.

كل تصميم وحساب محاكاة يتطلب شروطًا حدودية ومعلمات.

من أجل جعل جميع عمليات التصميم والحسابات التي تم إجراؤها كجزء من المفهوم شفافة قدر الإمكان ، تم تسجيل جميع افتراضات وقيم الحساب في قوائم المعلمات.

توجد قائمة معلمات خاصة بالمركبة تحتوي على جميع القيم التي يمكن تخصيصها على وجه التحديد للسيارة أو التي تختلف بين المركبات المختلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تسجيل جميع القيم وشروط الحدود التي تنطبق على المركبات المختلفة في قائمة معلمات المركبات المتقاطعة.

على اليسار توجد بعض قيم متطلبات السيارات العابرة للداخل وكذلك الأبعاد الخاصة بالمركبة في Neoplan NH 6/7.

خبراء في هذا الموضوع

Fraunhofer ISI Institut für System- und Innovationsforschung - Fraunhofer IIS Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen - Max-Planck-Gesellschaft FKF Institut für Festkörperforschung - Fraunhofer LBF Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit - Fraunhofer IML Institut für Materialfluss und Logistik

أصبح تصميم المحركات الكهربائية والبطاريات وخزانات الهيدروجين ممكنًا من خلال محاكاة قطار القيادة المعقدة

إذا كنت ترغب في الإدلاء ببيان حول المحركات الكهربائية والبطاريات وخزانات الهيدروجين المطلوبة، فإن النظر البسيط في المتغيرات المؤثرة لم يعد كافياً، لأن التأثيرات الناتجة عن هذه المتغيرات، لا يمكن تحديدها على الفور ويمكن تغييرها مرارًا وتكرارًا.

لذلك، تم تطوير محاكاة معقدة يتم فيها تغذية بارامترات السيارة مثل الأبعاد الخارجية والوزن. بالإضافة إلى ذلك، تعرف المحاكاة جميع المعايير اللازمة للمسار على الجسور بما في ذلك نطاقات المنحدرات وأوقات الانتظار عند التوقف والمنحنيات وما إلى ذلك.

من هذا ، إذا تم تطبيق القوانين الفيزيائية بشكل صحيح ، يمكن تحديد القوى ، والتي بدورها يمكن تحويلها إلى عزم دوران ومواصفات طاقة المحركات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضا تحديد ملف تعريف الحمل للبطاريات وخلايا الوقود ويمكن تحديد أبعاد خزانات الهيدروجين.

لا تؤثر مكونات القيادة المدمجة على استهلاك الطاقة عند القيادة فحسب، بل تؤثر أيضًا على الوزن. هذا ناتج عن حجم المحركات والخزانات والبطاريات

بالإضافة إلى كفاءة المكونات المثبتة، فإن وزن السيارة بأكملها حاسم أيضًا لاستهلاك الطاقة ومواصلة تصميم السيارة.

وللتحديد الكمي لتأثير الوزن الكلي للمركبة على بارامترات مثل استهلاك الطاقة وعزم دوران المحرك وسعة الصهريج، أجري تحليل مماثل.

وهذا يدل على أنه يمكن تحقيق تخفيض في استهلاك الهيدروجين بمقدار كيلوغرام لكل 100 كيلومتر من 7.82 إلى 6.55 بتغيير الكتلة المرجعية من 10 طن إلى 5 أطنان. كان هذا مثالًا في تطوير مفهوم الحافلة القديمة Neoplan NH 6/7. "

من خلال محاكاة قطار القيادة، يمكن تصميم كل من محركات محور العجلة وناقل الحركة

يمكن تحديد سرعة المحرك وعزم الدوران والمعلمات الأخرى باستخدام محاكاة قطار القيادة. اعتمادًا على المكونات المتاحة، يمكن بعد ذلك اختيار المحركات وأجهزة النقل المناسبة من الفن القديم.

علاوة على ذلك، يمكن تحديد استهلاك الهيدروجين من خلال محاكاة قطار القيادة ويمكن تحديد حجم خزان الهيدروجين

يمكن استخدام نتائج محاكاة مجموعة نقل الحركة لتحديد استهلاك الهيدروجين لكل مركبة أثناء القيادة على طول الطريق. بناء على وقت تشغيل ثابت حتى التزود بالوقود أو عدد معين من الكيلومترات ، يمكن تحديد حجم خزان الهيدروجين المطلوب على أساس خاص بالمركبة. وفقا لمحاكاة مجموعة نقل الحركة ، حتى أكبر المركبات على الجسور يمكنها القيادة لمدة 10 ساعات تقريبا مع خزانات الهيدروجين الخاصة بها دون الحاجة إلى التزود بالوقود. تستخدم المركبات على جسور فرانكفورت خزانات الهيدروجين بمستوى ضغط 700 بار. هذا يعني أنه يمكن تخزين كمية أكبر بكثير من الهيدروجين بنفس الحجم مقارنة بأنظمة 350 بار.

باستخدام محاكاة مجموعة نقل الحركة، على سبيل المثال، تم تحديد ملامح الحمل التقريبية للبطاريات العازلة لمركبات الهيدروجين فعليًا

بينما يتم أخذ طاقة القيادة من البطارية أثناء القيادة في السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية ، يتم تشغيل المركبات الهيدروجينية الكهربائية بواسطة خلية وقود. هذا يحول الهيدروجين من الخزان والهواء إلى طاقة كهربائية ومياه أثناء القيادة.

في محاكاة مجموعة نقل الحركة ، تم تحديد منحنى باستخدام مثال Neoplan NH 6/7 ، والذي يشير إلى مقدار الطاقة المطلوبة لأي قسم من المسار. على سبيل المثال ، عندما تسير السيارة صعودا ، هناك رياح معاكسة قوية وهناك العديد من الركاب الذين يحملون أمتعة ثقيلة في الداخل ، فإنها تحتاج إلى الكثير من الطاقة.

نظرا لأن السيارة تستهلك أحيانا طاقة لفترة قصيرة أكثر مما يمكن أن توفره خلية الوقود في الداخل ، يتم استخدام بطارية احتياطية صغيرة لتوفير هذه الكمية الإضافية من الطاقة. هذا يسمح لخلية الوقود أن تكون صغيرة قدر الإمكان وكبيرة حسب الضرورة.

إذا كانت السيارة تستهلك القليل من الطاقة ، على سبيل المثال لأنها تقود على منحدر ، فإن الطاقة الزائدة من خلية الوقود تستخدم لإعادة شحن البطارية.

تتكون البطارية العازلة من مكونين

عند تحليل عمليات التحميل والتفريغ أثناء القيادة باستخدام خوارزمية راينفلو Rainflow، يتضح أنه في معظم الأحيان يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة لفترة قصيرة فقط. ومن أجل اتخاذ قرار حول أي تقنية بطارية مناسبة، يجب مراعاة بعض الظروف الحدودية.

على سبيل المثال، يمكن أن يتم استخراج كمية معينة من الطاقة من بطاريات الليثيوم أيون حتى وفاة خلية البطارية بسبب العمر أو الدورات. إذا كانت الدورات صغيرة نسبيًا، فيمكن استخراج المزيد من الطاقة بشكل عام مقارنة بالتفريغ الكامل دائمًا. ومع ذلك، إذا كانت الدورات صغيرة جدًا، فإن البطارية تستخدم بشكل مستمر بحمل "ضئيل" مما يقلل من عمرها الافتراضي، على الرغم من أن سعة البطارية لم تستخدم بشكل مناسب.

ونظرًا لأن تركيز خطة التطوير يتمحور أيضًا حول عمر المكونات، يتم اقتراح تصميم تخزين الطاقة المختلطة للبطارية الفرعية "المخزن الفرعي": يتم التعامل مع الدورات الصغيرة جدًا باستخدام سوبر كابستورات، حتى لا تتعرض البطارية لأي ضغط. تُنفذ الدورات الأكبر باستخدام البطارية. وبالتالي، يتم تعظيم عمر المخزن الفرعي للبطارية ويتم تحديده بشكل رئيسي بالشيخوخة الزمنية لخلايا البطارية.

كما أن نتائج محاكاة مجموعة نقل الحركة تجعل من السهل تحديد خصائص المحرك وناقل الحركة

تم تحديد مواصفات المحركات وناقل الحركة للمركبة النموذجية Neoplan NH 6/7 بناءً على نتائج محاكاة قطار القيادة. أولاً وقبل كل شيء ، يتم تضمين معلمات مثل الحد الأقصى لعزم الدوران لكل عجلة والقوة القصوى لكل عجلة وكذلك سرعتها القصوى.

تم حساب هذه الأحجام بمعامل أمان ثم نتج عنها الحد الأدنى من المتطلبات للمحرك الذي سيتم اختياره.

في الخطوة التالية ، تم البحث في بيانات أداء المحركات المختلفة المتوفرة في السوق ومقارنتها بالمتطلبات المحسوبة. إذا تم استيفاء جميع المتطلبات ، يعتبر المحرك مناسبًا.

بناءً على الحسابات، تم اختيار نموذج محرك مناسب كمثال

بالتنسيق مع خصائص المحرك، يجب أيضًا تحديد نسبة ناقل الحركة.

والحد الأدنى لنسبة التروس المسموح بها ناتج عن عزم الدوران المطلوب، في حين أن نسبة التروس القصوى المسموح بها تحددها السرعة المطلوبة.

يجب أن تكون نسبة نقل الإرسال المختارة بين هاتين القيمتين.

خبراء في هذا الموضوع

Institut für Nachhaltige Mobilität und Energie (INME) - Fraunhofer FFB - Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB - HIU - Helmholtzinstitute Ulm - WWU Münster - Fraunhofer IFAM - Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik - EES - Bayrisches Zentrum für Batterietechnik

يتأثر استهلاك الطاقة لمركبة على جسور فرانكفورت بشدة بأداء تكييف الهواء

بسبب سرعة القيادة المنخفضة ، فإن مقاومة الهواء ، على سبيل المثال ، لها أهمية قليلة جدًا لاستهلاك الطاقة عند القيادة ، ولكن أداء تكييف الهواء له أهمية كبيرة. لذلك ، تم توفير زجاج خاص يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة. يمكن العثور أدناه على مقتطف من تحليل آثار التغيرات في مقاومة الهواء للمركبة، على سبيل المثال، استهلاك الهيدروجين.

يوضح الجدول تأثير مقاومة الهواء المتغيرة على استهلاك الهيدروجين بالكيلوغرام لكل 100 كم.

وهذا يوضح أن المقاومة الجوية للمركبات على جسور فرانكفورت لها تأثير ضئيل على الاستهلاك.

لذلك، يجب تصميم «مكون» بسيط مثل مكيف الهواء

يجب مراعاة العديد من العوامل المختلفة عند تصميم المكونات. كلما زاد عدد الحدود والشروط، زادت صعوبة اختيار المكون الصحيح. على سبيل المثال ، لتحديد الحاجة إلى تكييف الهواء ، تم تحديد إشعاع الشمس في فرانكفورت ، والمواصفات المتوقعة لزجاج السيارة ، والمساحات المرتبطة بها ، والحرارة التي يتم إطلاقها من الركاب. يمكن من هذه البيانات تحديد الحرارة التي يتم إدخالها في السيارة وبالتالي تحديد القدرة اللازمة لتكييف الهواء. يمكن أيضًا خفض القدرة المطلوبة للتكييف عن طريق استخدام مواد حديثة.

تدخل معلمات مختلفة في تصميم تكييف الهواء. ومن الأمثلة على ذلك الأسطح المعدنية والزجاجية للمركبة بالإضافة إلى قيم العزل للزجاج المركب والمواد العازلة. يمكن تحديد سعة التبريد الحراري المطلوبة بناءً على عدد الركاب ودرجات الحرارة الخارجية والداخلية في السيارة ومدة فتح الباب.

ومع ذلك ، باستخدام تقنية المضخات الحرارية الحديثة ، يمكن تقليل استهلاك الطاقة الكهربائية إلى حوالي ثلث سعة التبريد المطلوبة.

يمكن أن يقلل توجيه الموجة من أداء تكييف الهواء ويولد الطاقة في نفس الوقت

بدلاً من ذلك، يمكن تجهيز النوافذ البانورامية الجميلة والكبيرة مثلاً بزجاج Wave-Guiding الذي يقلل من انتقال الحرارة إلى داخل المركبة، ويقلل من استهلاك طاقة التكييف، وفي الوقت نفسه يولد طاقة. وهذا مجرد واحدة من العديد من فرص التحسين المتاحة في الوقت الحاضر. بالطبع، فإن سيارات الكلاسيكية على جسور فرانكفورت متميزة برونقها القديم من الخارج، وبأحدث التقنيات في الداخل.

الاستنتاج: تتيح استراتيجية التطوير المعياري بناء أسطول كبير من نماذج المركبات المختلفة بجهد ضئيل نسبيا

على جسور فرانكفورت، هناك حاجة إلى عدد قليل نسبيًا من المركبات لسعة النقل المطلوبة البالغة 40 مليون رحلة ركاب سنويًا مع 400 مركبة فقط. وبناءً على ذلك، يمكن بذل المزيد من الجهد في الجودة والمتانة والتصميم لكل مركبة. يمكن أن يصبح هذا المفهوم رائدًا لتطوير صناعة السيارات في ألمانيا.

من الخارج، يتكون أسطول الجسر من مناطق منفردة، سواء في مجموعة الحافلات والقطارات أو في مجموعة السيارات. ومع ذلك، من الناحية الفنية، فإن التطوير المعياري داخل هذه الفئات يعني أنه لا يجب تطوير كل مركبة على حدة، ولكن يمكن بناؤها بشكل نمطي مع تعديلات طفيفة فقط.