ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΟΝΑ ΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΠΟΛΗΣ

ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΟΝΑ ΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΠΟΛΗΣ ΘΩΜΑΣ Γ. ΧΟΝ ΡΟΣ Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών και Αεροναυπηγών, Πανεπιστηµίου Πατρών 265 00 ΠΑΤΡΑ Τηλ. +30 2610 997263, Fax +30 2610 997744 E-mail: chondros@mech.upatras.gr Περίληψη Ο σχεδιασµός ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου απαιτεί τον υπολογισµό των δυναµικών χαρακτηριστικών του. Η µέγιστη ταχύτητα σε δρόµους µε διαφορετική κλίση, η επιτάχυνση, και η αυτονοµία πρέπει να εκτιµηθούν. Η επιθυµητή οδική συµπεριφορά του αυτοκινήτου καθορίζει την επιλογή της µονάδας ισχύος. Τα κύρια εξαρτήµατα της µονάδας αυτής είναι οι συσσωρευτές, ο ηλεκτρικός κινητήρας µε τη µονάδα ελέγχου, µια γεννήτρια ισχύος (συνήθως θερµική µηχανή) στην περίπτωση υβριδικού αυτοκινήτου, και το σύστηµα µετάδοσης, το οποίο περιλαµβάνει το κιβώτιο ταχυτήτων, το διαφορικό και τους τροχούς. Για το σχεδιασµό του συστήµατος κίνησης του ηλεκτρικού αυτοκινήτου αναπτύχθηκε ένας αλγόριθµος που εξοµοιώνει τον τρόπο µε τον οποίο ένας σχεδιαστής εργάζεται για την το σχεδιασµό ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου, την επιλογή και τη βελτιστοποίηση του συστήµατος κίνησης. Υπολογίζει τις επιδόσεις του αυτοκινήτου για δεδοµένο σύστηµα κίνησης, και επιτρέπει κάποιες τροποποιήσεις στις παραµέτρους του συστήµατος. Επιπλέον, έχει τη δυνατότητα ελέγχου του συστήµατος διαχείρισης ισχύος και παρεµβαίνει για την προστασία του σε περιπτώσεις βλαβών ή κακού συγχρονισµού. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο άµεσο µέλλον, αναµένεται ότι η ευρεία χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα έχει σαν αποτέλεσµα τη βελτίωση της ποιότητας του αέρα στις αστικές περιοχές [1-4]. Η ευρεία εισαγωγή των αυτοκινήτων αυτών στην κυκλοφορία, είναι τεχνικά εφικτή, αλλά και κοινωνικά αποδεκτή. Αν και η αλλαγή των προτιµήσεων και της νοοτροπίας της κοινής γνώµης είναι αναγκαία, αναµένεται ότι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα χρησιµοποιηθούν αποκλειστικά στις αστικές περιοχές, και πιθανότατα θα είναι διθέσια, µε τις µικρότερες δυνατές διαστάσεις [5]. Μελέτες που έγιναν µε την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Κοινότητας έδειξαν ότι 6 εκατοµµύρια επιβατικά αυτοκίνητα και 1 εκατοµµύριο φορτηγά θα µπορούσαν να αντικατασταθούν από ηλεκτρικά οχήµατα. Η εισαγωγή των ηλεκτρικών οχηµάτων αναµένεται να γίνει στην Ευρώπη σε τρία στάδια [5]: Επαγγελµατική µόνο χρήση από δήµους ινστιτούτα και εταιρίες. Χρήση ηλεκτρικών οχηµάτων από ιδιώτες, σαν δεύτερα οχήµατα, µε βραδινή επαναφόρτιση στο σπίτι. Μαζική εισαγωγή τέτοιων οχηµάτων για αστική χρήση µε υποδοµή για επαναφόρτιση σε δηµόσιους χώρους. Στις Ην. Πολιτείες ψηφίστηκε νόµος ο οποίος επιβάλλει ένα ποσοστό 2% των κυκλοφορούντων αυτοκινήτων να έχει µηδενική επίδραση στο περιβάλλον. Στις ΗΠΑ ο οργανισµός C.A.R.B. (California Air Resources Board) έχει προκαθορίσει ότι το 2% των οχηµάτων που θα πουληθούν στην Καλιφόρνια το 1998 µε βάρος κάτω απο 1700 kgr θα είναι οχήµατα µηδενικών εκποµπών. Το ποσοστό αυτό προβλεπόταν να αυξηθεί σε 5% µέχρι το 2001 και σε 10% µέχρι το 2003. εν πραγµατοποιήθηκε η πρόβλεψη αυτή. Τα ηλεκτρικά και υβριδικά αυτοκίνητα άρχισαν να γίνονται µέρος του στόλου των αυτοκινήτων, όµως το κόστος των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν µπορεί να συγκριθεί µε αυτό των αντίστοιχων θερµικών. Τα θερµικά οχήµατα χρησιµοποιούνται εδώ και 100 χρόνια, και έτσι έχει αποσβεσθεί το κόστος για την ανάπτυξη τους. Η αυτοκινητοβιοµηχανία αναπτύσσει το σχεδιασµό του αυτοκινήτου µε τη συγχώνευση αρκετών νέων τεχνολογιών, όπως ο σχεδιασµός και η κατασκευή µε τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών (CAD-CAM), µεθόδων εικονικής πραγµατικότητας, νέα προηγµένα υλικά, νέες στρατηγικές πωλήσεων και υποστήριξης [6-8]. Στην περίπτωση του ηλεκτρικού αυτοκινήτου η µικρή παραγωγή αφήνει σηµαντικά περιθώρια σε χώρες χωρίς µεγάλη παράδοση στην αυτοκινητοβιοµηχανία για την ανάπτυξη σχετικών τεχνικών και προϊόντων. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες, τα ηλεκτρονικά ισχύος, οι συσσωρευτές, λογισµικό για τη διαχείριση ενέργειας, αποτελούν αντικείµενα ενδιαφέροντος και έρευνας στη χώρα µας που έχει να επιδείξει σηµαντικά επιτεύγµατα. Το βάρος των συσσωρευτών, επηρεάζει δραστικά την κατασκευή του ηλεκτρικού οχήµατος και έχει δυσµενή αποτελέσµατα στις επιδόσεις και την αυτονοµία του αυτοκινήτου. Υπάρχουν δύο προφανείς τρόποι για την αύξηση των επιδόσεων ενός ηλεκτρικού οχήµατος. Ο πρώτος είναι η εγκατάσταση ισχυρότερων ηλεκτρικών κινητήρων, πράγµα - 1 -

που τελικά δεν είναι αποτελεσµατικό, αφού απαιτεί βαρύτερους συσσωρευτές. Ο δεύτερος τρόπος είναι η δραστική µείωση του βάρους του οχήµατος. Η τοποθέτηση των συσσωρευτών πάνω από τους άξονες των τροχών, προσφέρει το πλεονέκτηµα της µείωσης του βάρους του πλαισίου, αφού οι περιοχές αυτές είναι ήδη ενισχυµένες εξ'αιτίας της σύνδεσης της ανάρτησης. Στις µέρες µας, το σχήµα του οχήµατος είναι µεγάλης σηµασίας για τον αγοραστή, αφού αντανακλά τη φιλοσοφία και το χαρακτήρα του αυτοκινήτου. Ο σχεδιασµός αρχίζει από τη µελέτη των θεµελιωδών απαιτήσεων του οχήµατος. Αυτές καθορίζονται από διαφορετικούς συντελεστές οι οποίοι αλλάζουν µε το πέρασµα του χρόνου και επιβάλλονται από τη ζήτηση της αγοράς και την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Επίσης φυσιολογικές και ψυχολογικές απαιτήσεις, ασφάλεια, εκλογή υλικών, οικονοµικοί περιορισµοί, και οι απαιτήσεις του αγοραστικού κοινού, κάνουν τη «γραµµή» ("styling") µια ευαίσθητη ισορροπία µεταξύ φιλοσοφίας, τεχνολογίας και επιστήµης [9-13]. Ο σχεδιασµός ενός αυτοκινήτου απαιτεί τη συνεργασία ειδικών από διαφορετικούς κλάδους, και ακολουθεί µια συγκεκριµένη µεθοδολογία, η οποία περιλαµβάνει τη δηµιουργία ενός µοντέλου, των πρωτοτύπων, και τις δοκιµές, οι οποίες µερικές φορές κατευθύνουν το σχεδιασµό. Αυτός ο τρόπος σχεδιασµού βρίσκεται συνέχεια σε εξέλιξη, και οι τεχνολογίες που σχετίζονται µε αυτόν, όπως και µε την κατασκευή αυτοκινήτων, εκσυγχρονίζονται συνεχώς. Όλες οι µεγάλες αυτοκινητοβιοµηχανίες έχουν κατασκευάσει ήδη ηλεκτρικά αυτοκίνητα βασισµένα στα αντίστοιχα µε κινητήρες εσωτερικής καύσης (Fiat Cinquecento, Fiat Panda, Opel Corsa, Peugeot 106, Renault Clio, Citroen Saxo κ.α.) ή παρουσιάζουν εξ ολοκλήρου νέα µικρά κυρίως ηλεκτροκίνητα οχήµατα ορισµένα από τα οποία άρχισαν να διατίθενται στην αγορά. Στην κεντρική και δυτική Ευρώπη έχουν αρχίσει να κυκλοφορούν ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα όχι µόνο σε κλειστούς χώρους (βιοµηχανίες, αεροδρόµια κ.λ.π.) αλλά και σε αστικές περιοχές. Μελέτες που έγιναν µε την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Ένωσης έδειξαν ότι 6 εκατοµµύρια επιβατικά αυτοκίνητα και 1 εκατοµµύριο φορτηγά θα µπορούσαν να αντικατασταθούν από ηλεκτρικά οχήµατα. Η εισαγωγή των ηλεκτρικών οχηµάτων αναµένεται να γίνει στην Ευρώπη σε τρία στάδια [5]: 1. Επαγγελµατική µόνο χρήση από δήµους ινστιτούτα και εταιρίες. 2. Χρήση ηλεκτρικών οχηµάτων από ιδιώτες, σαν δεύτερα οχήµατα, µε βραδινή επαναφόρτιση στο σπίτι. 3. Μαζική εισαγωγή τέτοιων οχηµάτων για αστική χρήση µε υποδοµή για επαναφόρτιση σε δηµόσιους χώρους. Για την αξιολόγηση της επιλογής της µονάδας ισχύος και της οδικής συµπεριφοράς ενός µικρού ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα παρουσιασθούν τα σχεδιαστικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού αυτοκινήτου Ε- 240 που κατασκευάσθηκε στο Πανεπιστήµιο Πατρών το 1992. 2. ΜΟΡΦΗ - ΕΡΓΟΝΟΜΙΑ - ΙΣΧΥΣ 2.1 Ο αρχικός σχεδιασµός Το 1990, άρχισε στο Εργαστήριο υναµικής και Θεωρίας Μηχανών και Συστηµάτων Παραγωγής και Αυτοµατισµού του Πανεπιστηµίου Πατρών, η σχεδίαση και κατασκευή του Ε-240, ενός µικρού ηλεκτρικού αυτοκινήτου πόλης. Ένας από τους κύριους στόχους της προσπάθειας ήταν η ανάπτυξη εργαλείων και µεθόδων σχεδιασµού καθώς και η πραγµατοποίηση δοκιµών για την αξιολόγηση της ενεργειακής και οδικής συµπεριφοράς του ηλεκτρικού οχήµατος [14-17]. Σ' ένα τυπικό αυτοκίνητο παραγωγής που κινείται σε επίπεδο δρόµο σε αστική περιοχή, ένα τρίτο τις ισχύος του, που εφαρµόζεται στους τροχούς, καταναλώνεται στα φρένα, ένα τρίτο στον αέρα, και ένα τρίτο στους τροχούς και το δρόµο. Για οδήγηση σε αυτοκινητόδροµο η αντίσταση του αέρα, η οποία είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας, απαιτεί ένα 60-70% της ισχύος στους τροχούς [14]. Κατά συνέπεια η βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων περιλαµβάνει τη µείωση του βάρους του, της αεροδυναµικής αντίστασης, της αντίσταση της τριβής κύλισης, της τριβής στα έδρανα, την αύξηση της απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και των ηλεκτρονικών ελέγχου, καθώς και τη δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας κατά το φρενάρισµα. Η αεροδυναµική αντίσταση είναι ίση µε το συντελεστή αεροδυναµικής αντίστασης, "C d ", πολλαπλασιασµένο µε τη µετωπική επιφάνεια του αυτοκινήτου. Αυτοί οι δύο παράγοντες είναι δυνατόν να µειωθούν σε µεγάλο βαθµό. Χαµηλότερες τιµές για το συντελεστή αεροδυναµικής αντίστασης µπορούν να επιτευχθούν πιο εύκολα σε ένα µεγάλο παρά σ' ένα µικρό αυτοκίνητο. Αυτό συµβαίνει διότι στα µικρά αυτοκίνητα ο διαθέσιµος χώρος είναι περιορισµένος, για την κατάλληλη διαµόρφωση του σχήµατος του αµαξώµατος. Στην περίπτωση της µετωπικής επιφάνειας, υπάρχει επίσης δυνατότητα µείωσης της, που εξαρτάται από την κατάλληλη σχεδίαση. Επίσης τα µικρά σε όγκο µηχανικά µέρη επιτρέπουν µεγάλες κλίσεις στο καπό, πράγµα που συνεπάγεται µείωση της αεροδυναµικής αντίστασης του µπροστινού τµήµατος. Για τη µείωση του συντελεστή αεροδυναµικής αντίστασης, χρησιµοποιούνται διάφορες τεχνικές, όπως βελτιστοποίηση της ροής του αέρα γύρω από το αυτοκίνητο, παράθυρα που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο µε τα - 2 -

υπόλοιπα µέρη του αµαξώµατος, µεγαλύτερη κλίση στο παρµπρίζ, καθώς και προσπάθεια για όσο το δυνατόν πιο επίπεδο δάπεδο. Σχήµα 1: ιάταξη εσωτερικού χώρου, και επιλογή κύριων διαστάσεων για το ηλεκτρικό αυτοκίνητο Ε-240. Η πρώτη ανάλυση έδειξε ότι το ιδανικό όχηµα για τον σκοπό αυτό, είναι ένα διθέσιο αυτοκίνητο µε χώρο πίσω από τα καθίσµατα, ο οποίος µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε σαν χώρος αποσκευών, είτε να φιλοξενεί δύο θέσεις για παιδιά. Το αυτοκίνητο έπρεπε να ικανοποιεί τις παρακάτω απαιτήσεις: Άνετο χώρο για τους επιβάτες. Μικρές εξωτερικές διαστάσεις. Ελαφριά και απλή κατασκευή. Επαρκή ασφάλεια, ενεργητική και παθητική. Αξιοπιστία και χαµηλή συντήρηση. Λειτουργικότητα. Χαµηλό κόστος παραγωγής. Ευελιξία µορφής του αµαξώµατος για διαφορετικές χρήσεις. Για την επιλογή των βασικών διαστάσεων του οχήµατος αναπτύχθηκε ένας αλγόριθµος, για σχεδίαση µε τη βοήθεια υπολογιστή [18] σύµφωνα µε τους κανονισµούς της SAE (Society of Automotive Engineers) [19]. Αφού επιλεγούν οι γενικές διαστάσεις καθορίζεται η θέση των κύριων µηχανικών µερών και δηµιουργείται ένα σχεδιαστικό αρχείο. Το αρχείο αυτό είναι συµβατό µε τα περισσότερα σχεδιαστικά προγράµµατα. Μια σχεδιαστική βιβλιοθήκη περιέχει τροχούς, πάτωµα, προφυλακτήρες, ανεµοθώρακες, τιµόνι, οµοιώµατα ανθρώπων, κινητήρες, κιβώτια ταχυτήτων και συσσωρευτές. Από το συνδυασµό των πρώτων πληροφοριών σχετικά µε τις γενικές διαστάσεις που επιλέγονται από το χρήστη και βρίσκονται στο αρχείο, καθώς και τα µηχανικά εξαρτήµατα που είναι αποθηκευµένα στη βιβλιοθήκη, είναι δυνατή µια πρώτη εκτίµηση της άνεσης του χώρου των επιβατών, του συνολικού όγκου του αµαξώµατος αλλά και της διάταξης των µηχανικών και ηλεκτρικών µερών, Σχήµατα 1 και 2. Σχήµα 2: ιάταξη ηλεκτρικών και µηχανικών µερών για το ηλεκτρικό αυτοκίνητο Ε-240. - 3 -

Τροποποίηση των διαστάσεων συνεπάγεται τη δηµιουργία ενός νέου αρχείου DXF. Η τεχνική αυτή βοηθά στη σχεδίαση του αυτοκινήτου, αρχίζοντας από το εσωτερικό και καταλήγοντας στην εξωτερική του µορφή. Στο Σχήµα 3 φαίνεται ο σχεδιασµός ενός τετραθέσιου ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Σχήµα 3: Αρχικός σχεδιασµός τετραθέσιου ηλεκτρικού αυτοκινήτου Στο στάδιο αυτό ο σχεδιαστής έχει µια γενική εικόνα της ιδέας. Τα διάφορα εξαρτήµατα, τα µηχανικά και ηλεκτρικά µέρη, καθώς και τα καθίσµατα των επιβατών, µπορούν εύκολα να τοποθετηθούν στην επιθυµητή θέση. Μετά τη διαδικασία αυτή το αρχείο DXF χρησιµοποιείται για τη δηµιουργία του τρισδιάστατου σχεδίου του αυτοκινήτου. 2.2 Μορφή ιαστάσεις Βάρη Για το µικρό ηλεκτρικό αυτοκίνητο Ε - 240, αφού µελετήθηκαν οι απαιτήσεις σε σχέση µε το εσωτερικό και την εργονοµία, που τέθηκαν προηγούµενα, καθώς και η διάταξη των µηχανικών µερών, έγιναν οι πρώτες σχεδιαστικές προτάσεις για το αµάξωµα (Σχήµα 4). Το αµάξωµα του Ε - 240, έπρεπε να ακολουθήσει τις σύγχρονες σχεδιαστικές τάσεις, και να είναι λειτουργικό, χωρίς να είναι απαραίτητα επαναστατικό. Η εργονοµική µελέτη του εσωτερικού, σε συνδυασµό µε την επιλογή και τη διάταξη των µηχανικών µερών επέβαλε την υιοθέτηση αµαξώµατος ενός όγκου. Σχήµα 4: Αρχικά σχέδια του αµαξώµατος του Ε - 240 από το σχεδιαστή. Σπανό. - 4 -

Χαµηλότερες τιµές του συντελεστή αεροδυναµικής αντίστασης µπορούν να επιτευχθούν πιο εύκολα σε ένα µεγάλο παρά σ' ένα µικρό αυτοκίνητο. Αυτό συµβαίνει επειδή στα µικρά αυτοκίνητα ο διαθέσιµος χώρος είναι περιορισµένος για την κατάλληλη διαµόρφωση του σχήµατος του αµαξώµατος. Στην περίπτωση της µετωπικής επιφάνειας, υπάρχει επίσης δυνατότητα µείωσής της, που εξαρτάται από την κατάλληλη σχεδίαση. Από τα καλλιτεχνικά σχέδια, και το πρόγραµµα καθορισµού των βασικών διαστάσεων και της γενικής διάταξης σχεδιάσθηκαν µε τη βοήθεια του Autocad η πλάγια όψη, η κάτοψη, και η πρόοψη του αυτοκινήτου. Τα σχέδια αυτά χρησιµοποιήθηκαν για τον έλεγχο της ορθότητας των διαστάσεων του διαµερίσµατος των επιβατών µε τη βοήθεια δισδιάστατων ανθρώπινων οµοιωµάτων, αλλά και για τη δηµιουργία ενός τρισδιάστατου στατικού µοντέλου. Το µοντέλο του αµαξώµατος κατασκευάστηκε από κύβους πολυστηρενίου, οι οποίοι κολλήθηκαν µε πολυουραιθάνη, και κόπηκαν στο σχήµα του αυτοκινήτου µε µια ηλεκτρική αντίσταση. Ένας ειδικά σχεδιασµένος και κατασκευασµένος παντογράφος χρησιµοποιήθηκε για την επίτευξη της απαραίτητης συµµετρίας µεταξύ των δυο πλευρών του µοντέλου. Η επιφάνεια καλύφθηκε µε γύψο, έτσι ώστε να γίνει λεία, αλλά και να τελειοποιηθούν κάποιες λεπτοµέρειες στο σχήµα. Στο τέλος το µοντέλο βάφτηκε και τοποθετήθηκαν σ' αυτό κάποια εξαρτήµατα όπως καθρέφτες, χειρολαβές στις πόρτες, φωτιστικά σώµατα και τροχοί. Εκτός από το στατικό µοντέλο, ο σχεδιασµός του πλαισίου και των µηχανικών µερών οδήγησε στην κατασκευή ενός αυτοκινήτου δοκιµών, µε ανοικτό χαλύβδινο αµάξωµα που χρησιµοποιείται για δοκιµές (Σχήµα 5). Σχήµα 5: Το µοντέλο του αµαξώµατος και το αυτοκίνητο δοκιµών Ο σχεδιασµός ενός µικρού αυτοκινήτου πρέπει να συνδυάζει το πλάτος και το ύψος των άλλων αυτοκινήτων, µε το µικρό του µήκος. Η εντύπωση ότι το αυτοκίνητο µοιάζει µε κύβο, οφείλεται στο µεγάλο ύψος του διαµερίσµατος των επιβατών, σε σχέση µε το µήκος του. Το φαινόµενο αυτό πρέπει να αντιµετωπίζεται µε απαλές γραµµές και στρογγυλεµένο σχήµα. Η έλλειψη γωνιών δίνει µια αίσθηση δυναµισµού και συγκρότησης. Το αυτοκίνητο ενός όγκου διαθέτει ένα πολύ µικρό χώρο κινητήρα εµπρός, έχει µεγάλη κλίση στον εµπρόσθιο ανεµοθώρακα, ενώ οι τροχοί βρίσκονται στις τέσσερις γωνίες του αυτοκινήτου. Το σφηνοειδές σχήµα στο αµάξωµα αυξάνει την ορατότητα εµπρός και στα πλάγια. Ο εµπρόσθιος ανεµοθώρακας είναι µεγάλος σε διαστάσεις και απαιτεί τη χρήση ενός υαλοκαθαριστήρα, ο οποίος είναι καλυµµένος για µικρότερη αντίσταση στον αέρα. Η θέση των συσσωρευτών στο αυτοκίνητο ήταν ένα σηµαντικό πρόβληµα, διότι έπρεπε να µείνει ελεύθερος ο µέγιστος δυνατός χώρος για τα µηχανικά µέρη, το διαµέρισµα των επιβατών και το χώρο αποσκευών. Η θέση των συσσωρευτών παίζει σηµαντικό ρόλο στην οδική συµπεριφορά του αυτοκινήτου. Στο πρόβληµα αυτό υπήρχαν δύο πιθανές λύσεις. Η πρώτη ήταν να τοποθετηθούν κάτω από το χώρο των επιβατών, και οι κινητήρες να µεταφερθούν στο µπροστινό τµήµα του αυτοκινήτου. Με τη διάταξη αυτή η µάζα συγκεντρώνεται στο κέντρο του αυτοκινήτου, και έτσι βελτιώνεται η οδική συµπεριφορά. Από την άλλη µεριά όµως αυξάνεται το ύψος του αυτοκινήτου µε δυσµενείς συνέπειες στην αισθητική. Η δεύτερη λύση ήταν να τοποθετηθούν οι συσσωρευτές στο µπροστινό και στο πίσω µέρος του αυτοκινήτου, και οι κινητήρες κάτω από τα καθίσµατα. Η διάταξη αυτή προσφέρει µεγαλύτερη ασφάλεια στους - 5 -

επιβάτες, αφού οι συσσωρευτές είναι αποµονωµένοι από την καµπίνα. Τα εγκάρσια στοιχεία που στηρίζουν τους συσσωρευτές, σχεδιάστηκαν σαν ανεξάρτητα υποπλαίσια, τα οποία υποστηρίζουν και τα στοιχεία της ανάρτησης. Έτσι, το βάρος των συσσωρευτών, το 36% του συνολικού ωφέλιµου φορτίου του αυτοκινήτου, δεν επιδρά στο κύριο πλαίσιο ή στο αµάξωµα, πράγµα που συνεπάγεται ελαφρύτερη κατασκευή και καλά χαρακτηριστικά ακαµψίας. Οι ολικές διαστάσεις του αυτοκινήτου είναι: 2440 mm µήκος, 1410 mm πλάτος, και 1480 mm ύψος. Το µεταξόνιο είναι 1660 mm, ενώ το µετατρόχιο είναι 1250 mm µπροστά, και 1180 mm πίσω. Η απόσταση από το έδαφος κυµαίνεται µεταξύ 110-180 mm, σε κανονικές συνθήκες φορτίου. Συγκριτικά, οι αντίστοιχες διαστάσεις του Fiat Cinquecento, από τα µικρότερα επιβατικά αυτοκίνητα παραγωγής, είναι: 3227 mm µήκος, 1487 mm πλάτος, και 1435 mm ύψος. Τα κύρια φορτία που ασκούνται στο πλαίσιο, οφείλονται στο αµάξωµα, στους συσσωρευτές, στους κινητήρες, στους επιβάτες και στις αποσκευές. Τα φορτία αυτά είναι: 280 kg από τους συσσωρευτές (164 kg στο µπροστινό τµήµα του οχήµατος, και 116 στο πίσω). 50 kg από τους δύο ηλεκτρικούς κινητήρες. 35 kg από τη µονάδα ελέγχου και τις καλωδιώσεις. 150 kg από τους επιβάτες. 50 kg από τις αποσκευές. 250 kg από το αµάξωµα. Όλα τα παραπάνω φορτία, εκτός από αυτό του αµαξώµατος µπορούν να θεωρηθούν συγκεντρωµένα στο σηµείο εφαρµογής. Φυσικά σ'αυτά δεν περιλαµβάνονται τα φορτία της ανάρτησης, των τροχών, και των φρένων, αφού αυτά δεν ασκούνται στο πλαίσιο. Το πλαίσιο ζυγίζει 40 kg, ενώ το καθαρό βάρος του αυτοκινήτου είναι 730 kg. Τα φρένα υπολογίστηκαν µε κατάλληλο πρόγραµµα σε υπολογιστή [7, 8]. Το αυτοκίνητο εξοπλίστηκε µε τέσσερα ταµπούρα διαµέτρου 185 mm και διπλό υδραυλικό σύστηµα. Η αντλία των φρένων είναι τοποθετηµένη οριζόντια, έτσι ώστε να εξοικονοµηθεί χώρος για τους µπροστινούς συσσωρευτές. Προοδευτική πέδηση στους πίσω τροχούς εξασφαλίζεται από τη βαλβίδα κατανοµής πίεσης. Το σύστηµα διεύθυνσης βασίζεται σ' αυτό του Fiat Panda, µε κρεµαγιέρα. Η διάµετρος των τροχών είναι 360 mm και απαιτούνται 3.25 στροφές από τέρµα σε τέρµα. Τέλος η διάµετρος του κύκλου στροφής είναι 8720 mm Η ανάρτηση είναι ανεξάρτητη σε όλους τους τροχούς. Μπροστά υπάρχουν γόνατα Mac Pherson, ενώ πίσω εγκάρσια φύλλα σούστας και αποσβεστήρες. 2.3 Επιλογή κινητήριας µονάδας Ο σχεδιασµός ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου απαιτεί τον υπολογισµό των δυναµικών χαρακτηριστικών του. Η µέγιστη ταχύτητα σε δρόµους µε διαφορετική κλίση, η επιτάχυνση, και η αυτονοµία πρέπει να µετρηθούν. Η επιθυµητή οδική συµπεριφορά του αυτοκινήτου καθορίζει την επιλογή της µονάδας ισχύος. Τα κύρια εξαρτήµατα της µονάδας αυτής είναι οι συσσωρευτές, ο ηλεκτρικός κινητήρας µε τη µονάδα ελέγχου, µια γεννήτρια ισχύος (συνήθως θερµική µηχανή) στην περίπτωση υβριδικού αυτοκινήτου, και το σύστηµα µετάδοσης, το οποίο περιλαµβάνει το κιβώτιο ταχυτήτων, το διαφορικό και τους τροχούς [20,22]. Προκειµένου να επιτευχθούν συγκεκριµένα δυναµικά χαρακτηριστικά για το υπό µελέτη όχηµα, είναι απαραίτητο να επιλυθούν οι αντίστοιχες εξισώσεις που περιγράφουν τη δυναµική συµπεριφορά του κινούµενου οχήµατος αρκετές φορές, σε µια επαναληπτική διαδικασία. Από την διαδικασία αυτή, µε συνεχείς αλλαγές των κατασκευαστικών παραµέτρων προκύπτει η βέλτιστη σχεδίαση, η οποία θα δίνει στο όχηµα τις προαπαιτούµενες προδιαγραφές. Είναι προφανές ότι µια τέτοια διαδικασία είναι και χρονοβόρος και ιδιαίτερα ευαίσθητη σε λάθη υπολογισµών και εκτιµήσεις από την µεριά του µελετητή. Επίσης λόγω του µεγάλου βαθµού προτυποποίησης που επικρατεί στον τοµέα των µονάδων που θα χρησιµοποιηθούν για την κατασκευή του οχήµατος, ο σχεδιαστής δεν έχει την ευχέρεια να χρησιµοποιήσει οτιδήποτε άλλο εκτός από τα στοιχεία εκείνα (κινητήρες, τροχούς, µπαταρίες, ηλεκτρογεννήτριες) που µπορεί είτε να προµηθευθεί, είτε να κατασκευάσει µε δικά του µέσα. Για το σχεδιασµό του συστήµατος κίνησης του ηλεκτρικού αυτοκινήτου αναπτύχθηκε πρόγραµµα σε υπολογιστή (DRIVESEL) [17]. Η ανάπτυξη του συστήµατος ξεκίνησε από την υλοποίηση, της βάσης δεδοµένων. Η βάση δεδοµένων επεξεργάζεται όλες τις πληροφορίες που ο χρήστης αποθηκεύει για τους διαθέσιµους ηλεκτροκινητήρες, µπαταρίες, ηλεκτρογεννήτριες και τυποποιηµένους τροχούς. Υπάρχει η δυνατότητα για την κατασκευή διαγραµµάτων λειτουργίας των ηλεκτροκινητήρων, προκειµένου να µπορούν να παρουσιαστούν τα χαρακτηριστικά τους µε ένα παραστατικό τρόπο. Εφ' όσον ο µελετητής ενηµερώσει την βάση δεδοµένων µε όλα τα δοµικά στοιχεία που έχει διαθέσιµα, είναι πλέον έτοιµος να προχωρήσει στην επεξεργασία διαφόρων συνδυασµών, προκειµένου να υλοποιήσει τις προδιαγραφές που επιθυµεί σε ένα όχηµα. - 6 -

Η βελτιστοποίηση και η παρουσίαση των σχεδιαστικών παραµέτρων υλοποιείται στην συνέχεια. Ο σχεδιαστής του συστήµατος µετάδοσης, ορίζει τις επιθυµητές προδιαγραφές του υπό σχεδίαση συστήµατος. Με µιά σειρά ευφυών αλγόριθµων που εξελίχθηκαν για τις ανάγκες του συστήµατος, αυτό αναλαµβάνει να υποδείξει την βέλτιστη σχεδιαστική πρόταση και να παρουσιάσει µια πλειάδα διαγραµµάτων και νοµογραφηµάτων που δείχνουν την εξάρτηση των επιδόσεων από τις παραµέτρους σχεδίασης. Ο µελετητής διαθέτει τόσο µια σχεδιαστική πρόταση που προσεγγίζει τις απαιτήσεις του, όσο και τα κατάλληλα διαγράµµατα να εποπτεύσει τις σχέσεις µεταξύ των σχεδιαστικών παραµέτρων που χρησιµοποίησε. Σ' αυτό το σηµείο η τελική απόφαση ανήκει στον σχεδιαστή του οχήµατος, που µε βάση τους κατασκευαστικούς ή άλλους περιορισµούς θα αποφασίσει επακριβώς την επιλογή των σχεδιαστικών παραµέτρων. Το υπολογιστικό εργαλείο δίνει τη δυνατότητα για τον τελικό σχεδιασµό της µονάδας ισχύος, πλήρη δυναµική ανάλυση, παρουσιαση των αποτελεσµάτων και επιβεβαίωση των επιλογών. Στο Σχήµα 6 φαίνονται οι οθόνες των ολοκληρωµένων λειτουργιών σχεδιασµού και αξιολόγησης της ενεργειακής συµπεριφοράς της µονάδας κίνησης ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Αυτός ο αλγόριθµος εξοµοιώνει τον τρόπο µε τον οποίο ένας σχεδιαστής εργάζεται για την επιλογή και τη βελτιστοποίηση του συστήµατος κίνησης και απαιτεί την συνεξελικτική του πορεία µε τον αλγόριθµο του σχεδιασµού του ηλεκτρικού αυτοκινήτου που προαναφέρθηκε. Στο πρώτο µέρος γίνεται η εισαγωγή των δεδοµένων. Στο δεύτερο µέρος γίνεται η µοντελοποίηση και η παραµετρική ανάλυση του οχήµατος ενώ στο τρίτο µέρος ο χρήστης έχει δυνατότητα ελέγχου της απόδοσης του οχήµατος ανάλογα µε τις συνθήκες λειτουργίας του. MAIN MENU 1. Setup Database 2. Drive Train Design 3. Simulate Vehicle s Performance 0. End of Program DRIVE TRAIN DESIGN MENU 1. Create New Parametric Design 2. Delete a Parametric Design 3. Optimize Drivetrain Components 4. Optimization Diagrams 0. Return to Main Menu SIMULATE VEHICLE S PERFORMANCE 1. Setup Design Parameters 2. Full Report of Specifications 3. Force Balance Diagram 4. Power Balance Diagram 5. Acceleration Diagrams 6. Dynamic Characteristics 0. End of Program Σχήµα 6: Οι επιλογές του αλγορίθµου DRIVESEL για το σχεδιασµό και την αξιολόγηση µονάδας ισχύος ηλεκτρικού αυτοκινήτου Το πρόγραµµα υπολογίζει τις επιδόσεις του αυτοκινήτου για δεδοµένο σύστηµα κίνησης, και επιτρέπει κάποιες τροποποιήσεις στις παραµέτρους του συστήµατος. Για συνολικό βάρος οχήµατος 900 kg, µέγιστη επιθυµητή ταχύτητα 50 km/h, αυτονοµία µεταξύ 50 ως 100 km, και ικανότητα αναρρίχησης 10%, υπολογίστηκαν οι απαιτούµενες τιµές ισχύος και ροπής. Η ανάλυση που έγινε µε τη βοήθεια του DRIVESEL, έδειξε ότι απαιτούνται 6 KW, για να κινήσουν το αυτοκίνητο µε ταχύτητα 53 km/h, µε µέγιστο φορτίο. Για κλίση του δρόµου 5%, η µέγιστη ταχύτητα µε µέγιστο φορτίο είναι 35 km/h, ενώ κλίση δρόµου 10% φτάνει τα 24 km/h. Για αυτονοµία 100 Km, η χωρητικότητα των συσσωρευτών πρέπει να είναι 170 Ah. Τα αποτελέσµατα του παραπάνω σχεδιασµού όπως δίδονται από το Πρόγραµµα DRIVESEL φαίνονται συνοπτικά στο Σχήµα 7-7 -

DESIGN PARAMETERS OF ELECTRIC/HYBRID VEHICLE Vehicle ID: E240 Rio Motor(s): 2 x 3 kw DC Schabmuller Motors Input desired specifications Maximum speed: 55-65 km/h Climbing ability at 20 km/h: 3.5-4.5 % Operating range: 25-75 km Driving Mode, 1 Fast, 2 Economy, 3 User Defined Multiple design E240 allows: Max speed range: 43-69 km/h Max climbing ability at 20 km/h: 1.63% - 7.33% Max range: 23-101 km/h Input value, Use Bckspace to delete, Arrows & ENTER to move, Esc to end. Σχήµα 7: Τα αποτελέσµατα του αλγορίθµου DRIVESEL για την επιλογή της µονάδας ισχύος του ηλεκτρικού αυτοκινήτου Οι δύο κινητήρες που επελέγησαν, είναι συνεχούς ρεύµατος µε εν σειρά σύνδεση στάτορα - ρότορα, 24 V SCHABMULLER, και έχουν ισχύ 3 KW ο καθένας. Για µικρό χρονικό διάστηµα αποδίδουν έως 6 KW ο καθένας που υπερκαλύπτουν τις απαιτήσεις ασφαλούς επιτάχυνσης σε χειρισµό προσπεράσµατος ενώ επιτυγχάνουν και υψηλή ταχύτητα περί τα 100 km/h για περιορισµένο χρόνο. Οι κινητήρες είναι τοποθετηµένοι εγκάρσια κάτω από τα καθίσµατα, ενώ η κίνηση µεταδίδεται στους µπροστινούς τροχούς µε τη βοήθεια µιας αλυσίδας, η οποία βρίσκεται µέσα στο κεντρικό τούνελ. Η διάταξη αυτή, κάνει περιττή την ύπαρξη κιβωτίου ταχυτήτων και διαφορικού. Η σχέση µετάδοσης µεταξύ κινητήρων και τροχών, είναι 3.8 : 1. Η ταχύτητα περιστροφής των κινητήρων ελέγχεται µε τη βοήθεια ενός chopper, κατασκευασµένο από τη ZAPPI, τύπου HFM 400 κατάλληλο για σειριακούς κινητήρες συνεχούς ρεύµατος για ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Η τάση κυµαίνεται µεταξύ των 30 και 60 V, η µέγιστη ένταση είναι 400 Α, και η συχνότητα λειτουργίας είναι 16 KHz. Όταν το πεντάλ του γκαζιού δεν είναι πατηµένο, ή όταν πιέζεται το πεντάλ του φρένου, υπάρχει δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας (Στην δεύτερη περίπτωση η ενέργεια που ανακτάται είναι περισσότερη). Τέλος η µονάδα ελέγχου προστατεύει τη µονάδα ισχύος, περιορίζοντας την ένταση ρεύµατος των κινητήρων στις χαµηλές ταχύτητες, και σε περίπτωση αύξησης της θερµοκρασίας. Οι συσσωρευτές που επιλέχθηκαν είναι µολύβδου - οξέος VARTA, νέας γενιάς, και δεν χρειάζονται συντήρηση. Η τάση τους είναι 48 V, µε χωρητικότητα 170 5h/Ah. Οι ηλεκτρικές καταναλώσεις του αυτοκινήτου τροφοδοτούνται µέσω ενός ηλεκτρονικού µετασχηµατιστή 48/24 V. Οι συσσωρευτές δίνουν στο αυτοκίνητο µέγιστη αυτονοµία 100 Km. 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΟΚΙΜΕΣ 3.1 Μετρήσεις ενεργειακής απόδοσης Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο Ε-240, Σχήµα 8, χρησιµοποιείται για µετρήσεις της ενεργειακής απόδοσης διάφορων µονάδων ισχύος που εγκαθίστανται σ αυτό. Αναπτύχθηκε ένα σύστηµα µετρήσεων και καταγραφής βασισµένο σε υπολογιστή PC 486-66 MHz εγκατεστηµένου επί του οχήµατος, Σχήµα 9. Ένα σύστηµα µετατροπής αναλογικών σε ψηφιακά σήµατα συνδέει επτά αναλογικούς αισθητές και δύο επαγωγικούς διακόπτες µε τον υπολογιστή. Τα στοιχεία που καταγράφονται και αποθηκεύονται σε κατάλληλα αρχεία τυχαίας πρόσβασης και παρουσιάζονται σε πραγµατικό χρόνο στην οθόνη του υπολογιστή όπως φαίνεται στο Σχήµα 10. Η γραφική αναπαράσταση των στοιχείων έχει τη µορφή ενός τυπικού πίνακα οργάνων αυτοκινήτου και διαµορφώνεται ανάλογα µε τις ανάγκες των µετρήσεων. Η δειγµατοληψία γίνεται µε συχνότητα 10 Hz. Στην οθόνη αναπαριστώνται όργανα που δείχνουν την κατανάλωση ενέργειας, ταχύτητα, απόσταση οδοµέτρου, θερµοκρασία περιβάλλοντος, κινητήρων, ηλεκτρολύτη και µονάδας ελέγχου κινητήρων, απόδοση καταναλισκόµενης ενέργειας και κατάσταση συσσωρευτών. Ο αλγόριθµος DRIVESEL έχει τροποποιηθεί κατάλληλα ώστε να δίδει ως έξοδο ψηφιακό σήµα που χρησιµοποιείται είτε ως είσοδος προς τη µονάδα ελέγχου των κινητήρων είτε ως προειδοποίηση προς τον οδηγό για την αλλαγή σχέσης µετάδοσης στην περίπτωση χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων. Η συσκευή παρέχει επιπλέον τη δυνατότητα βελτιστοποίησης της διαχείρισης ισχύος ως και ανίχνευση βλαβών [23,24]. - 8 -

Σχήµα 8: Το αυτοκίνητο δοκιµών Ε-240 Σχήµα 9: Η διάταξη µετρήσεων και ελέγχου Η ταχύτητα του οχήµατος µετράται µέσω δύο επαγωγικών διακοπτών τοποθετηµένων απέναντι από οδοντωτούς τροχούς, ένα σε κάθε ηµιαξόνιο, Οι παλµοί κάθε επαγωγικού διακόπτη µεταφέρονται σε µετρητές 32-bit συνδεδεµένους µε τη σειριακή θύρα του υπολογιστή και η ταχύτητα υπολογίζεται µε το εσωτερικό ρολόι του υπολογιστή. Από τις δοκιµές εξάγονται χρήσιµες πληροφορίες για την ενεργειακή συµπεριφορά των συσσωρευτών σε διαφορετικές συνθήκες οδήγησης και περιβάλλοντος. - 9 -

Σχήµα 10: Ο πίνακας οργάνων στην οθόνη του υπολογιστή 3.2 ιάγνωση βλαβών Ένα πρόβληµα που εµφανίζεται κατά τη λειτουργία των αυτοκινήτων είναι η έγκαιρη ανίχνευση καταστάσεων λειτουργίας που οι παράµετροι λειτουργίας τους έχουν την τάση να ξεπεράσουν τα όρια ασφαλούς λειτουργίας. Για τις περιπτώσεις αυτές χρησιµοποιούνται τεχνητά νευρωνικά δίκτυα που «εκπαιδεύονται» ώστε να παρακολουθούν τη δυναµική ενός συστήµατος µέσω δεδοµένων εισόδου-εξόδου και να αντιδρούν στην περίπτωση που ξεπεραστούν κάποια όρια ασφαλείας. Τα συστήµατα αυτά δεν χρειάζεται να διαθέτουν λεπτοµερείς πληροφορίες για την εφαρµογή που ελέγχουν, αλλά «µαθαίνουν» τη σχέση µεταξύ των παραµέτρων εισόδου και των ελεγχόµενων ως και των µη ελεγχόµενων µεταβλητών από τη «µελέτη» δεδοµένων που έχουν συλλεγεί προηγούµενα. Το σύστηµα δεν παίρνει υπόψη του πληροφορίες και δεδοµένα από την πληθώρα όσων αξιοποιούνται αλλά συγκεντρώνει την προσοχή του σε όσα σχετίζονται αµεσότερα µε το φαινόµενο που ελέγχεται. Από τις δοκιµές της µονάδας ισχύος του ηλεκτρικού αυτοκινήτου Ε-240 διαπιστώθηκε σηµαντική αύξηση της θερµοκρασίας των ηλεκτροκινητήρων κατά την ανάβαση µεγάλων κλίσεων ή στην περίπτωση λανθασµένης επιλογής σχέσεως στο κιβώτιο ταχυτήτων ή ακόµα και στην περίπτωση βλάβης των ανεµιστήρων ψύξεως [23]. Οι µηχανισµοί ανύψωσης της θερµοκρασίας ηλεκτροκινητήρων δεν είναι ακόµη πλήρως κατανοητοί και εµφανίζονται συχνά ως έντονα µη γραµµικά φαινόµενα. Αυτή η δυσκολία δυσχεραίνει την εφαρµογή παραδοσιακών διαδικασιών ελέγχου. Η αύξηση της θερµοκρασίας πάνω από ένα ανώτερο όριο αποτελεί ένδειξη σοβαρής βλάβης στο ηλεκτρικό ή υβριδικό αυτοκίνητο. Στιγµιαία ανύψωση της θερµοκρασίας πάνω από 140 o C µπορεί να προκαλέσει ζηµιά στο συλλέκτη του ηλεκτροκινητήρα που µε τη σειρά του οδηγεί σε ακινητοποίησή του αυτοκινήτου και σοβαρό τροχαίο ατύχηµα. Για την περίπτωση αυτή αναπτύχθηκε ένας αλγόριθµος µε εφαρµογή τεχνητών νευρωνικών δικτύων για την πρόβλεψη µιας επαπειλούµενης µεγάλης ανύψωσης της θερµοκρασίας των ηλεκτροκινητήρων και έγκαιρη προειδοποίηση του οδηγού για την πρόληψη µιας σοβαρής βλάβης. Το σύστηµα εκπαιδεύτηκε για την πρόβλεψη της ανύψωσης της θερµοκρασίας στους ηλεκτροκινητήρες από την παρακολούθηση των παραµέτρων λειτουργίας της µονάδας κίνηση του ηλεκτρικού αυτοκινήτου µέσω των εγκατεστηµένων αισθητήρων. Η εκπαίδευση του δικτύου έγινε µε τη χρήση δεδοµένων που προήλθαν από µετρήσεις σε δοκιµές µε διαφορετικούς κύκλους οδήγησης και συνθήκες περιβάλλοντος. Σε κανονική λειτουργία του αυτοκινήτου οι µεταβολές της θερµοκρασίας των κινητήρων ανάλογα µε τις συνθήκες µεταβάλλονται εντός προβλέψιµων ορίων. Οι θερµοκρασίες τις οποίες προβλέπει το σύστηµα νευρωνικών δικτύων συγκρίνονται µε τις πραγµατικές που µετρήθηκαν. Όταν το σύστηµα ανιχνεύσει διαφορές µεγαλύτερες από κάποιο προκαθορισµένο όριο αυτό αποτελεί ένδειξη βλάβης για το σύστηµα ελέγχου και είναι δυνατή η έγκαιρη λήψη µέτρων πρόληψης. Η διαγραµµατική απεικόνιση του συστήµατος φαίνεται στο Σχήµα 11-10 -

Στο Σχήµα 12 φαίνεται η µεταβολή της θερµοκρασίας στον αριστερό και δεξιό ηλεκτροκινητήρα του ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Η θερµοκρασία κάθε κινητήρα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως ο κύκλος οδήγησης, το ρεύµα και η πτώση τάσης του ηλεκτροκινητήρα, η απόδοση του συστήµατος ψύξης, ταλαντώσεις του άξονα του ηλεκτροκινητήρα, προβλήµατα εδράνων, ηλεκτρικά διεγειρόµενες ταλαντώσεις και η θερµοκρασία περιβάλλοντος. Το σύστηµα τεχνητού νευρωνικού δικτύου που αναπτύχθηκε εκπαιδεύτηκε κατάλληλα ώστε να προβλέπει την αναµενόµενη θερµοκρασία λειτουργίας των ηλεκτροκινητήρων µε βάση τα δεδοµένα ταχύτητας, ρεύµατος, πτώσης τάσης κ.α. Το δίκτυο εφαρµόζει ένα συγκεκριµένο τρόπο µάθησης κατά τον οποίο τα δεδοµένα εισόδου εµφανίζονται στο δίκτυο µαζί µε τα επιθυµητά δεδοµένα εξόδου και συντελεστές βαρύτητας. Οι συντελεστές βαρύτητας προσαρµόζονται έτσι ώστε να τείνουν να δώσουν µε µεγαλύτερη ακρίβεια το επιθυµητό αποτέλεσµα εξόδου. Σχήµα 11: ιαγραµµατική απεικόνιση του συστήµατος τεχνητού νευρωνικού δικτύου Σχήµα 12: Θερµοκρασίες λειτουργίας αριστερού και δεξιού ηλεκτροκινητήρα και όπως προβλέπονται από το σύστηµα νευρωνικού δικτύου. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι αναπτυξιακές τάσεις των ηλεκτρικών αυτοκινήτων καθορίζονται, από τη µια µεριά από τις προσδοκίες που έχουν οι πολιτικοί και οι οικολόγοι σχετικά µε τα αυτοκίνητα του µέλλοντος, και από την άλλη µεριά από τις νέες τεχνολογίες που εµφανίζονται. Αναµένεται ότι το οικολογικό ενδιαφέρον, όπως και τα αποτελέσµατα της σχετικής νοµοθεσίας, θα επηρεάσουν σε µεγάλο βαθµό την ανάπτυξη των µελλοντικών αυτοκινήτων. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ενδέχεται να παίξουν κάποιο ρόλο στην κατεύθυνση αυτή. Με την υπάρχουσα τεχνολογία στους συσσωρευτές, αναµένεται η µείωση της µεταφορικής ικανότητας, καθώς και των διαστάσεων των ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε σύγκριση µε τα αντίστοιχα συµβατικά. - 11 -

Αναπτύχθηκε ένας αλγόριθµος επιλογής, σχεδιασµού και ελέγχου της µονάδας ισχύος ηλεκτρικού ή υβριδικού αυτοκινήτου. Ο αλγόριθµος αυτός αποτελεί µέρος µιας ολοκληρωµένης διαδικασίας σχεδιασµού ενός µικρού ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Η αρχή γίνεται µε το σχεδιασµό του εσωτερικού χώρου και της µεταφορικής ικανότητας. Στη συνέχεια, αφού γίνει επιλογή των µηχανικών µερών, σχεδιάζεται το πλαίσιο και το αµάξωµα του αυτοκινήτου. Από τα φορτία που προκύπτουν και τις επιθυµητές επιδόσεις γίνεται η επιλογή της µονάδας ισχύος. Ο αλγόριθµος που προτάθηκε, δίνει τη δυνατότητα εύκολων τροποποιήσεων κατά τη διάρκεια του σχεδιασµού του ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Ο αλγόριθµος επεκτάθηκε για τον έλεγχο και την αξιολόγηση της ενεργειακής απόδοσης της µονάδας ισχύος του ηλεκτρικού αυτοκινήτου µε ένα προσωπικό υπολογιστή τοποθετηµένο στο αυτοκίνητο που δίνει τη δυνατότητα συλλογής και παρουσίασης των µετρούµενων στοιχείων σε πραγµατικό χρόνο. Η επεξεργασία των µετρούµενων στοιχείων επιτρέπει την περαιτέρω εξέλιξη του αλγορίθµου µε την εφαρµογή τεχνικών τεχνητών νευρωνικών δικτύων για την βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης και την πρόγνωση βλαβών. Η επεξεργασία των συλλεγόµενων στοιχείων δίνει στους σχεδιαστές πολύτιµες πληροφορίες και εµπειρία για την εξέλιξη των συστηµάτων ισχύος και κίνησης ηλεκτρικών και υβριδικών αυτοκινήτων. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]. Society of Automotive Engineers, Inc., 1992, "Electric and Hybrid Vehicle Τechnology", num. No. SP-915, USA. [2]. Society of Automotive Engineers, Inc., 1991, "Electric Vehicle, Design and Development", SP-862. [3]. Bradford Bates, 1992, "Electric Vehicles:A Decade of transition", SAE Inc., PT-40, Warrendale, Pa. [4]. McCrea S., 1991, "Why Wait for Detroit. Drive the Car of the Future Today", South Florida Electric Auto Association. [5]. Maggetto G., 1992, "Advanced Electric Drive Systems to reduce pollution.", European Association of Electric Road Vehicles, AVERE. [6]. Kent Stiffler A., 1992, " Design with Microprocessors for Mechanica Engineers", McGraw-Hill, Inc. [7]. Dimarogonas, A.D., 2001, Machine Design A CAD Approach, John Wiley and Sons, Inc. N.Y. [8]. Dimarogonas A.D., 1992, MELAB, "Computer Programs for Mechanical Engineers", Prentice - Hall, Englewood Cliffs, NJ 07632. [9]. Giles J.G., 1971, "Body Construction and Design", Butterworth & Co Ltd, London 1971. [10]. Society of Automotive Engineers, Inc.,1991, "Exterior Body Panels and Bumper Systems", num. SP-859. [11]. Pawlowski J., 1969, "Vehicle Body Engineering", Editor G. Tidbury, Business Book Limited, London. [12]. Maroselli J.C.,1958, "L'Automobile et ses grands problems", Larousse, Paris. [13]. Seiffert U., P.Walzer, 1991, "Automobile Technology of the Future", Society of Automotive Engineers, Inc. [14]. T.G. Chondros, S. Michalitsis, S. Panteliou and A.D. Dimarogonas 1994 Society of Automotive Engineers Special Publication SP-1023, 5-12. Chassis design for a small electric city car. [15]. Chondros, T. G., S. Panteliou, and A. D. Dimarogonas, 1998, "Styling for a Small Electric City Car", SAE International Congress & Exposition, Detroit, MI, USA. [16]. Chondros, T. G., S. Panteliou, and A. D. Dimarogonas, 1997, "Vehicle Dynamics Simulation and Suspension System Design", SAE Technical Paper Series, 970105, Steering and Suspension Technology, SAE International SP-1223, pp 169-180. [17]. Chondros, T. G., S.D. Panteliou, D. Dokos, S. Krouskas, and A. D Dimarogonas, 1997, "Computer Aided Design and Control by an Expert System of Drive Trains for Electric Cars", 30 th ISATA Conference, Paper No 97AE031, Florence, Italy. [18]. Pipano S., Vergos D., 1993, " Computer Aided Design for Electric Cars" Graduate Thesis, University of Patras. [19] Society of Automotive Engineers, Inc., 1991, SAE Handbook "ON Highway Vehicles & OFF Highway Machinery". [20]. Wong J.Y., 1978, "Theory of Ground Vehicles", Wiley Interscience, N.Y. [21]. Gott G. G., 1991, " Changing Gears, The Development of the Automotive Transmission", SAE Inc. [22]. Artamonov M.D., V.A. Ilarionov and M. M. Morin, 1976, "Motor Vehicles,Fundamentals and Design", MIR Publishers, Moscow. [23] T.G. Chondros, A. Darzentas, T. Voutsinas, A. Georgacopoulos, and P. Baltas, 1994, Performance Evaluation of EV Power Trains, 12th International Electric Vehicle Symposium (EVS 12), Anaheim, Ca, USA. [24] S. Kalogirou, T. G. Chondros and A. D. Dimarogonas 2000 SAE Technical Paper Series 1999-01-1154. Reprinted from Design and Technologies for Automotive Safety Critical Systems SP-1507. Development of an artificial neural network based fault diagnostic system of an electric car. - 12 -