Opis
Nagroda Konkursu na Najtrafniejszą Szatę Edytorską Książki Naukowej Wrocławskich Targów Książki Naukowej 2016
Wyróżnienie Rektora Politechniki Warszawskiej za najlepszą książkę techniczną o charakterze dydaktycznym zaprezentowaną na Targach Książki Akademickiej i Naukowej ACADEMIA 2016
Dwutomowa monografia „Ekomobilność” stanowi podsumowanie projektu „ECO-Mobilność”, realizowanego w Politechnice Warszawskiej. Autorzy monografii reprezentują różne specjalności naukowe. Projekt „ECO-Mobilność” zrealizowano w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
„Ekomobilność” to systemy i środki związane z przemieszczaniem się osób, zwłaszcza w aglomeracjach miejskich, przyjazne środowisku i w sposób oszczędny zużywające energię. Uwzględniają w swojej konstrukcji potrzeby osób o ograniczonej mobilności związanej z wiekiem oraz będących ofiarami chorób cywilizacyjnych czy wypadków drogowych.
Pierwszy tom poświęcono nowym systemom i środkom transportu, a w szczególności systemowi PRT (Personal Rapid Transit), określanemu coraz częściej jako ATN (Automated Transit Network) oraz nowej koncepcji miejskiego samochodu elektrycznego. Propozycje te wtapiają się w nurt ogólnych tendencji zmian w transporcie miejskim, polegających na dążeniu do syntezy publicznego transportu zrównoważonego - ekonomicznego, ekologicznego, przyjaznego człowiekowi i uwzględniającego potrzeby osób niepełnosprawnych.
Książka ani w całości, ani we fragmentach nie może być skanowana, kserowana, powielana bądź rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczana ani rozpowszechniana w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.
Spis treści
Zespół autorski 11
Część I Wprowadzenie 15
1. Podstawowe problemy transportu miejskiego.Transport zrównoważony 17
1.1. Uwagi wstępne 17
1.2. Analiza przydatności zastosowań rozwiązań technicznych projektu „ECO-Mobilność” w świetle najczęściej występujących chorób, struktury społecznej społeczeństwa i korzyści ekonomicznych 21
1.2.1. Definicja zdrowia i choroby 21
1.2.2. Charakterystyka chorób społecznych i cywilizacyjnych 21
1.2.3. Struktura wiekowa społeczeństwa 22
1.2.4. Ocena stanu zdrowia i jakości życia 24
1.2.5. Ekonomika zdrowia 26
1.2.6. Samochód elektryczny 29
1.2.7. Indywidualny transport miejski PRT 34
1.2.8. Wózek inwalidzki 35
1.2.9. Egzoszkielet 36
1.2.10. Proteza stawu biodrowego 37
1.2.11. Ortopedyczne stabilizatory zewnętrzne 38
1.2.12. Podsumowanie 38
2. Zasady projektowania i syntezy nowych systemów mobilności 40
2.1. Wprowadzenie 40
2.2. Projektowanie systemów samooptymalizujących 42
2.2.1. Definicja systemu samooptymalizującego 42
2.2.2. Metodyka projektowania systemów samooptymalizujących 43
2.2.3. Projekt robota ortotycznego 44
2.3. Zasady projektowania ergonomicznego 49
2.3.1. Istota projektowania ergonomicznego 50
2.3.2. Ergonomiczne kryteria projektowe 51
3. Ogniwa elektrochemiczne i superkondensatory jako magazyny energii dla pojazdów elektrycznych 55
Bibliografia do części I .61
Część II System PRT 65
4. PRT – podstawowe pojęcia 67
4.1. Informacje wstępne. Przegląd współczesnych systemów PRT 67
4.2. Struktury systemu PRT analizowane w monografii 70
5. Układy mechaniczne i mechatroniczne oraz ergonomia kabiny pojazdu PRT 72
5.1. Opis rozwiązania struktury układu jezdnego pojazdu PRT 72
5.1.1. Układ jezdny pojazdu podwieszonego pod torem 72
5.1.2. Układ napędowo-jezdny pojazdu poruszającego się po torze 75
5.1.3. Porównanie rozwiązań 77
5.2. Kabina pojazdu PRT 79
5.2.1. Wiadomości wstępne 79
5.2.2. Wymagania i założenia ergonomiczne 80
5.2.3. Propozycje kształtu pojazdu PRT 81
5.2.4. Rozmieszczenie elementów wyposażenia w kabinie pojazdu PRT 82
5.2.5. Interfejs pasażera 84
5.2.6. Nazwa własna pojazdu PRT 90
5.3. Oszacowanie wymaganej mocy 90
5.3.1. Określenie warunków ruchu 90
5.3.2. Określenie oporów ruchu 91
5.3.3. Analiza sił oporu ruchu i mocy 92
5.4. Badania eksperymentalne pojazdu PRT 93
5.4.1. Wprowadzenie 93
5.4.2. Przygotowanie teoretyczne eksperymentu 94
5.4.3. Określenie warunków ruchu pojazdów w skali 98
5.4.4. Stanowisko laboratoryjne 99
5.5. Badania symulacyjne pojazdu PRT 101
5.5.1. Cel badań symulacyjnych 101
5.5.2. Zadania badawcze i zakres prac 102
5.5.3. Model nominalny pojazdu 102
5.5.4. Model krzywizny toru 104
5.5.5. Model symulacyjny 105
5.5.6. Identyfikacja parametryczna 107
5.5.7. Wyniki symulacji 108
5.5.8. Stateczność techniczna 114
5.5.9. Weryfikacja i walidacja 116
5.5.10. Podsumowanie 117
6. Silniki elektryczne liniowe w napędach PRT 118
6.1. Wprowadzenie 118
6.2. Wybór konstrukcji silnika napędowego pojazdu PRT 120
6.2.1. Silniki liniowe asynchroniczne 120
6.2.2. Silniki liniowe synchroniczne 122
6.2.3. Podstawowe założenia kinetyczne, dynamiczne i konstrukcyjne silnika naturalnej wielkości oraz modelu 123
6.2.4. Wybór konstrukcji silnika wielkości naturalnej oraz modelu laboratoryjnego 125
6.3. Obwodowo-polowe metody projektowania silników indukcyjnych liniowych (SIL) 127
6.3.1. Klasyfikacja i cechy charakterystyczne 127
6.3.2. Obwodowa metoda projektowania SIL 132
6.3.3. Polowa metoda projektowania SIL 133
6.4. Wyniki obliczeń projektowych konstrukcji i charakterystyk SIL 134
6.4.1. Wstępny etap projektu 134
6.4.2. Finalne wyniki obliczeń projektowych 137
6.4.3. Przykładowe wyniki obliczeń charakterystyk ruchowych i parametrycznych 138
6.5. Konstrukcja i technologia modelu laboratoryjnego silnika liniowego asynchronicznego 142
6.5.1. Konstrukcja i technologia wzbudnika silnika 142
6.5.2. Konstrukcja i technologia bieżni silników 144
6.6. Metody badań i układy pomiarowe 145
6.6.1. Metodyka badań i plan eksperymentów 146
6.6.2. Elementy, przetworniki i układy pomiarowe 147
6.6.3. System przyrządów wirtualnych i struktura układu wirtualnego 150
6.7. Wybrane wyniki badań eksperymentalnych modelu laboratoryjnego SIL 152
6.7.1. Pomiary podstawowych parametrów silnika 152
6.7.2. Badania cieplne 153
6.7.3. Pomiary sił 154
6.7.4. Pomiary indukcji 156
6.7.5. Badania dynamiki modelu laboratoryjnego silnika 157
6.8. Struktura układu napędu i zasilania pojazdów PRT 159
6.9. Zagadnienie regulacji siły ciągu i prędkości silnika indukcyjnego liniowego 160
6.9.1. Wprowadzenie 160
6.9.2. Model dynamiczny silnika 161
6.9.3. Synteza układu regulacji siły ciągu i prędkości silnika 166
6.10. Konstrukcja modelu laboratoryjnego układu napędowego w skali 180
6.11. Układ bezstykowego zasilania pojazdów PRT 182
7. Symulacja w badaniach efektywności systemu PRT 193
7.1. Cele symulacji 193
7.2. Zasady symulacji sieci PRT 193
7.2.1. Symulacja sieci PRT 193
7.2.2. Środowisko symulacyjne 196
7.2.3. Model symulacyjny sieci PRT 196
7.3. Symulator zdarzeniowy 210
7.3.1. Struktura symulatora Feniks 210
7.3.2. Istota symulacji zdarzeniowej 212
7.3.3. Automatyzacja prowadzenia eksperymentów 220
7.4. Symulator oparty na automatach komórkowych 220
7.4.1. Wprowadzenie 220
7.4.2. Opis modelu 221
7.4.3. Algorytmy sterowania i zarządzania 222
7.4.4. Realizacja modelu 224
7.4.5. Ewolucja automatu komórkowego 224
7.5. Przykłady badań symulacyjnych 226
7.5.1. Wprowadzenie 226
7.5.2. Modele symulacyjne 227
7.5.3. Badanie algorytmów zarządzania pustymi pojazdami 229
7.5.4. Badanie nasycenia sieci 238
7.5.5. Badanie „imprezy masowej” 238
7.5.6. Badanie dynamicznego wyboru trasy 240
7.5.7. Badanie zasad pierwszeństwa 242
7.6. Wnioski 243
8. System informatyczny sterowania i zarządzania ruchem PRT 246
8.1. Struktura systemu 246
8.2. Centralny system sterujący 248
8.2.1. Stanowisko dyspozytora ruchowego 248
8.2.2. Stanowisko dyspozytora automatyki 249
8.2.3. System planowania ruchu i optymalizacji 249
8.3. Komputer koncentratora danych 251
8.4. Komputer obszarowy 252
8.5. System przystankowy 256
8.6. System transmisji bezprzewodowej 257
8.6.1. Wiadomości wstępne 257
8.6.2. Kanał transmisyjny systemu sterującego 259
8.6.3. Kanał transmisyjny systemu zarządzania ruchem 260
8.6.4. Kanał transmisyjny systemu kontrolno-diagnostycznego 260
8.6.5. Kanał transmisji głosu 261
8.6.6. Kanał transmisji obrazu 261
8.6.7. Analiza możliwości zastosowania różnych systemów transmisji 261
8.7. System pojazdowy 264
8.7.1. System komunikacyjny 264
8.7.2. Pojazdowy system sterujący 265
8.7.3. System komunikacji z pasażerem 266
8.7.4. Systemy kontrolno-diagnostyczne 268
8.8. Systemy dodatkowe 268
Bibliografia do części II 269
Część III Ekosamochód 279
9. Koncepcja pojazdu, jego zespoły mechaniczne i ergonomiczność 281
9.1. Koncepcja miejskiego samochodu elektrycznego 281
9.2. Zespoły mechaniczne ekosamochodu 282
9.2.1. Układy podwozia 282
9.2.2. Nadwozie i wnętrze 287
9.3. Ergonomiczność pojazdu 292
9.3.1. Wiadomości wstępne 292
9.3.2. Wybrane aspekty innowacyjności i funkcjonalności projektowanego pojazdu 293
9.3.3. Inteligentny interfejs kierowcy 298
9.3.4. Kształt nadwozia 300
10. Mechatroniczne i elektroniczne układy ekosamochodu 302
10.1. Układy sterowania nadrzędnego 302
10.2. Układ kierowniczy SBW (steer-by-wire) 304
10.2.1. Wymagania dotyczące układu kierowniczego SBW 305
10.2.2. Opis opracowanego układu kierowniczego SBW 305
10.3. Układ hamulcowy BBW (brake-by-wire) 307
10.3.1. Wymagania dotyczące układu hamulcowego BBW 308
10.3.2. Opis opracowanego układu hamulcowego BBW 308
10.4. Instalacja pneumatyczna pojazdu 310
10.5. Sterowanie mechanizmem dokowania wózka 313
10.6. Sterowanie mechanizmem fotela kierowcy 315
11. Parametry i warunki ruchu samochodu 317
11.1. Metodyka wyznaczania podstawowych parametrów technicznych napędu na podstawie analizy funkcji strat energii i kosztów budowy układu 317
11.1.1. Model pojazdu 319
11.1.2. Miarodajne warunki ruchu 320
11.2. Graniczna charakterystyka trakcyjna 320
11.2.1. Wymagana siła maksymalna 320
11.2.2. Przejazdy teoretyczne 321
11.3. Mapy strat energii elementów układu zasilania i napędu 322
11.3.1. Funkcja strat energii silnika 322
11.3.2. Funkcje strat energii falownika i akumulatora 325
11.4. Parametry znamionowe urządzeń 326
11.5. Maszyny elektryczne w układach napędowych samochodów 329
11.6. Konstrukcja maszyny elektrycznej do bezpośredniego napędu samochodu 331
11.7. Projektowanie maszyny elektrycznej 333
11.8. Budowa prototypu 339
11.9. Badania maszyny elektrycznej 344
11.9.1. Wprowadzenie 344
11.9.2. Stanowisko pomiarowe 345
11.9.3. Przetworniki pomiarowe 346
11.9.4. Wirtualny przyrząd pomiarowy 346
11.9.5. Pomiar drgań i napięć indukowanych w stanie jałowym 347
11.9.6. Pomiar momentu obrotowego w zależności od położenia kątowego zahamowanego wirnika 348
11.9.7. Próba obciążenia w zakresie pracy prądnicowej 349
11.9.8. Próba nagrzewania maszyny 351
11.9.9. Pomiar rozkładu indukcji w szczelinie 353
11.9.10. Pomiar indukcyjności 354
11.10. Przekształtnikowy układ napędowy dla dwusilnikowego pojazdu elektrycznego 356
11.10.1. Wprowadzenie 356
11.10.2. Przekształtnik napędowy 356
11.10.3. Modulator szerokości impulsów dla przekształtnika napędowego 359
11.10.4. Sterowanie silnikiem napędowym 363
11.10.5. Elektroniczny układ różnicowy 367
11.10.6. Model fizyczny przekształtnikowego układu napędowego 371
12. Hybrydowy magazyn energii miejskiego samochodu elektrycznego 375
12.1. Wiadomości wstępne 375
12.2. Elektrochemiczny magazyn energii 376
12.3. Superkondensatorowy magazyn energii 378
12.4. Topologia hybrydowego magazynu energii 379
12.5. Układ sterowania hybrydowego źródła energii 382
12.5.1. Wiadomości wstępne 382
12.5.2. Regulator rozmyty 383
12.5.3. Algorytm zarządzania mocą w hybrydowym źródle energii 384
12.6. Testy komputerowe i laboratoryjne rozmytego regulatora dla magazynu bateryjno-superkondensatorowego 388
13. Badania symulacyjne własności jezdnych 395
13.1. Wprowadzenie 395
13.2. Zadania badawcze i zakres prac 396
13.3. Struktura modelu człowiek-samochód-otoczenie 397
13.4. Wzorzec manewru, model kierowcy i funkcja oceny 397
13.5. Elektroniczna regulacja różnicowa i układ kierowniczy steer-by-wire 400
13.6. Model pojazdu 401
13.7. Identyfikacja parametryczna 402
13.7.1. Identyfikacja parametrów modelu samochodu 402
13.7.2. Identyfikacja parametrów układu sterującego 404
13.8. Wyniki badań symulacyjnych 405
13.8.1. Analiza porównawcza wpływu zmian konstrukcyjnych mechanizmu kierowniczego na przebieg ruchu modelu 405
13.8.2. Wybór struktury i parametrów układu elektronicznej regulacji różnicowej 406
13.8.3. Analiza własności jezdnych modelu podczas manewru zmiany pasa ruchu 407
13.8.4. Test łosia 409
Bibliografia do części III 411
