SYSTEM FOR AUTOMATIC SELECTION OF THE SPEED RATE OF ELECTRIC VEHICLES FOR REDUCING THE POWER CONSUMPTION

K. O. Soroka, T. P. Pavlenko, D. A. Lychov

Abstract


Purpose. The work is aimed to design a system for automatic selection of the optimal traffic modes and automatic monitoring of the electric energy consumption by electric transport. This automatic system should provide for the minimum energy expenses. Methodology. Current methodologies: 1) mathematical modeling of traffic modes of ground electric vehicles; 2) comparison of modelling results with the statistical monitoring; 3) system development for automatic choice of traffic modes of electric transport with minimal electrical energy consumptions taking into account the given route schedules and the limitations imposed by the general traffic rules. Findings. The authors obtained a mathematical dependency of the energy consumption by electric transport enterprises on the monthly averaged environment temperature was obtained. A system which allows for an automatic selection of the speed limit and provides automatic monitoring of the electrical energy consumption by electric vehicles was proposed in the form of local network, which works together with existing GPS system. Originality. A mathematical model for calculating the motion curves and energy consumption of electric vehicles has been developed. This model takes into account the characteristic values of the motor engine and the steering system, the change of the mass when loading or unloading passengers, the slopes and radii of the roads, the limitations given by the general traffic rules, and other factors. The dependency of the energy consumption on the averaged monthly environment temperature for public electric transport companies has been calculated. Practical value. The developed mathematical model simplifies the calculations of the traffic dynamics and energy consumption. It can be used for calculating the routing maps, for design and upgrade of the power networks, for development of the electricity saving measures. The system simplifies the work of the vehicle driver and allows reducing the energy consumption, also provides for an automatic energy cost monitoring. The calculated dependency of the energy consumption on the environment temperature may be used for an improvement of methods which regulate the work of the public electric transport companies. It has been proved that there is a possibility for reducing electrical energy consumption by 10% to 45% using the efficient motion regimes. Author’s certificate was obtained for the invention of the system for an automatic selection of the velocity regime for a public electric transport vehicle.


Keywords


public electric transport; energy saving; specific energy consumption; standardization; motion modeling; traffic modeling; traffic regimes; CAN network

References


Vytraty elektroenerhii tramvainymy vahonamy ta troleibusamy. Normatyvy. Metod rozrakhunku, HKN-02.07.005-2001 (2001).

Hetman, H. K., & Golik, S. M. (2006). Vyznachennia vytrat elektroenerhii na tiahu poizdiv pry rozviazanni zadach tiahovoho zabezpechennia. Proceedings of the 66 International Conference «The Issues and Prospects of Railway Transport Development», May, 11-12, 2006, Dnipropetrovsk. 115. Dnipropetrovsk: Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan.

Transport elektrifitsirovannyy s pitaniyem ot kontaktnoy seti. Ryad napryazheniy, GOST 6962-75 (1996).

Karpenko, Y. (1998). Features of the CAN-Protocol. Contemporary Technologies in Automation, 4, 16-20. Retrieved from http://www.cta.ru/cms/f/326789.pdf

Kievskiy tramvaynyy forum. Raskhod elektroenergii v tramvayakh. (n.d.) Retrieved from http://forums.mashke.org/cgi-bin/forum.cgi

Sait korporatsii «Ukrelektotrans». (n.d.) Retrieved from http://korpmet.org.ua

Kulbashna, N. I., Tarnovetska, A. H., & Balas, O. Y. (2014). Novi pidkhody shchodo skladannia ratsionalnykh rezhymiv vodinnia rukhomoho skladu po marshrutakh. Proceedings of the International Conference Problemy ta perspektyvy rozvytku tekhnichnykh zasobiv transportu ta system avtomatyzatsii, October, 01-03, 2014, Kharkiv. 84-85. Kharkiv: O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv.

Kutniv, M. V. (2010). Chyselni metody. Lviv: Rastr-7 Publ.

Logvinova, N. A., Bosiy, D. O., & Polyah, O. M. (2012). Reduced operating costs by train traffic optimization. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 42, 110-113.

Ministry of Transport of the Russian Federation. (1996). Metodicheskiye ukazaniya po planirovaniyu, uchetu raskhoda elektricheskoy energii tramvaynym i trolleybusnym transportom i rekomendatsii po ekonomii elektroenergii, R-29-284702-0365-96.

Daleka, V. K., Pushkov, P. M., Andriichenko, V. P., & Minieieva, Y. V. (2012). Osnovy elektrychnoi tiahy. Kharkiv: O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv.

Soroka, K. O., & Lychov, D. A. (2016). UA Patent No. 110877. Ukrainian Intellectual Property Institute (UKRPATENT).

Pogoda i klimat. Pogoda v Kharkove. (n.d.) Retrieved from www.pogodaiklimat.ru/monitor.php?id=34300

Daleka, V. K., Budnychenko, V. B., Kovalenko, V. I., Khvorost, M. V., & Isaiev, L. O. (2014). Pravyla ekspluatatsii miskoho elektrychnoho transportu. Kharkiv: O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv.

Building Climatology, SNiP 23-01-99 (2002).

Soroka, K. O., & Lychov, D. A. (2015). The content model and the equations of motion of electric vehicle. Science and Transport Progress, 3 (57), 97-106. doi: 10.15802/stp2015/46056

Rozenfeld, V. Y., Isaev, I. P., Sidorov, N. N., & Ozerov, M. I. (1995). Teoriya elektricheskoy tyagi. Moscow: Transport.

Beusen, B., Degraeuwe, B., & Debeuf, P. (2013). Energy savings in light rail through the optimization of heating and ventilation. Transportation Research. Part D: Transport and Environment, 23, 50-54. doi: 10.1016/j.trd.2013.03.005

Capasso, A., Lamedica, R., Gatta, F.M., Geri, A., Maccioni, M., Ruvio, A., Guidi Buffarini, G., & Carones, N. (2016). Individual driving style impact on traction energy consumption in railway lines: A simulation model. Proceedings of the Intern. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), June, 22-24, 2016, Anacapri, Italy. 665-670. doi: 10.1109/SPEEDAM.2016.7525929

Heinzelman, W. B. (2000). Application-Specific Protocol Architectures for Wireless Networks. (PhD Thesis). Massachusetts Institute of Technology.


GOST Style Citations


  1. Галузеві комунальні норми ГКН 02.07.005–2001. Витрати електроенергії трамвайними вагонами та тролейбусами. Нормативи. Методи розрахунку / Г. П. Щербина, Л. В. Збарський, Е. І. Карпушин, В. Б. Будниченко, В. Х. Далека, В. В. Кривуля. – Чинний від 2001–01–01. – Київ : Держбуд України, 2001. – 23 с.
  2. Гетьман, Г. К. Визначення витрат електроенергії на тягу поїздів при розв’язанні задач тягового забезпечення / Г. К. Гетьман, С. М. Голик // Проблемы и перспективы развития ж.-д. трансп. : тез. LXYI Междунар. науч.-практ. конф. (11.05–12.05.2006) / Днепропетр. нац. ун-т ж.-д. трансп. им. акад. В. Лазаряна. – Днепропетровск, 2006. – С. 115.
  3. ГОСТ 6962-75. Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений (с изменением № 1). – Введ. 1996–03–01. – Москва : Изд-во стандартов, 1996. – 3 с.
  4. Карпенко, Е. Возможности CAN протокола [Електронний ресурс] / Е. Карпенко. – Промышленные сети. – 1998. – № 4. – С. 16–20. – Режим доступу: http://www.cta.ru/cms/f/326789.pdf. – Назва з екрана. – Перевірено : 16.05.2017.
  5. Киевский трамвайный форум. Расход электроэнергии в трамваях [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://forums.mashke.org/cgi-bin/forum.cgi. – Назва з екрана. – Перевірено : 16.05.2017.
  6. Корпорація підприємств міського електротранспорту України «Укрелектротранс» [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://korpmet.org.ua. – Назва з екрана. – Перевірено : 16.05.2017.
  7. Кульбашна, Н. І. Нові підходи щодо складання раціональних режимів водіння рухомого складу по маршрутах / Н. І. Кульбашна, А. Г. Тарновецька, О. И. Балас // Проблеми та перспективи розвитку техн. засобів трансп. та систем автоматизації : матеріали міжнар. наук.-практ. конф. (1.10–3.10.2014) / Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків, 2014. – С. 84–85.
  8. Кутнів, М. В. Чисельні методи : навч. посіб. / М. В. Кутнів. – Львів : Растр-7, 2010. – 288 с.
  9. Логвінова, Н. О. Зменшення експлуатаційних витрат за допомогою енергооптимального руху поїздів / Н. О. Логвінова, Д. О. Босий, М. О. Полях // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2012. – Вип. 42. – С. 110–113.
  10. Методические указания по планированию, учету расхода электрической энергии трамвайным и троллейбусным транспортом и рекомендации по экономии электроэнергии : Р-29-284702-0365-96 / М-во трансп. Рос. Федерации, 1996. – 22 с.
  11. Основи електричної тяги : навч. посіб. / В. Х. Далека, П. М. Пушков, В. П. Андрійченко [та ін.] ; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків : ХНАМГ, 2012. – 312 с.
  12. Пат. 110877 Україна, MПK B 60 W 50/08; B 60 W 50/00. Система автоматизованого вибору швидкісного режиму руху наземного електричного транспортного засобу / Сорока Костянтин Олексійович, Личов Дмитро Олександрович ; заявник та патентовласник Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – u201603772 ; заявл. 25.10.2016 ; опубл. 25.10.2016, Бюл. № 20.
  13. Погода и климат. Климатический монитор. Харьков [Електронний ресурс]. – Режим доступу: www.pogodaiklimat.ru/monitor.php?id=34300. – Назва з екрана. – Перевірено : 16.05.2017.
  14. Правила експлуатації міського електричного транспорту : навч. посіб. / В. Х. Далека, В. Б. Будниченко, В. І. Коваленко [та ін.] ; Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків, 2014. – 447 с.
  15. СНиП 23-01-99. Строительная климатология : утв. 11.06.99 г. № 45 с изм. № 1. – Москва : Госстрой России, 2002.
  16. Сорока, К. О. Змістовна модель та рівняння руху електричного транспорту / К. О. Сорока, Д. О. Личов // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 3 (57). – С. 97–106. doi: 10.15802/stp2015/46056.
  17. Теория электрической тяги / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров, М. И. Озеров ; под ред. И. П. Исаева. – Москва : Транспорт, 1995. – 294 с.
  18. Beusen, B. Energy savings in light rail through the optimization of heating and ventilation / B. Beusen, B. Degraeuwe, P. Debeuf // Transportation Research Part D: Transport and Environment. – 2013. – Vol. 23. – P. 50–54. doi: 10.1016/j.trd.2013.03.005.
  19. Individual driving style impact on traction energy consumption in railway lines: A simulation model / A. Capasso, R. Lamedica, F. M. Gatta [et al.] // Intern. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM) (22.06–24.06.2016) : Conf. Paper. – Anacapri, Italy, 2016. – P. 665–670. doi: 10.1109/SPEEDAM.2016.7525929.
  20. Heinzelman, W. B. Application-Specific Protocol Architectures for Wireless Networks : Ph.D Thesis / W. B. Heinzelmaaan / Massachusetts Institute of Technology. – Boston, 2000. – 154 р.


DOI: http://dx.doi.org/10.15802/stp2017/104360

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)