Naložba v vašo prihodnost Operacijo delno financira Evropska unija Evropski sklad za regionalni razvoj

Átírás

1 Kis teljesítményű járművek hajtására alkalmas villamos hajtások kutatás-fejlesztése, tervezése, gyártástervezése és gyártása, rendszer szintű üzemeltetése Naložba v vašo prihodnost Operacijo delno financira Evropska unija Evropski sklad za regionalni razvoj Befektetés a jövőbe A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósul meg

2 1. Bevezetés Az Európai Unióban a közlekedés az üvegházhatású gázok teljes kibocsátásának 21%-áért felelős; ennek a 93%-a a közúti közlekedésből ered. A probléma minden városban hasonló: nem férünk el a saját gépkocsinktól, megteltek a parkolóink, városaink, ezért változtatni kell az egyéni közlekedési stratégiánkon. A pedelec elnevezésű kerékpár és annak rendszerben való működtetése egy jó példa ezen probléma innovatív megoldására, amely környezeti szempontból nagyon is példaértékű lehet. 2. A projekt célkitűzései Egy különböző fejlettségi színtű régióban elterjeszthető csekély külső energiát felhasználó közlekedési eszköz villamos hajtásrendszerének kifejlesztése. A kifejlesztett rendszer gyártás-előkészítése és gyártásszervezése. Az alapcél megvalósításával használható termék létrehozása. Használható cél biztosítása heterogén vállalkozói csoport számára A kifejlesztendő termék és technológia 2.2. A termék A közvetlen cél pedelec előírásokat kielégítő járművek villanymotorjának és elektronikus szabályzójának a kifejlesztése, gyárthatósági vizsgálata, technologizálása, gyártásszervezése. A terméknek alkalmasnak kell lennie különböző kerékpár jellegű járművek villamos rásegítő meghajtására. A járművek különböző méretű és rendeltetésű kerékpárok és kerékpárokból kifejlesztett és a pedelec irányelveket teljesítő közlekedési eszközök lehetnek A villamos hajtásrendszer Minimális tömegű hajtóműves vagy hajtómű nélküli állandó mágneses szinkron motor legfeljebb 350 kw teljesítménnyel A villamos hajtásrendszer fejlesztésének fő mozzanatai: Céljármű-vizsgálat: a hajtásrendszer alkalmazása szempontjából felvethető járművek vizsgálata, parametrizálása, jármű-szimuláció végzése különböző domborzati viszonyok és forgalmi, időjárási körülmények figyelembe vételével, a felhasználói környezetbe illeszkedő járművek megválasztásával (regionális szempontok figyelembe vétele) Motorfelépítések vizsgálata és optimalizálása: a villamos motor szerkezeti felépítésének lehetőségei: külső vagy belső forgórészes, beágyazott vagy ragasztott mágneses, lemezelési szerkezet kialakítása, a forgórész alakjának a meghatározás, a mágnes alakjának a meghatározás. Különböző motorok felépítésének szimulációs vizsgálata és ennek alapján működtetési és előállítási költségoptimalizálás, hatásfok- és tömegoptimalizálás. Hajtóműves és hajtómű nélküli motorkonstrukciók elemzése és energia-visszatáplálásra alkalmas hajtómű kombinációk kiválasztása, szimulációs elemzése. 2

3 Hajtómű felépítések vizsgálata és optimalizálása. Az energia visszanyerésre alkalmas hajtómű konstrukciók hatásfok és hajtásdinamikai elemzése, bolygóműves rendszerek vizsgálata kerékpár sebességváltókban, bolygóművek és szabadonfutók tömegoptimalizált szerkezeteinek kombinálása, alkalmazástechnikai fejlesztése, kapcsolhatósági feltételeinek elemzése, kialakítása és a kapcsolás üzembiztonságának a biztosítása. Motor tervezése. A hajtásdinamikailag optimalizált paraméterek felhasználásával történő motor szimulációs méretezések futtatása alkalmas szoftverekkel. A generált motorjellemzők felhasználásával CAD dokumentáció készítése. A tervezendő fő alkatrészek: mágnes, forgórész vasmag, forgórész ágyazás, tengely, csapágyazás, állórész vasmag lemezszabásrajz, állórész vasmag hossz (motor szélesség), tekercselési jellemzők, motorburkolat, jeladók elhelyezési lehetőségei, kábelezés helyének megadása. Motorok hűtés-szimulációja és hűtéstervezés. Hajtómű tervezés. A szimulációk alapján optimalizált áttételű központi bolygóműves hajtómű méretezése, az alkalmazott fogaskerékrendszer fogazati paramétereinek a meghatározása, kenéstervezés, csapágyak méretezése. A kiválasztott típusú kapcsolható szabadonfutó méretezése, összekapcsolása a hajtóművel, a kapcsoló mechanizmus és kapcsoló rendszer tervezése. A hajtómű CAD dokumentáció elkészítése. Prototípusgyártás: próbapadi prototípus az összes olyan méretezési jellemzővel, amely a felhasználás során is releváns marad. A próbapadi prototípus egyes paraméterei megváltoztathatók az alapvető jellemzők megmaradása mellett. Várhatóan a szimuláció-méretezési prototípusgyártás-teszt folyamata iterációs jellegű, és több prototípus gyártására lesz szükség. A próbapadi prototípus végtesztelt darabja a járműbe építhető hajtásrendszer prototípusának az alapja. Teszt. Próbapadi tesztelés a szimulált paraméterek mérésére, illetve a tervezett és legyártott hajtásrendszer funkcionális, hatékonysági és üzembiztonsági méréseire. A tesztelés választott munkapontok és cikluselőírások szerint kézi és automatikus üzemmódban történik. Tesztelés járműben: a gépegyüttes tesztelése kiválasztott járműtípusokban jármű tesztpadon és külső forgalmi körülmények között. Gyártható típus generálása: a tervezett hajtásrendszer gyárthatósági felülvizsgálata. A gyártás műveleti és ráfordítás elemzése (idő és energia, élő és gépmunka). A céljármű: pedelec kerékpár kétkerekű normál kerékpár szokásos szerelvényekkel, 3 kerekű kerékpár mozgáskorlátozottak számára, haszonjárműként, összecsukható kerékpár, amely alkalmas tömegközlekedési eszközön történő szállításra, tandem kerékpárok különböző változatai, teherszállításra alkalmas kerékpár, nyitott és fedett változatban. A céljárműben alkalmazott hajtásrendszerek hardvere lehet azonos (nagyobb darabszámban és hatékonyabban gyártható), illetve lehet a céljárműre optimalizált (síkvidéken nem kell energiavisszatáplálás, hegyvidéken kell, összecsukható kerékpár motorja tömegminimalizált legyen, a teherszállító jármű nagy nyomatékú kisebb sebességű hajtást kíván stb.) Motorfelépítések: külső és belső forgórészes, központi és külpontos elhelyezésű. A hajtások a céljárműben elhelyezésük alapján különbözők lehetnek. Az eddig elterjedt központi rásegítéses rendszereknél elvileg sem lehet generátoros üzemet megvalósítani, tehát az 3

4 energia-visszatáplálás nem megoldható. Amennyiben a hegyi vagy a dombvidéki felhasználás is követelmény (a régióban vannak olyan körzetek, ahol ez lehet), akkor csak a kerékagymotoros változat jöhet szóba. Döntés a célterület felmérése után lehetséges. Hajtóművek: homlokkerék, csigahajtás, szabadonfutó, bordás szíj, bolygóművek, lánchajtás. A hajtóművek is függnek a motor kialakításoknál felvetett irányoktól. Az optimális hajtáskombináció megválasztása fontos és megoldandó feladat, amit a felhasználás földrajzi, társadalmi, piaci és kulturális vonatkozásainak felmérése és elemzése után lehet jól elvégezni. A hajtásfejlesztés műszaki paraméterei: Az előzetes elemzések során kell a motor fő paramétereit meghatározni. Ezek alapján lehet a motorokat tervezni, amely minden jellemző meghatározására kiterjedő folyamat kell hogy legyen. üzemi fordulatszám tartomány hajtónyomaték hatásfok villamos feszültség max. áram névleges teljesítmény tömeg átmérő hossz hajtómű áttétel hajtómű hatásfok hajtómű tömeg hajtómű méretek Technológia A hajtáskonstrukció véglegesítésének folyamatát követve kell a technologizálást (gyártás, megvalósítás) végrehajtani. A gyártási folyamat tervezését, a realizáció infrastruktúrájának a tervezése követi. A gyártás CAD-CAM rendszerben történhet a gyártmány tulajdonságaihoz igazítva. Folyamat: Gyártási dokumentáció készítése: 3D tervezés, gyártási rajzok készítése. Gyártási művelet tervezése számítógéppel. Gyártási műveletek programozása. 4

5 Technológia megszervezése, gyártás kihelyezése A technológiát megfelelő adottságú üzemekre amelyek a pályázat résztvevői kell bízni. A gyártás szervezése a pályázat kidolgozásának részfeladata. A különböző műveletek alapján szétválasztott gyártási tevékenységek a villamos motornál: vasmag gyártása, lemez kivágása, formába sütés, forgórész gyártása, tekercselés, fém alkatrészek forgácsolása, összeszerelés, huzalozás, átvétel, teszt, gyártáskíséret, minőségbiztosítás. A különböző műveletek alapján szétválasztott gyártási tevékenységek a hajtóműnél: fémmegmunkálási műveletek: házöntés, forgácsolás, tengelyek, fogaskerekek előgyártása, forgácsolása, hőkezelése, hajtóműszerelés, teszt, átvétel, gyártáskíséret, minőségbiztosítás. A gyártás során gondoskodni kell a megfelelő minőségről egy megfelelő minőségbiztosítási rendszer bevezetésével és a konstrukció, felhasználási tapasztalatok ütköztetésével állandóan frissíteni kell a technológiát Az elektronikus rendszer Az elektronikus rendszer a motor hajtásszabályzását, a jármű irányítását valamint a kijelző felület működését és a jármű kezelését biztosítja. Az elektronikus rendszer motorhajtás-elemei lehetnek a motorral egybeépítve, illetve a teljes elektronikus rendszer lehet integrált. Részei: motormeghajtó elektronika, akkumulátor töltésvezérlő és felügyelő, járműelektronika (járműirányítás), műszerfal, perifériák, jeladók. Az elektronika más rendszerű fejlesztést és gyártást igényel, mint a villamos gépészeti egységek, de ezek rendszerbefoglalása is szükséges egy szervezett projektmenet biztosításához Az elektronikus rendszer fejlesztésének fő mozzanatai: A motor elektronikus meghajtó fejlesztő board elemeinek a kiválasztása, összeállítása. Ebben a mozzanatban a fejlesztéshez használt PIC kiválasztása fontos. A későbbi sorozatgyártású elektronika felépítését ez jelentősen befolyásolja. A kiválasztást stratégiai döntésként a pályázati 5

6 6 feladatok első ütemébe kell besorolni. Az áramkör tervezése és gyártása felhasználói program (nyák tervező) segítségével történik. A motor meghajtó elektronika programozása, tesztelése. A programozás korábbi fejlesztések alapján, az eddigi tapasztalatok szerint történik. A hajtásvezérlés szinuszos jelformával történik, és az adott járműkategóriákban szükséges alacsony fordulatszám-tartomány miatt nincs szükség az áramvektoros szabályzás igénybevételére. A motorszabályzó az alkalmazásra választott járműfajtáktól korlátozottan függ, és az egyes járművek hasonló motorszabályozást igényelnek. A motor és elektronikus szabályzó összehangoló optimalizálása. A motor és szabályzó összehangolása a meghajtó programozása során történik próbapadi mérések igénybevételével. Ez egy munkaigényes folyamat, amely azonban időben megtervezhető. A motor és szabályzó tesztelése próbapadon és járműben. A szabályzó próbapadi tesztelése az előző pontban részletezett munkálatok befejező része, alapvetően a motor végső jelleggörbéinek a felvétele céljából. A járműben való tesztelés az átvétel utolsó fázisa, amelyet még esetleges fejlesztési utómunkálatok követnek. Széria board fejlesztése. A motorszabályzó egység sorozatgyártású, járműben használható változatának a kifejlesztése. Ebben a fázisban a használhatóság tekintetében EMC vizsgálatokat kell végezni, gondoskodni kell a megfelelő hő- és vízállóságról, és biztosítani kell a rázkódás, behatolás és rongálások elleni védelmet. A járműirányító elektronika fejlesztő panel elemeinek a kiválasztása, összeállítása. Az első fejlesztési lépcső ebben az ütemben a járműirányítás algoritmizálása. Ez a követelmények meghatározásával különböző járműtípusokra történik. Mivel a kiválasztott járművek alapvetően a pedelec előírásokra épülnek, irányítási rendszerük nagymértékben hasonló. Az áramköri elemek kiválasztásánál itt is a PIC alapozza meg a rendszert. Az ehhez kapcsolódó támogatást (gyártó) is célszerű figyelembe venni a programozás gyorsítása végett. Programozás és tesztelés. A programozás az algoritmus alapján történik a processzor által meghatározott programnyelven. Motorszabályzó, BMS és járműirányítás összehangolás. A BMS-t célszerű kereskedelmi áruként beszerezni és az akkumulátor egység részeként kezelni. A BMS adatait az irányításnak és a motorszabályozásnak is fel kell használnia. A három elektronikus rendszernek együtt kell működnie. Ez felveti egy kommunikációs rendszer mint negyedik informatikai elem létrehozását, amelyről a pályázati feladatok végrehajtása közben gondoskodni kell. Az összehangolás eredménye egy használható informatikai együttes, amely a jármű minden üzemhelyzetét megfelelően tudja kezelni. Széria panel fejlesztése. A fejlesztő panel ugyan alkalmas már a jármű irányítására, de nagy sorozatban nem gyártható, és számos üzemi követelménynek nem felel meg. Elsőként az üzemi követelményeknek való megfeleltetést kell elvégezni: EMC vizsgálat, hőmérséklet tűrés, víz-, rázkódás-, rongálásállóság biztosítása. A rendszer miniatürizálása valamint boxba foglalása is fontos követelmény. Integrált egységként való alkalmazás esetén az elektronikus egységek megfelelő összeépítése, elkülönített mérése, csatlakoztathatósága, diagnosztizálása kell hogy megvalósuljon. A járműirányítás tesztelése és programozása próbapadon és járműben. A tesztelés és programozás együttes folyamata a korábbiakban leírtak alapján történik. A teljes elektronikai rendszer összeállítása és többlépcsős illesztése, tesztelése. A fejlesztési iteráció utolsó állomása, a termék ezt követően jelenik meg.

7 3 Villamos hajtású kerékpárok elterjesztése és rendszer szintű üzemeltetése a Nyugat-Dunántúl régióban 3.1. Célkitűzés Minimális hajtási energiaigényű villamos járművek elterjesztésének alapozása, előkészítése, és megszervezése. Villamos kerékpárok, illetve ezek szerkezeti elemeire alapozott villamos hajtású járművek hálózatának kiépítése egyéni felhasználók, vállalkozók, társadalmi szervezetek bevonásával. A hálózat elemei: járművek (pedelec kerékpárok, zárt felépítményű segédmotoros kerékpárok és motorkerékpárok villamos hajtással, személy és teherszállításra rövid hatótávolságú közlekedésre) és infrastruktúra (úthálózat vizsgálata, akkumulátortöltés, őrzés, tárolás). A minimális hajtási igényű villamos járművek elterjedésének elősegítése sűrűn lakott övezetekben, zárt vagy félig zárt területeken és kis népsűrűségű körzetekben, ahol nem lehet hatékony tömegközlekedést kialakítani Konkrét cél A munkaterv a pedelec kerékpárok elterjesztését kívánja segíteni egy olyan hálózati terv felépítésével, mely különböző közlekedési rendszerekbe integrálható. Az e-mobility, tehát villamos hajtású közlekedési eszközök terjesztése és alkalmazása az Európai Uniós irányelveknek megfelelően erősen támogatott terület. Magyarország Nyugat-Dunántúl régiójának kettős fejlettségi szintje ideális felületet ad az előremutató technológiát és közlekedési kultúrát igénylő projekttervhez. Célunk, hogy olyan egyedülálló mintát mutassunk és építsünk, mely új gondolkodásmódot és környezetbarát, egyben egészséges közlekedési alrendszert honosít meg. A projekt rövid távon erős marketinghatással bír, közép távon jelentős hazai szolgáltatói (turisztikai) támogatást igényel, hosszú távon pedig jelentős műszaki fejlesztési potenciált hordoz, miközben komoly gyártókapacitást is igényel A kifejlesztendő hálózat általános leírása A hálózat fő elemei a villamos hajtású jármű és az üzemeltetéshez szükséges energia ellátó és tároló infrastruktúrája. A rendszer további, üzemeltetést segítő elemei a kártyás, helymeghatározóval kiegészített informatikai alrendszer, szerviz és felügyeleti alrendszer. A rendszer használói olyan személyek, akik az egyéni, de gazdaságos közlekedést preferálják, és azok a tömegközlekedést használók, akik alternatív útvonalon, vagy időben, valamit eltérő formájú eszközök segítségével kívánnak közlekedni. Továbbá komoly felhasználói kört jelent az alkalmi, de fizetőképes használók, a turisztikai célból pedelecet igénylők csoportja. Potenciális felhasználók lehetnek még a zárt körzetek környezetkímélő közlekedését fenntartó vállalkozások, intézmények: nagy telephellyel és jelentős belső forgalommal rendelkező gyárak, parkok, egyéb idegenforgalmi, egészségügyi, rekreációs intézmények. Fontos terület, amelyet speciális, de a kis energiájú járművekkel lehet kiszolgálni, az időskorúak közlekedése. 7

8 A rendszer elemei (továbbiakban részletezve): villamos hajtású jármű, töltő és tároló egység, informatikai támogató rendszer A kifejlesztendő hálózat üzemeltetése Saját tulajdonban lévő és bérelhető pedelec A rendszer mindkét konstrukció együttes fennállása esetén is létezhet. A jelenlegi piaci érdekeltség azt mutatja, hogy a pedelec ár jóval magasabb, mint a lakosság által erre fordítható elismert összeg. Ez annyit jelent, hogy a bérleti rendszer várhatóan nagyobb realitással valósítható meg, mint az egyéni elterjesztés. A bérleti rendszer kritikus eleme a biztonság: a rombolás, eltulajdonítás stb. ellen. A bérleti rendszer kialakítására létező példákat (pl. a budapesti BuBi rendszer) lehet alapul venni. A bérleti rendszerekhez támogatások is kapcsolhatók, amelyeket közösségi és társadalmi szervezetek, vagy esetleg kapcsolódó vállalkozások is igénybe vehetnek Szerviz és felügyelet üzemeltetés A villamos kerékpár elterjesztésének kulcsmozzanatai közé tartozik a megbízható üzem biztosítása. A kereskedelemben kapható járművekkel kapcsolatban kevés tapasztalat áll rendelkezésre, használatuk, karbantartásuk bizonytalanság érzetét keltik a jövőbeni felhasználókban. Ezt kellő információ ellátással és megfelelő vevőszolgálattal lehet eloszlatni. Mind az egyéni, mind pedig a bér-pedelec szolgáltatás üzemeltetéséhez feltétlenül szükséges egy jól szervezett, megbízható szerviz és felügyeleti szolgáltatás. A feladatok ellátását a GPSes informatikai rendszer segíti. A meghibásodott kerékpárok azonnali pótlása, és a szabályos időközönként lefolytatott karbantartó műveletek szaktudást igénylő humán csapatot igényelnek. A felügyeleti rendszerbe épített automatikus figyelmeztető és riasztási funkciók segítik a biztonságos üzemeltetést. A hálózat használatára jogosultak regisztrációja és a kiadott kártyák fizető keretének feltöltése alapvetően helyi önkormányzati feladat (tourinform iroda, polgármesteri hivatal), és/vagy on-line szolgáltatás. További lehetőség a pedelec-pont kialakítása, ahol a kártyakezelés, pedelec kerékpár értékesítés és szerviz szolgáltatás folyhat Célközönség felhasználók A célközönség több fő rétegből áll. Az egyik az egyébként tömegközlekedést használók, akik az egészséges életmód és környezettudatos közlekedés pártolói, ezért választják a normál kerékpárnál kényelmesebben, kisebb erővel hajtható pedelecet. A diákok, egyetemi hallgatók az iskolából haza, illetve az egyetemi campusról külső szálláshelyre vagy szórakoztató központokba, illetve busz-, valamint vonatállomásokra szeretnének eljutni. A rendeltetésszerűen napi közlekedésben alkalmazók mellett az alkalmi használók egyéb, saját közlekedési eszköz híján használják a pedelecet, amivel a városi, agglomerációs környezetben egyénileg tudnak bárhová eljutni turisztikai céllal. 8

9 Alkalmazás Az alkalmazás területei: belváros, zárt rendszerek, lakóparkok, védett területek, vállalkozások belső területei, vállalkozások telephelyei között. Az alkalmazások egyéni felhasználás céljából: munkába, iskolába járás, bevásárlás, ügyintézés, turisztika, idegenforgalom. A pedelechálózat régióban történő kiépítésének első lépése, hogy egy adott útvonalon, városrészben, kisebb településen vagy térségben megtörténjen a pilot rendszer felállítása. A régió fejlődésében kiemelkedő lehet egy pedelechálózat, ugyanakkor egyedi funkcionalitásokkal lehet növelni az értékét Példa a megvalósításra Az Európai Unió által támogatott, Intelligent Energy Europe programból finanszírozott projektben a GO Pedelec rendszer és hálózat jelenti a RENT-A-PEDELEC mintaprojekt megvalósításának alapjául szolgáló példát. A GO Pedelec megvalósítása Ausztriában, Wachauban történt meg. A projekt partnere volt a Miskolci Vagyonkezelő Zrt. A rendszer rövid leírását a oldalon olvashatjuk: 2010 májusától lehetőség van arra, hogy a Wachauba látogatók pedelecet is bérelhessenek és így környezetbarát, természet közeli módon tekinthessék meg a környéket és a látnivalókat. Ez a kezdeményezés egy széles körű együttműködés eredménye, amely a tartományi kormányzat, a helyi ENV elektromos szolgáltató, a Raiffeisen-Leasing és turisztikai cégek között áll fent. Jelenleg kb. 100 db elektromos meghajtású jármű kölcsönözhető, melyek közül jelentős számban pedelec típusú kerékpárok vannak, azok közül is a városi és mountain bike típusok. Az ún. városi típusú pedelecet fél napra 12 -ért, egy napra 18 -ért lehet kikölcsönözni, míg mountain bike pedelecet fél napra 18 -ért, egy napra 25 -ért lehet kikölcsönözni. Amennyiben valaki balesetet szenved az útja során, akkor a 120-as hívó számon hívhatja az ÖAMTC baleseti szolgálatát, akik ingyenesen segítenek a bajba jutottnak. A lemerült akkumulátorok töltésére 5 db nyilvános töltőállomás áll rendelkezésre a területen, illetve a jövőben ehhez kapcsolódnak ún. mobility partnerek (szállodák, éttermek, stb.). A nyilvános állomásoknál szükség van adapterre és RFID kártyára, úgy erre a mobility partnereknél nem lesz szükség. Érdekessége a rendszernek, hogy a töltéshez szükséges elektromos áramot 100%-ban megújuló energiaforrásból nyerik. 9

10