Análise comparativa dos veículos Paralelo-ES e Paralelo-SA

Assim como a arquitetura paralela de eixos separados, a paralela de assistência possui sistema de tração elétrica com menor grau de liberdade do que na arquitetura paralela convencional. Com a finalidade de entender melhor o sistema híbrido proposto por este trabalho, foi realizada também uma simulação com essa outra variação da arquitetura paralela.

Conforme apresentado no capítulo 3, na arquitetura Paralela-SA a máquina elétrica está acoplada ao MCI no eixo dianteiro do veículo, e juntos isolados do sistema de

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transmissão pela embreagem. Esse acoplamento mecânico e a disposição do sistema no eixo dianteiro favorecem a recuperação de energia na frenagem e também por meio do MCI. Esse arranjo também possibilita o uso da máquina elétrica como motor de partida do MCI, fazendo a função start/stop.

Para aproximar a comparação entre as duas arquiteturas, a simulação com o veículo modificado para a arquitetura Paralela-SA considera as mesmas condições de SOC inicial da bateria, 60%, o mesmo ciclo de condução, FTP-75, e limitação da demanda de carga requerida ao MCI para auxílio de recarga da bateria, 10%.

A Tabela 5.6-1 apresenta os seguintes resultados: eficiência média do MCI, a eficiência total do veículo e o consumo de combustível, que foram obtidos sob as condições estabelecidas para a simulação.

Tabela 5.6-1 – Eficiência e consumo de combustível dos veículos Paralelo-SA e Paralelo-ES simulados no ciclo de condução FTP-75 – Limite de 10% de torque do

MCI para recuperação.

Veículo Simulado Eficiência média

do MCI (%) Eficiência do Veículo (%) Consumo E-22 (km/L) Paralelo-AS 28,08 10,2 19,6 Paralelo-ES 25,63 10,5 20 Porcentagem (%) 8,72% 2,94% 2,04% Fonte: Autor.

Observa-se que os resultados obtidos entre as duas arquiteturas são relativamente próximos. Porém a arquitetura Paralela-SA é mais eficiente na recuperação de energia por auxílio do MCI e por frenagem. É possível melhorar a redução de consumo de combustível permitindo uma demanda de carga de até 25% adicional de torque ao MCI para recarga. A Tabela 5.6-2 apresenta os resultados obtidos para a nova simulação

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considerando esse limite superior de demanda de torque ao MCI, apenas para o Paralelo-SA.

Tabela 5.6-2 – Eficiência e consumo de combustível dos veículos Paralelo-SA e Paralelo-ES simulados no ciclo de condução FTP-75 - Limite de 25% de torque do

MCI para recuperação (Apenas para o Paralelo-SA).

Veículo Simulado Eficiência média

do MCI (%) Eficiência do Veículo (%) Consumo E-22 (km/L) Paralelo-SA 27,97 12,2 23,28 Paralelo-ES 25,63 10,5 20 Porcentagem (%) 8,36% 13,93% 14,08% Fonte: Autor.

Observa-se que o ganho em redução de consumo foi aproximadamente 14% superior, com melhoria também na eficiência total do veículo, 13,98%.

Conclusões

O resultado comparativo do teste de desempenho do veículo convencional simulado e o experimental obtido foi bastante aproximado, considerado bom e o suficiente para validação do modelo implementado no ADVISOR. O resultado de consumo de combustível do veículo convencional nos testes experimental e simulado apresentou uma diferença, mas para fins de comparação entre o convencional e híbrido paralelo de eixos separados simulados, é considerado um resultado satisfatório.

Os ciclos de condução urbana e rodoviária definidos pela ABNT ilustram um perfil de condução imposta aos veículos para certificação do consumo e emissão dos veículos.

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Nestes ciclos é considerado que a pista é plana, porém em condições reais de utilização do veículo a influência da elevação de pista e do trânsito afeta de forma significativa o consumo de combustível. A simulação com o veículo convencional nos ciclos ABNT e no ciclo de condução medido na Av. Presidente Antônio Carlos ilustrou isso.

As modificações realizadas no ADVISOR, com a finalidade de inserir a arquitetura híbrida paralela de eixos separados, foram realizadas a partir da arquitetura paralela padrão já existente no software. Os resultados mostraram o desacoplamento mecânico entre os dois sistemas de tração e as características de operação dos motores de tração, o MCI e a máquina de indução de nove fases.

Os resultados obtidos com o VEH Paralelo-ES ilustra o potencial de redução de consumo de combustível em relação ao veículo convencional. Diante da limitação de recuperação imposta pela arquitetura, foi possível utilizar o MCI como fonte de recarga auxiliar para as baterias. Ainda assim a máquina elétrica operou mais no modo gerador que no modo de motorização. Foi possível constatar também, a capacidade de redução de emissão de poluentes utilizando dados de emissão de um MCI de mesmo porte. A capacidade reduzida de recuperação por frenagem limita a utilização da propulsão elétrica do sistema, assim como as taxas de desaceleração impostas pelo ciclo. O perfil de velocidade dos ciclos também irá definir a velocidade de rotação da máquina, que no caso do FTP-75, acabou restringindo a operação da máquina de nove fases no modo 12 Pólos – 3 Fases. As demandas de torque ficaram restritas ao limite de torque nominal. Modificar a relação de redução do sistema de transmissão elétrica faz com que a máquina opere no modo 4P-9F, porém a máquina só desenvolve torque nessa região se a faixa de operação do sistema de tração elétrica for estendida para toda a faixa de velocidade desenvolvida pelo veículo. A capacidade de recuperação de energia é um fator que limita a utilização desta máquina em todas as faixas de velocidade do veículo. O conjunto da transmissão do sistema de tração elétrica com redução de 11 vezes faz com que a máquina opere no modo 4P-9F, porém, do ponto de vista prático se torna inviável devido a alta velocidade de rotação, disponibilizando 14.000 rpm no eixo de entrada.

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Sob todas as condições definidas para simulação do Paralelo-ES, com as limitações impostas, foi possível obter uma redução de consumo considerável.

Conforme apresentado, aumentar a capacidade de recuperação de energia pode proporcionar maior disponibilidade da tração elétrica, demanda torque extra ao nominal desta máquina elétrica avaliada e amplia o modo de tração 4x4 em toda a faixa de operação de velocidade do veículo.

A comparação realizada com o veículo convencional hibridizado pela arquitetura Paralela-ES e pela arquitetura Paralela-SA, mostra que o híbrido SA é mais eficiente no que diz respeito à recuperação de energia, pois a conexão entre os motores de tração é feita mecanicamente e ambos estão no eixo dianteiro do veículo. Porém, quando foi imposta ao Paralelo-SA a limitação do Paralelo-ES de 10% do torque de carga ao MCI para auxilio de recarga das baterias, os resultados obtidos ficam próximos.

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