Исследуйте гибридный электромобиль пример готовых узлов P2

Гибридный электромобиль (HEV) пример готовых узлов P2 представляет полную модель HEV с двигателем внутреннего сгорания, передачей, батареей, двигателем и сопоставленными алгоритмами управления трансмиссии. Используйте пример готовых узлов в оборудовании в цикле (HIL) тестирование, сравнительный анализ, и управляйте оптимизацией параметров управления гибрида HEV P2. Чтобы создать и открыть рабочую копию проекта примера готовых узлов, войти

autoblkHevP2Start

По умолчанию пример готовых узлов HEV P2 сконфигурирован с:

Пакет литий-ионного аккумулятора
Сопоставленный электродвигатель
Сопоставленный двигатель с искровым зажиганием

Эта схема показывает настройку трансмиссии.

Эта таблица описывает блоки и подсистемы в примере готовых узлов, указывая, какие подсистемы содержат варианты. Чтобы реализовать варианты модели, пример готовых узлов использует различные подсистемы.

Элемент примера готовых узлов	Описание	Варианты
Анализируйте степень и энергию	Дважды кликните Analyze Power and Energy, чтобы открыть live скрипт. Запустите скрипт, чтобы оценить и сообщить о степени и потреблении энергии в компоненте - и уровень системы. Для получения дополнительной информации о live скрипте, смотрите, Анализируют Степень и энергию.	Нет данных
Блок Drive Cycle Source — FTP75 (2 474 секунды)	Генерирует стандартную или заданную пользователями скорость цикла диска по сравнению с профилем времени. Блок выход является выбранным или заданным транспортным средством продольная скорость.
`Environment` подсистема	Создает переменные окружения, включая дорожный класс, скорость ветра, и атмосферную температуру и давление.
`Longitudinal Driver` подсистема	Использует вариант Longitudinal Driver или Open Loop, чтобы сгенерировать нормированное ускорение и тормозящие команды. Вариант Longitudinal Driver реализует модель драйвера, которая использует цель транспортного средства и ссылочные скорости. Вариант Open Loop позволяет вам конфигурировать ускорение, замедление, механизм и команды муфты с постоянными или основанными на сигнале входными параметрами.	✓
`Controllers` подсистема	Реализует управляющий модуль трансмиссии (PCM), содержащий гибридный управляющий модуль (HCM) P2, модуль управления двигателем (ECM) и управляющий модуль передачи (TCM).	✓
`Passenger Car` подсистема	Реализует гибридный легковой автомобиль, который содержит ходовую часть, электрический объект и подсистемы двигателей.	✓
`Visualization` подсистема	Производительность уровня транспортного средства отображений, состояние заряда (SOC) батареи, экономия топлива и результаты эмиссии, которые полезны для соответствия трансмиссии и анализа выбора компонента.

Оцените и сообщите о степени и энергии

Дважды кликните Analyze Power and Energy, чтобы открыть live скрипт. Запустите скрипт, чтобы оценить и сообщить о степени и потреблении энергии в компоненте - и уровень системы. Для получения дополнительной информации о live скрипте, смотрите, Анализируют Степень и энергию.

Скрипт обеспечивает:

Полные энергетические сводные данные, которые можно экспортировать в электронную таблицу Excel^®.
Завод по производству двигателей, электрический объект и КПД объекта ходовой части, включая гистограмму механизма времени потрачены в различных КПД завода по производству двигателей.
Регистрация данных так, чтобы можно было использовать Инспектора Данных моделирования, чтобы анализировать КПД трансмиссии и энергетические сигналы передачи.

Для получения дополнительной информации о live скрипте, смотрите, Анализируют Степень и энергию.

Управляйте источником цикла

Drive Cycle Source блок генерирует целевую скорость транспортного средства для выбранного или заданного цикла диска. Пример готовых узлов имеет эти опции.

Синхронизация	Вариант	Описание
Выведите шаг расчета	`Continuous` (значение по умолчанию)	Непрерывные команды оператора
Выведите шаг расчета	`Discrete`	Дискретные команды оператора

Продольный драйвер

Longitudinal Driver подсистема генерирует нормированное ускорение и тормозящие команды. Пример готовых узлов имеет эти варианты.

Блокируйте варианты			Описание
Продольный драйвер (значение по умолчанию)	Управление	`Mapped`	Управление PI с отслеживанием завершения и усилений feedforward, которые являются функцией скорости транспортного средства.
		`Predictive`	Оптимальный предварительный просмотр одно точки (предусматривает) управление.
		`Scalar`	Управление пропорциональным интегралом (PI) с отслеживанием завершения и усилений feedforward.
	Фильтр lowpass (LPF)	`LPF`	Используйте LPF при целевой ошибке скорости для более сглаженного управления.
	Фильтр lowpass (LPF)	`pass`	Не используйте фильтр при ошибке скорости.
	Сдвиг	`Basic`	Модели графика Stateflow^®, противоположные, нейтральные, и планирование переключения передач диска.
		`External`	Введите механизм, состояние транспортного средства, и скоростная обратная связь генерирует ускорение и тормозящие команды, чтобы отследить вперед и инвертировать движение транспортного средства.
		`None`	Никакая передача.
		`Scheduled`	Модели диаграммы Stateflow, противоположные, нейтральные, парк и планирование переключения передач N-скорости.
Разомкнутый цикл			Подсистема регулирования без обратной связи. В подсистеме можно сконфигурировать ускорение, замедление, механизм, и сжать команды с постоянными или основанными на сигнале входными параметрами.

Чтобы бездействовать механизм в начале цикла диска и симулировать свет катализатора - прочь прежде, чем переместить транспортное средство с командой педали, используйте вариант Longitudinal Driver. Продольная подсистема Драйвера включает профиль сигнала замка зажигания, IgSw. Диспетчер механизма использует сигнал замка зажигания запустить и двигатель и свет катализатора - от таймера.

Свет катализатора - от таймера заменяет управление функцией остановки механизма запускается остановка (ESS), в то время как свет катализатора - от таймера подсчитывает. Во время симуляции, после IgSw время вниз-ребра достигает света катализатора - от времени CatLightOffTime, нормальные резюме операции ESS. Если нет никакой команды крутящего момента, прежде чем симуляция достигнет EngStopTime, ESS закрывает механизм.

Управлять ESS и светом катализатора - прочь:

В Продольной Подсистеме модели Драйвера, набор профиль замка зажигания IgSw к 'on'.
В рабочей области моделей контроллеров механизма, установленной эти калибровочные параметры:
- EngStopStartEnable — Включает ESS. Чтобы отключить ESS, установите значение ко лжи.
- CatLightOffTime — Время простоя Engine от механизма запускается к свету катализатора - прочь.
- EngStopTime — Время выполнения механизма ESS после сокращения запроса крутящего момента модели драйвера.

Контроллеры

Controller подсистема имеет PCM, содержащий ECM, HCM и TCM. У контроллера есть эти варианты.

Контроллер	Вариант		Описание
ECM	`SiEngineController` (значение по умолчанию)		Контроллер двигателя с искровым зажиганием
ECM	`CiEngineController`		Контроллер механизма CI
HCM	`Optimal Control` (значение по умолчанию)	`Energy Management System`	Реализует эквивалентную стратегию минимизации потребления (ECMS) ², который минимизирует потребление энергии при поддержании состояния заряда (SOC) батареи. Реализации или адаптивный или неадаптивный ECMS. Неадаптивное (значение по умолчанию) — ECMS использует постоянный эквивалентный фактор. Используйте этот метод, чтобы определить лучшую экономию топлива по циклу диска. Адаптивный — ECMS настраивает эквивалентный фактор с выходом ПИ-контроллера. Используйте этот метод, чтобы помочь выдержать заряд по различным циклам диска.
	`Rule-Based Control`	`P2 Supervisory Control`	Реализует динамический контрольный контроллер, который определяет крутящий момент механизма, моторный крутящий момент, начинающего, муфту и команды тормозного давления.
	`Rule-Based Control`	`Regen Braking Control`	Реализует параллель или ряд регенеративный тормозной контроллер во время основанного на правилах управления.

Управление ECMS

HCM реализует динамический контрольный контроллер, который определяет крутящий момент механизма, моторный крутящий момент, начинающего, муфту и команды тормозного давления. А именно, HCM:

Преобразует сигнал педали акселератора драйвера в запрос крутящего момента колеса. Чтобы вычислить общий крутящий момент трансмиссии в колесах, алгоритм использует максимальный крутящий момент механизма и моторные кривые крутящего момента и отношения дифференциала и передачу.
Преобразует сигнал педали тормоза драйвера в запрос тормозного давления. Алгоритм умножает сигнал педали тормоза на максимальное тормозное давление.
Реализует регенеративный алгоритм торможения для тягового мотора, чтобы восстановить максимальную сумму кинетической энергии от транспортного средства.

HCM реализует ^{ECMS algorithm2}, который оптимизирует разделение крутящего момента между механизмом и двигателем, чтобы минимизировать потребление энергии при поддержании состояния заряда (SOC) батареи. А именно, ECMS:

Присваивает стоимость для электроэнергии, так, чтобы использование сохраненной электроэнергии было равно расходованию топливной энергии.

Режим работы от аккумулятора	Эквивалентная электроэнергия	Описание
Разряд	Положительный	Батарея разряжает сохраненную электроэнергию, когда электрическая машина используется.
Зарядка	Отрицательный	Батарея аккумулирует электроэнергию от любого: Engine и электрическая машина, действующая как генератор. Электрическая машина, действующая как генератор во время регенеративного торможения.

Режим работы от аккумулятора

Эквивалентная электроэнергия

Описание

Разряд

Положительный

Батарея разряжает сохраненную электроэнергию, когда электрическая машина используется.

Зарядка

Отрицательный

Батарея аккумулирует электроэнергию от любого:

Engine и электрическая машина, действующая как генератор.
Электрическая машина, действующая как генератор во время регенеративного торможения.

Мгновенный метод минимизации, который программное обеспечение решает на каждом временном шаге контроллера. Это может обеспечить близкое оптимальное управление для известного цикла диска. Реализовывать стратегию на каждом временном шаге контроллера, ECMS:
1. Создает вектор крутящего момента управления команды крутящего момента драйвера и полной моторной области значений крутящего момента.
  
  $[\begin{matrix} T r q C m d \\ \begin{matrix} - M i n M o t T r q \\ \begin{matrix} ⋮ \\ 0 \\ \begin{matrix} ⋮ \\ + M a x M o t T r q \end{matrix} \end{matrix} \end{matrix} \end{matrix}]$
2. Привод проверок и ограничения батареи. Определяет, неосуществимы ли какие-либо элементы в векторе крутящего момента управления.
  
  $\begin{array}{l} τ_{a c t u a t o r m i n} (ω) \leq τ_{a c t u a t o r} \leq τ_{a c t u a t o r m a x} (ω) \\ P_{b a t t c h a r g e} (S O C) \leq P_{b a t t} \leq P_{b a t t d i s c h a r g e} (S O C) \\ I_{b a t t c h a r g e} (S O C) \leq I_{b a t t} \leq I_{b a t t d i s c h a r g e} (S O C) \\ S O C_{m i n} \leq S O C \leq S O C_{m a x} \end{array}$
3. Вычисляет и минимизирует эквивалентное потребление с помощью этих уравнений.
  
  $\begin{array}{l} \min P = P_{f u e l} + s \cdot p e n a l t y \cdot P_{e l e c t r i c a l} + P_{c o n s t r a i n t} + P_{e n g_p o w e r_c h a n g e} \\ p e n a l t y = 1 - {(\frac{SOC (t) - {SOC}_{t a r g e t}}{[\frac{{SOC}_{m a x} - {SOC}_{m i n}}{2}]})}^{a} \end{array}$

Реализации или адаптивный или неадаптивный метод ECMS. Архитектура HEV является поддержкой заряда, означая батарею, SOC должен остаться в заданной области, потому что нет никакой сменной возможности перезарядить батарею. Батарея является энергетическим буфером, и вся энергия прибывает из топлива, если изменение в SOC минимизировано по циклу диска. Чтобы заряжаться выдерживают по заданному циклу диска, пример готовых узлов реализует любой из этих методов ECMS.

Метод ECMS	Описание
Неадаптивный ECMS (значение по умолчанию)	Пример готовых узлов использует постоянный эквивалентный фактор. По умолчанию пример готовых узлов использует одну константу. Можно также использовать вектор эквивалентных факторов. Используйте этот метод, чтобы определить лучшую экономию топлива по циклу диска. Используйте итерационный метод, чтобы найти эквивалентный фактор, который минимизирует дельту SOC по циклу диска. Если дельта, SOC минимизирован, можно сравнить экономию топлива непосредственно с обычной трансмиссией. Если существует трудность с поддержкой заряда по одному циклу диска, симулируйте цикл диска циклически 2 или 3 раза. Если вы изменяете цикл диска или архитектуру HEV, повторно настраиваете эквивалентный фактор.
Адаптивный ECMS	Пример готовых узлов настраивает эквивалентный фактор с выходом ПИ-контроллера. ПИ-контроллер минимизирует ошибку между целевым SOC и текущим SOC. Используйте этот метод, чтобы обеспечить SOC и минимизировать дельту SOC по многим циклам диска. Настройте усиления ПИ-контроллера. Надежно выдерживает SOC.

Метод ECMS

Описание

Неадаптивный ECMS (значение по умолчанию)

Пример готовых узлов использует постоянный эквивалентный фактор.

По умолчанию пример готовых узлов использует одну константу. Можно также использовать вектор эквивалентных факторов.
Используйте этот метод, чтобы определить лучшую экономию топлива по циклу диска.
- Используйте итерационный метод, чтобы найти эквивалентный фактор, который минимизирует дельту SOC по циклу диска. Если дельта, SOC минимизирован, можно сравнить экономию топлива непосредственно с обычной трансмиссией. Если существует трудность с поддержкой заряда по одному циклу диска, симулируйте цикл диска циклически 2 или 3 раза.
- Если вы изменяете цикл диска или архитектуру HEV, повторно настраиваете эквивалентный фактор.

Адаптивный ECMS

Пример готовых узлов настраивает эквивалентный фактор с выходом ПИ-контроллера.

ПИ-контроллер минимизирует ошибку между целевым SOC и текущим SOC.
Используйте этот метод, чтобы обеспечить SOC и минимизировать дельту SOC по многим циклам диска.
- Настройте усиления ПИ-контроллера.
- Надежно выдерживает SOC.

Уравнения используют эти переменные.

P	Эквивалентное потребление
_Pfuel	Мощность двигателя на основе топливного потока
s	Фактор эквивалентности ECMS
penalty	Мультипликативный штраф, чтобы помочь с поддержкой заряда
a	Мультипликативная функция формы штрафа
_Pelectrical	Электроэнергия от напряжения батареи и текущий
_Pconstraint	Ограничительный штраф стоится
_{Peng_power_change}	Изменение уровня мощности двигателя стоится
_SOCtarget, _SOCmax, _SOCmin	Предназначайтесь для SOC, максимального SOC и минимального SOC, соответственно
TrqCmd	Закрутите команду
MinMotTrq, MaxMotTrq	Минимальный моторный крутящий момент и максимальный моторный крутящий момент, соответственно
_τactuator, _{τactuatormin}, _{τactuatormax}	Ограничение привода, минимальное ограничение привода и максимальное ограничение привода, соответственно
_Pbatt, _Pbattcharge, _{Pbattdischarge}	Ограничение питания от батареи, ограничение выполнения питания от батареи и питание от батареи заряжают ограничение, соответственно
_Ibatt, _Ibattcharge, _{Ibattdischarge}	Батарея текущее ограничение, батарея текущее ограничение выброса и батарея текущее ограничение заряда, соответственно

Основанное на правилах управление

Преобразует сигнал педали акселератора драйвера в запрос крутящего момента. Алгоритм использует оптимальный крутящий момент механизма и максимальные моторные кривые крутящего момента, чтобы вычислить общий крутящий момент трансмиссии.
Преобразует сигнал педали тормоза драйвера в запрос тормозного давления. Алгоритм умножает сигнал педали тормоза на максимальное тормозное давление.
Реализует регенеративный алгоритм торможения для тягового мотора, чтобы восстановить максимальную сумму кинетической энергии от транспортного средства.
Реализует виртуальную систему управления батареи. Алгоритм выводит динамический выброс и пределы степени заряда как функции батареи SOC.

HCM определяет рабочий режим транспортного средства через ряд правил и логику решения, реализованную в Stateflow. Рабочие режимы являются функциями частоты вращения двигателя и требуемого крутящего момента. Алгоритм использует расчетный запрос степени, педаль акселератора, батарея SOC и правила скорости транспортного средства перейти между электромобилем (EV) и параллельными режимами HEV.

Режим	Описание
EV	Тяговый мотор обеспечивает запрос крутящего момента.
Параллельный HEV	Механизм и двигатель разделяют запрос степени. На основе целевой батареи SOC и доступная кинетическая энергия, режим HEV решает, что заряд выдерживает уровень мощности. Параллельный режим HEV добавляет, что заряд выдерживает степень к команде мощности двигателя. Чтобы обеспечить желаемый заряд выдерживают степень, действия тягового мотора как генератор, если зарядка необходима, и как двигатель, если разряд необходим. Если запрос степени больше мощности двигателя, тяговый мотор обеспечивает остаток от запроса степени.
Стационарный	В то время как транспортное средство в покое, механизм и генератор могут обеспечить дополнительную зарядку, если батарея SOC ниже минимального значения SOC.

HCM управляет двигателем и механизмом через ряд правил и логику решения, реализованную в Stateflow.

Управление	Описание
Механизм	Логика решения определяет режимы работы механизма (прочь, запустите, на). Чтобы запустить двигатель в механизме запускают (стационарный) режим, моторные завершения сжимают 1, и вставляет нейтральную передачу. Если высоковольтная батарея, SOC является низким, режим, использует низковольтный двигатель начинающего. Чтобы запустить двигатель в механизме запускают (ведущий) режим, режим использует низковольтный двигатель начинающего с муфтой 1 открытое. Чтобы соединить автомобильную трансмиссию, контроллер механизма совпадает со скоростями вращения двигателя и частотами вращения двигателя, и завершения сжимают 1. В механизме на (стационарном) режиме интерполяционные таблицы определяют крутящий момент механизма и скорость вращения двигателя, которая оптимизирует специфичный для тормоза расход топлива (BSFC) для данного запроса мощности двигателя. ECM использует оптимальную команду крутящего момента механизма. Блок управления приводом использует оптимальную команду скорости вращения двигателя. В механизме на (параллельны HEV) режиме, интерполяционная таблица определяет крутящий момент механизма для данной мощности двигателя. Однако, потому что ходовая часть связывает скорости механизма и колеса, механизм на режиме не может действовать на скоростях, которые минимизируют BSFC.
Двигатель	Основанный на правилах алгоритм управления электропитанием вычисляет моторный крутящий момент, который не превышает динамические пределы степени.

Управление

Описание

Механизм

Логика решения определяет режимы работы механизма (прочь, запустите, на).
Чтобы запустить двигатель в механизме запускают (стационарный) режим, моторные завершения сжимают 1, и вставляет нейтральную передачу. Если высоковольтная батарея, SOC является низким, режим, использует низковольтный двигатель начинающего.
Чтобы запустить двигатель в механизме запускают (ведущий) режим, режим использует низковольтный двигатель начинающего с муфтой 1 открытое. Чтобы соединить автомобильную трансмиссию, контроллер механизма совпадает со скоростями вращения двигателя и частотами вращения двигателя, и завершения сжимают 1.
В механизме на (стационарном) режиме интерполяционные таблицы определяют крутящий момент механизма и скорость вращения двигателя, которая оптимизирует специфичный для тормоза расход топлива (BSFC) для данного запроса мощности двигателя. ECM использует оптимальную команду крутящего момента механизма. Блок управления приводом использует оптимальную команду скорости вращения двигателя.
В механизме на (параллельны HEV) режиме, интерполяционная таблица определяет крутящий момент механизма для данной мощности двигателя. Однако, потому что ходовая часть связывает скорости механизма и колеса, механизм на режиме не может действовать на скоростях, которые минимизируют BSFC.

Двигатель

Основанный на правилах алгоритм управления электропитанием вычисляет моторный крутящий момент, который не превышает динамические пределы степени.

Легковой автомобиль

Реализовывать легковой автомобиль, Passenger Car подсистема содержит ходовую часть, электрический объект и подсистемы двигателей. Чтобы создать ваши собственные варианты механизма для примера готовых узлов, используйте CI и шаблоны проекта двигателя с искровым зажиганием. Пример готовых узлов имеет эти варианты.

Подсистема ходовой части	Вариант	Описание
Дифференциал и податливость	`All Wheel Drive`	Сконфигурируйте ходовую часть для всего колеса, переднего колеса или заднего привода. Для полноприводного варианта можно сконфигурировать тип связывающегося крутящего момента.
	`Front Wheel Drive` (значение по умолчанию)
	`Rear Wheel Drive`
Транспортное средство	`Vehicle Body 3 DOF Longitudinal`	Сконфигурированный для 3 степеней свободы
Колеса и тормоза	`Longitudinal Wheel - Front 1`	Для колес можно сконфигурировать тип: Тормоз Обеспечьте вычисление Вычисление сопротивления Вертикальное движение Для производительности и ясности, чтобы определить продольную силу каждого колеса, варианты реализуют блок Longitudinal Wheel. Чтобы определить общую продольную силу всех колес, действующих на ось, варианты используют масштабный коэффициент, чтобы умножить силу одного колеса количеством колес на оси. При помощи этого подхода, чтобы вычислить общую силу, варианты принимают равный промах шины и загружающий в передних и задних осях, который характерен для продольных исследований трансмиссии. Если дело обстоит не так, например, когда трение или загрузки расходятся в левых и правых сторонах осей, уникальные Продольные блоки Колеса использования, чтобы вычислить независимые силы. Однако использование уникальных блоков, чтобы смоделировать каждое колесо увеличивает сложность модели и вычислительную стоимость.
Колеса и тормоза	`Longitudinal Wheel - Rear 1`

Электрическая подсистема объекта	Вариант	Описание
Батарея	`BattHevP2`	Сконфигурированный с литий-ионным аккумулятором и конвертером DC-DC
Начальная система низкого напряжения	`StarterSystemP2`	Сконфигурированный с низким напряжением стартовая система
Двигатель	`MotMapped` (значение по умолчанию)	Сопоставленный двигатель с неявным контроллером
Двигатель	`MotDynamic`	Внутренний постоянный магнит синхронный двигатель (PMSM) с контроллером

Подсистемы двигателей	Вариант	Описание
Механизм	`SiEngine`	Динамический двигатель с искровым зажиганием с турбокомпрессором
	`SiMappedEngine` (значение по умолчанию)	Сопоставленный двигатель с искровым зажиганием с неявным турбокомпрессором
	`SiDLEngine`	Глубокое обучение двигатель с искровым зажиганием
	`CiEngine`	Динамический механизм CI с турбокомпрессором
	`CiMappedEngine`	Сопоставленный механизм CI с неявным турбокомпрессором

Подтверждение

MathWorks^® хотел бы подтвердить вклад доктора Симоны Онори к алгоритму оптимального управления ECMS, реализованному в этом примере готовых узлов. Доктор Онори является профессором Разработки Энергетических ресурсов в Стэнфордском университете. Ее исследовательские интересы включают электрохимическое моделирование, оценку и оптимизацию устройств аккумулирования энергии для автомобильного и приложений уровня сетки, гибридных автомобилей и моделирования электромобилей и управления, моделирования УЧП, и сокращения порядка модели и оценки систем смягчения эмиссии. Она - старший член IEEE^®.

Ссылки

[1] Balazs, A., Morra, E. и Pischinger, S., оптимизация наэлектризованных трансмиссий для городских автомобилей. Технический документ 2011-01-2451 SAE. Варрендэйл, PA: международный журнал SAE альтернативных трансмиссий, 2012.

[2] Onori, S., Serrao, L. и Rizzoni, G., гибридные системы управления энергопотреблением электромобилями. Нью-Йорк: Спрингер, 2016.

Документация