Ознакомьтесь с эталонным приложением для гибридного электромобиля P2

P2 эталонное приложение гибридного электромобиля (ГЭМ) представляет полную модель ГЭМ с двигателем внутреннего сгорания, трансмиссией, аккумулятором, двигателем и соответствующими алгоритмами управления силовым агрегатом. Используйте эталонное приложение для тестирования аппаратных средств в цикле (HIL), анализа компромиссов и оптимизации управляющих параметров HEV P2 гибрида. Для создания и открытия рабочей копии проекта ссылочного приложения введите

autoblkHevP2Start

По умолчанию справочное приложение HEV P2 конфигурируется следующим образом:

Блок литий-ионных батарей
Картированный электродвигатель
Картированный двигатель искрового зажигания (SI)

На этой схеме показана конфигурация силового агрегата.

В этой таблице описываются блоки и подсистемы в справочном приложении, указывающие, какие подсистемы содержат варианты. Для реализации вариантов модели ссылочное приложение использует подсистемы вариантов.

Ссылочный элемент приложения	Описание	Варианты
Анализ мощности и энергии	Дважды щелкните Анализ мощности и энергии, чтобы открыть сценарий в реальном времени. Запустите сценарий для оценки энергопотребления и энергопотребления на уровне компонентов и системы. Дополнительные сведения о сценарии в реальном времени см. в разделе Анализ мощности и энергии.	НА
Блок источника цикла диска - FTP75 (2474 секунды)	Создание стандартного или заданного пользователем профиля скорости цикла привода в зависимости от времени. Выход блока - выбранная или заданная продольная скорость транспортного средства.	✓
`Environment` подсистема	Создание переменных среды, включая уровень дороги, скорость ветра, температуру и давление в атмосфере.
`Longitudinal Driver` подсистема	Для создания нормализованных команд ускорения и торможения используется вариант продольного привода или разомкнутого контура. Вариант продольного водителя реализует модель водителя, в которой используются целевая и опорная скорости транспортного средства. Вариант Open Loop позволяет настраивать команды ускорения, замедления, передачи и сцепления с постоянными или сигнальными входами.	✓
`Controllers` подсистема	Реализует модуль управления силовым агрегатом (PCM), содержащий P2 гибридный модуль управления (HCM), модуль управления двигателем (ECM) и модуль управления передачей (TCM).	✓
`Passenger Car` подсистема	Реализует гибридный легковой автомобиль, содержащий трансмиссию, электростанцию и подсистемы двигателей.	✓
`Visualization` подсистема	Отображает характеристики на уровне транспортного средства, состояние заряда аккумулятора (SOC), экономию топлива и результаты эмиссии, которые полезны для согласования силового агрегата и анализа выбора компонентов.

Оценка и отчет по мощности и энергии

Дважды щелкните Анализ мощности и энергии, чтобы открыть сценарий в реальном времени. Запустите сценарий для оценки энергопотребления и энергопотребления на уровне компонентов и системы. Дополнительные сведения о сценарии в реальном времени см. в разделе Анализ мощности и энергии.

Сценарий обеспечивает:

Общая сводка по энергии, которую можно экспортировать в электронную таблицу Excel ®.
КПД двигательной установки, электроустановки и трансмиссии, включая гистограмму времени, затраченного на различные КПД двигательной установки.
Регистрация данных для использования инспектора данных моделирования для анализа эффективности силового агрегата и сигналов передачи энергии.

Дополнительные сведения о сценарии в реальном времени см. в разделе Анализ мощности и энергии.

Источник цикла диска

Drive Cycle Source блок генерирует целевую скорость транспортного средства для выбранного или заданного цикла привода. Ссылочное приложение имеет эти опции.

Выбор времени	Вариант	Описание
Время вывода выборки	`Continuous` (по умолчанию)	Непрерывные команды оператора
Время вывода выборки	`Discrete`	Разовые команды оператора

Продольный привод

Longitudinal Driver подсистема формирует нормированные команды ускорения и торможения. Ссылочное приложение имеет эти варианты.

Варианты блоков			Описание
Продольный драйвер (по умолчанию)	Контроль	`Mapped`	Управление PI с отслеживанием усиления и усиления подачи вперед, которые являются функцией скорости транспортного средства.
		`Predictive`	Оптимальный режим просмотра в одной точке (просмотр вперед).
		`Scalar`	Пропорционально-интегральное (PI) управление с подачей сигнала слежения и усилением подачи вперед.
	Фильтр нижних частот (LPF)	`LPF`	Используйте LPF для ошибки целевой скорости для более плавного движения.
	Фильтр нижних частот (LPF)	`pass`	Не используйте фильтр при ошибке скорости.
	Изменение	`Basic`	Диаграмма Stateflow ® моделирует планирование переключения передач в обратном, нейтральном и ведущем направлениях.
		`External`	Входная передача, состояние транспортного средства и обратная связь скорости формируют команды ускорения и торможения для отслеживания движения транспортного средства вперед и назад.
		`None`	Нет передачи.
		`Scheduled`	Модели диаграммы статофлоу с обратным, нейтральным, парковым и N-ступенчатым переключением передач.
Разомкнутый контур			Подсистема управления с разомкнутым контуром. В подсистеме можно настроить команды ускорения, замедления, передачи и сцепления с постоянными или сигнальными входами.

Для холостого хода двигателя в начале цикла привода и имитации света катализатора перед перемещением транспортного средства с помощью команды педали используйте вариант продольного привода. Подсистема продольного привода включает в себя профиль сигнала переключателя зажигания, IgSw. Контроллер двигателя использует сигнал переключателя зажигания для запуска как двигателя, так и таймера выключения катализатора.

Таймер отключения катализатора отменяет управление функцией остановки двигателя (ESS), пока таймер отключения катализатора подсчитывается. Во время моделирования, после IgSw время понижения достигает времени отключения катализатора CatLightOffTimeвозобновляется нормальная работа ESS. Если команда крутящего момента отсутствует до того, как моделирование достигнет EngStopTime, ESS выключает двигатель.

Для управления светом ESS и катализатора:

В подсистеме модели продольного привода установите профиль переключателя зажигания IgSw комуon'.
В рабочем пространстве модели контроллера двигателя задайте следующие параметры калибровки:
- EngStopStartEnable - Включает ESS. Для отключения ESS установите значение false.
- CatLightOffTime - Время простоя двигателя от запуска двигателя до выключения катализатора.
- EngStopTime - время работы двигателя ESS после отсечения запроса крутящего момента модели водителя.

Контроллеры

Controller подсистема имеет PCM, содержащий ECM, HCM и TCM. Контроллер имеет эти варианты.

Диспетчер	Вариант		Описание
ECM	`SiEngineController` (по умолчанию)		Реализует контроллер SI
ECM	`CiEngineController`		Реализует контроллер CI
TCM	`TransmissionController`		Реализует контроллер передачи
HCM	`Optimal Control` (по умолчанию)	`Energy Management System`	Реализация стратегии минимизации эквивалентного потребления
	`Rule-Based Control`	`P2 Supervisory Control`	Осуществляет динамический контролирующий контроллер, который определяет крутящий момент двигателя, моторный крутящий момент, стартер, сцепление и команды тормозного давления.
	`Rule-Based Control`	`Regen Braking Control`	Реализует параллельный или последовательный контроллер рекуперативного торможения во время управления на основе правил.

Управление на основе правил

HCM осуществляет динамический контролирующий контроллер, который определяет крутящий момент двигателя, моторный крутящий момент, стартер, сцепление и команды тормозного давления. В частности, HCM:

Преобразует сигнал педали акселератора водителя в запрос крутящего момента. Алгоритм использует оптимальные кривые крутящего момента двигателя и максимального крутящего момента двигателя для расчета общего крутящего момента силового агрегата.
Преобразует сигнал педали тормоза водителя в запрос на давление тормоза. Алгоритм умножает сигнал педали тормоза на максимальное давление тормоза.
Реализует алгоритм рекуперативного торможения тягового двигателя для восстановления максимального количества кинетической энергии от транспортного средства.
Реализует виртуальную систему управления батареями. Алгоритм выводит пределы мощности динамического разряда и заряда в качестве функций батареи SOC.

HCM определяет режим работы транспортного средства посредством набора правил и логики принятия решений, реализованных в Stateflow. Режимы работы - функции частоты вращения двигателя и требуемого крутящего момента. Алгоритм использует вычисленный запрос мощности, педаль акселератора, SOC аккумулятора и правила скорости транспортного средства для перехода между электрическим транспортным средством (EV) и параллельными режимами HEV.

Способ	Описание
EV	Тяговый двигатель обеспечивает запрос крутящего момента.
Параллельная ГЭМ	Двигатель и двигатель разделяют запрос мощности. На основе целевого SOC батареи и доступной кинетической энергии режим ГЭМ определяет уровень мощности поддержания заряда. Параллельный режим ГЭМ добавляет мощность поддержания заряда к команде мощности двигателя. Для обеспечения требуемой мощности поддержания заряда тяговый электродвигатель действует как генератор, если требуется зарядка, и как электродвигатель, если требуется разрядка. Если запрос мощности больше, чем мощность двигателя, тяговый двигатель обеспечивает оставшуюся часть запроса мощности.
Постоянный	Пока транспортное средство находится в состоянии покоя, двигатель и генератор могут обеспечить дополнительную зарядку, если SOC батареи ниже минимального значения SOC.

HCM управляет двигателем и двигателем посредством набора правил и логики принятия решений, реализованных в Stateflow.

Контроль	Описание
Двигатель	Логика принятия решения определяет режимы работы двигателя (выкл., запуск, вкл.). Для запуска двигателя в режиме запуска двигателя (стационарном) двигатель замыкает муфту 1 и переводит трансмиссию в нейтральное положение. Если высоковольтная батарея SOC низкая, то в этом режиме используется электродвигатель стартера низкого напряжения. Для запуска двигателя в режиме запуска (привода) используется двигатель стартера низкого напряжения с открытой муфтой 1. Чтобы соединить карданную передачу, диспетчер двигателя соответствует скоростям вращения двигателя и частотам вращения двигателя и сцеплению завершений 1. В режиме включения двигателя (стационарном) таблицы поиска определяют крутящий момент двигателя и частоту вращения двигателя, что оптимизирует расход топлива (BSFC) для конкретного запроса мощности двигателя. В ECM используется команда оптимального крутящего момента двигателя. Управление двигателем использует команду оптимальной частоты вращения двигателя. В режиме включения двигателя (параллельный ГЭМ) таблица поиска определяет крутящий момент двигателя для заданной мощности двигателя. Однако, поскольку привод соединяет обороты двигателя и колеса, режим включения двигателя может не работать на скоростях, которые минимизируют BSFC.
Двигатель	Алгоритм управления мощностью на основе правил вычисляет крутящий момент двигателя, который не превышает динамических пределов мощности.

Контроль

Описание

Двигатель

Логика принятия решения определяет режимы работы двигателя (выкл., запуск, вкл.).
Для запуска двигателя в режиме запуска двигателя (стационарном) двигатель замыкает муфту 1 и переводит трансмиссию в нейтральное положение. Если высоковольтная батарея SOC низкая, то в этом режиме используется электродвигатель стартера низкого напряжения.
Для запуска двигателя в режиме запуска (привода) используется двигатель стартера низкого напряжения с открытой муфтой 1. Чтобы соединить карданную передачу, диспетчер двигателя соответствует скоростям вращения двигателя и частотам вращения двигателя и сцеплению завершений 1.
В режиме включения двигателя (стационарном) таблицы поиска определяют крутящий момент двигателя и частоту вращения двигателя, что оптимизирует расход топлива (BSFC) для конкретного запроса мощности двигателя. В ECM используется команда оптимального крутящего момента двигателя. Управление двигателем использует команду оптимальной частоты вращения двигателя.
В режиме включения двигателя (параллельный ГЭМ) таблица поиска определяет крутящий момент двигателя для заданной мощности двигателя. Однако, поскольку привод соединяет обороты двигателя и колеса, режим включения двигателя может не работать на скоростях, которые минимизируют BSFC.

Двигатель

Алгоритм управления мощностью на основе правил вычисляет крутящий момент двигателя, который не превышает динамических пределов мощности.

Легковой автомобиль

Для реализации легкового автомобиля, Passenger Car подсистема содержит привод, электрическую установку и подсистемы двигателя. Для создания собственных вариантов механизма для ссылочного приложения используйте шаблоны проекта механизма CI и SI. Ссылочное приложение имеет эти варианты.

Трансмиссия

Подсистема привода	Вариант	Описание
Дифференциал и соответствие требованиям	`All Wheel Drive`	Настройте привод для всего колеса, переднего колеса или привода заднего колеса. Для варианта с полным приводом можно настроить тип крутящего момента муфты.
	`Front Wheel Drive` (по умолчанию)
	`Rear Wheel Drive`
Автоматическая коробка передач гидротрансформатора	`Ideal Fixed Gear Transmission`	Настройте блокированную и разблокированную эффективность передачи с помощью таблицы поиска 1D или 4D (по умолчанию).
Автоматическая коробка передач гидротрансформатора	`Torque Converter`	Настройка для внешнего, внутреннего (по умолчанию) или без блокировки.
Транспортное средство	`Vehicle Body 1 DOF Longitudinal`	Настроено для 1 степени свободы
Колеса и тормоза	`Longitudinal Wheel - Front 1`	Для штурвалов можно настроить тип: Тормоз Расчет силы Расчет сопротивления Вертикальное движение Для обеспечения рабочих характеристик и ясности, чтобы определить продольную силу каждого колеса, варианты реализуют блок продольного колеса. Для определения общей продольной силы всех колес, действующих на ось, варианты используют масштабный коэффициент для умножения силы одного колеса на число колес на оси. Используя этот подход для расчета общей силы, варианты предполагают одинаковую проскальзывание шины и нагрузку на переднюю и заднюю оси, что является обычным для исследований продольного силового агрегата. Если это не так, например, когда трения или нагрузки различаются на левой и правой сторонах осей, используйте уникальные блоки продольного колеса для вычисления независимых сил. Однако использование уникальных блоков для моделирования каждого колеса увеличивает сложность модели и вычислительные затраты.
Колеса и тормоза	`Longitudinal Wheel - Rear 1`

Simscape Drivetrain. Другим способом настройки привода является выбор варианта Simscape™. Этот вариант включает физические соединения для обеспечения гибкого способа сборки компонентов.

Используйте кнопку на верхнем уровне справочного приложения для переключения между вариантами Simscape и Powertrain Blockset подсистемы drivetrain.

Эталонное приложение устанавливает соответствующие решатели для оптимизации производительности для каждой комбинации двигателя и привода. Сначала выберите вариант двигателя, затем с помощью тумблера выберите привод. При выборе привода перед изменением механизма может возникнуть ошибка решателя.

Электростанция

Подсистема электроустановки	Вариант	Описание
Батарея	`BattHevP2`	Конфигурация с литий-ионной батареей и преобразователем постоянного тока
Система запуска низкого напряжения	`StarterSystemP2`	Конфигурация с системой запуска низкого напряжения
Двигатель	`MotMapped` (по умолчанию)	Сопоставленный двигатель с неявным контроллером
Двигатель	`MotDynamic`	Внутренний синхронный двигатель постоянного магнита (PMSM) с контроллером

Двигатель

Подсистема двигателя	Вариант	Описание
Двигатель	`SiEngineCore`	Динамичный основной двигатель SI с турбокомпрессором
	`SiMappedEngine` (по умолчанию)	Сопоставленный модуль СИ с неявным турбокомпрессором
	`SiEngineCoreNA`	Динамический атмосферный двигатель ядра SI

Ограничения

Для калибровки гибридного модуля управления (HCM) компания MathWorks ® использовала модуль ядра SI и контроллер SI. При использовании вариантов CI Core Engine и CI Controller может возникнуть ошибка при моделировании, поскольку HCM не использует калиброванные результаты.

Признание

MathWorks хотела бы отметить вклад доктора Симоны Онори в алгоритм оптимального управления ECMS, реализованный в этом эталонном приложении. Доктор Онори - профессор инженерии энергетических ресурсов в Стэнфордском университете. Ее научные интересы включают электрохимическое моделирование, оценку и оптимизацию устройств накопления энергии для автомобильных и сетевых применений, моделирование и управление гибридными и электрическими транспортными средствами, моделирование PDE, а также снижение порядка моделей и оценку систем снижения выбросов. Она является старшим членом IEEE ®.

Ссылки

[1] Balazs, A., Morra, E. и Pischinger, S., Оптимизация электрифицированных силовых агрегатов для городских автомобилей. Технический документ SAE 2011-01-2451. Warrendale, PA: SAE International Journal of Alternative Powertrains, 2012.

[2] Онори, С., Серрао, Л. и Риццони, Г., Гибридные системы управления энергией электромобилей. Нью-Йорк: Спрингер, 2016.

См. также

Документация