Equivalent Consumption Minimization Strategy
Контроллер управления энергопотреблением для P0-P4 гибридных электрических транспортных средств
- Библиотека:
Блок силового агрегата/Двигатель/Диспетчерские контроллеры
Описание
Используйте блок Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS), чтобы контролировать управление энергопотреблением гибридных электрических транспортных средств (HEV). Блок оптимизирует крутящий момент, разделенный между двигателем и двигателем, чтобы минимизировать потребление энергии при сохранении состояния заряда батареи (SOC).
HEV- P0, P1, P2, P3 и P4 примеры готовых узлов используют блок Equivalent Consumption Minimization Strategy для гибридного управления.
Используйте параметр Motor location, чтобы задать местоположение двигателя HEV.
Используйте параметр ECMS method для реализации адаптивного или неадаптивного метода ECMS. Архитектуры HEV являются поддерживающей заряд, что означает, что SOC аккумулятора должен оставаться в заданной области, потому что нет возможности плагина перезарядить батарею. Батарея является энергетическим буфером, и вся энергия поступает от топлива, если изменение SOC минимизировано в течение цикла привода. Чтобы выдержать заряд в течение заданного цикла дисковода, блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный коэффициент эквивалентности ECMS.
|
| Блок корректирует коэффициент эквивалентности ECMS с помощью выхода ПИ-контроллера.
|
Алгоритм управления ECMS
Блок осуществляет динамический контролирующий контроллер, который определяет крутящий момент двигателя, крутящий момент двигателя, стартер, сцепление и команды тормозного давления. В частности, блок:
Преобразует сигнал педали акселератора драйвера в запрос крутящего момента колеса. Чтобы вычислить общий крутящий момент силового агрегата на колесах, алгоритм использует максимальные кривые крутящего момента и крутящего момента двигателя, а также передаточные и дифференциальные передаточные отношения.
Преобразует сигнал педали тормоза драйвера в запрос на давление тормоза. Алгоритм умножает сигнал педали тормоза на максимальное давление тормоза.
Реализует алгоритм регенеративного торможения для тягового двигателя, чтобы восстановить максимальное количество кинетической энергии от транспортного средства.
Блок реализует алгоритм ECMS[2] что оптимизирует крутящий момент, разделенный между двигателем и двигателем, чтобы минимизировать потребление энергии при сохранении SOC батареи. В частности, ECMS:
Присваивает стоимость электрической энергии, так что использование сохраненной электрической энергии равно потреблению топливной энергии.
Режим аккумулятора Эквивалентная электроэнергия Описание Освобождение
Положительный
Батарея разряжает сохраненную электроэнергию, когда электрическая машина используется.
Зарядка
Отрицательный
Батарея сохраняет электроэнергию от:
Engine и электрическая машина, действующая как генератор
Электрическая машина, действующая как генератор во время регенеративного торможения
Является мгновенным методом минимизации, который программное обеспечение решает на каждом временном шаге контроллера. Чтобы реализовать стратегию, ECMS выбирает оптимальный крутящий момент двигателя и двигателя в стратегии оптимизации, чтобы минимизировать эквивалентное потребление энергии.
Реализует адаптивный или неадаптивный метод ECMS.
Порты
Вход
Выход
Параметры
Motor location - Расположение мотора
P0 (по умолчанию) | P1 | P2 | P3 | P4
Укажите местоположение двигателя HEV.
ECMS method - метод ECMS
Non-adaptive (по умолчанию) | Adaptive
Используйте параметр ECMS method для реализации адаптивного или неадаптивного метода ECMS. Архитектуры HEV являются поддерживающей заряд, что означает, что SOC аккумулятора должен оставаться в заданной области, потому что нет возможности плагина перезарядить батарею. Батарея является энергетическим буфером, и вся энергия поступает от топлива, если изменение SOC минимизировано в течение цикла привода. Чтобы выдержать заряд в течение заданного цикла дисковода, блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный коэффициент эквивалентности ECMS.
|
| Блок корректирует коэффициент эквивалентности ECMS с помощью выхода ПИ-контроллера.
|
Differential gear ratio, N_diff - Дифференциальное передаточное число
3.32 (по умолчанию) | scalar
Дифференциальное передаточное число. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Differential efficiency factor, eta_diff - Дифференциальный КПД
0.98 (по умолчанию) | scalar
Дифференциальный коэффициент эффективности. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Loaded wheel radius, Re - Радиус нагруженного колеса
0.327 (по умолчанию) | scalar
Радиус заряженного колеса, в м.
Типы данных: double
Transmission efficiency factors - Коэффициенты эффективности трансмиссии
Gear, input torque, input speed, and temperature (по умолчанию) | Gear only
Коэффициенты эффективности передачи.
Типы данных: double
Transmission gear number vector, G_trans - Вектор числа трансмиссии
[0 1 2 3 4 5 6] (по умолчанию) | vector
Вектор номера трансмиссии. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Transmission gear ratio vector, N_trans - Вектор передаточного числа трансмиссии
[1 4.212 2.637 1.8 1.386 1 0.772] (по умолчанию) | vector
Вектор передаточного числа трансмиссии. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans - Вектор эффективности передачи
[1 1 1 1 1 1 1] (по умолчанию) | vector
Вектор эффективности передачи. Никаких размерностей.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors равным Gear only.
Типы данных: double
Transmission efficiency torque breakpoints, Trq_trans_bpts - Точки останова момента КПД трансмиссии
[25 50 75 100 150 200 250] (по умолчанию) | vector
Точки останова КПД трансмиссии, в Н· м.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors равным Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency speed breakpoints, omega_trans_bpts - Точки останова скорости эффективности трансмиссии
[500.383141080919 749.619781962827 1002.676141478941 1250.957852702297 1499.239563925654 1747.521275149011 1995.802986372368 2501.915705404595 2998.479127851308 4001.155269330249 5003.83141080919] (по умолчанию) | vector
Коробка передач эффективности точки останова скорости, в рад/с.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors равным Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency temperature breakpoints, Temp_trans_bpts - Точки останова температуры эффективности трансмиссии
[313 358] (по умолчанию) | vector
Трансмиссия эффективности точки останова температуры, в К.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors равным Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans_tbl - Вектор эффективности передачи
array
Вектор эффективности передачи. Никаких размерностей.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors равным Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Speed breakpoints, f_tbrake_n_bpt - Точки останова скорости
[0 750 1053.57142857143 1357.14285714286 1660.71428571429 1964.28571428571 2267.85714285714 2571.42857142857 2875 3178.57142857143 3482.14285714286 3785.71428571429 4089.28571428571 4392.85714285714 4696.42857142857 5000] (по умолчанию) | vector
Точки останова скорости, в об/мин.
Типы данных: double
Commanded torque breakpoints, f_tbrake_t_bpt - Командные точки останова крутящего момента
[0 15 26.4285714285714 37.8571428571429 49.2857142857143 60.7142857142857 72.1428571428571 83.5714285714286 95 106.428571428571 117.857142857143 129.285714285714 140.714285714286 152.142857142857 163.571428571429 175] (по умолчанию) | vector
Командные точки останова крутящего момента, в Н· м.
Типы данных: double
Brake torque map, f_tbrake - Карта момента привода
array
Карта тормозного крутящего момента, в Н· м.
Типы данных: double
Minimum engine torque command table, f_tbrake_min - Таблица команд минимального крутящего момента двигателя
vector
Таблица команд минимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Fuel flow map, f_fuel - Карта расхода топлива
array
Карта расхода топлива, в кг/с.
Типы данных: double
Minimum engine torque command, HEVEngTrq_min - Команда минимального крутящего момента двигателя
16.18610438796213 (по умолчанию) | scalar
Команда минимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Fuel lower heating value, LHV - Нижнее значение нагрева топлива
46000000 (по умолчанию) | scalar
Более низкое значение нагрева топлива, в Дж/кг.
Типы данных: double
Engine idle speed, N_idle - Скорость холостого хода Engine
750 (по умолчанию) | scalar
Частота вращения Engine на холостом ходу, в об/мин.
Типы данных: double
Battery state-of-charge breakpoints, SOC_bpt - Точки останова состояния заряда батареи
[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1] (по умолчанию) | vector
Точки останова состояния заряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Battery charge limit table, ChrgLmt - Таблица пределов заряда батареи
[1 1 1 1 1 1 1 0.9 0.7 0.5 0] (по умолчанию) | vector
Таблица пределов заряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Battery discharge limit table, DischrgLmt - Граничная таблица разряда батареи
[0 0.5 0.7 0.9 1 1 1 1 1 1 1] (по умолчанию) | vector
Предел разряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Maximum battery current, BattCurrMax - Максимальный ток батареи
150 (по умолчанию) | scalar
Максимальный ток батареи, в А.
Типы данных: double
DC/DC converter efficiency, eta_dcdc - эффективность преобразователя постоянного/постоянного тока
1 (по умолчанию) | scalar
Эффективность преобразователя постоянного тока/постоянного тока. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Maximum battery charge power, BattChrgPwrMax - Максимальная степень заряда батареи
-30000 (по умолчанию) | scalar
Максимальная степень заряда батареи, в Вт.
Типы данных: double
Maximum battery discharge power, BattDischrgPwrMax - Максимальная степень разряда батареи
46000 (по умолчанию) | scalar
Максимальная степень разряда батареи, в Вт.
Типы данных: double
Motor maximum torque table, f_tmtr_max - Таблица максимального крутящего момента двигателя
vector
Таблица максимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Motor speed breakpoints, f_mtr_w_bpt - Точки останова скорости двигателя
vector
Точки останова скорости двигателя, в об/мин.
Типы данных: double
Motor torque breakpoints, f_mtr_t_bpt - Точки останова крутящего момента двигателя
vector
Точки останова крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Motor efficiency map, f_mtr_eta - Карта эффективность мотора
array
Карта эффективность мотора. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Number of motor torque calculation points, Ngrid - Количество точек вычисления крутящего момента двигателя
200 (по умолчанию) | scalar
Количество точек вычисления крутящего момента двигателя. Никаких размерностей.
Типы данных: double
P0 belt ratio, N_P0 - P0 соотношение ремней
3 (по умолчанию) | scalar
P0 соотношение ремней. Никаких размерностей.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Motor location равным P0.
Типы данных: double
ECMS weighting factor, ECMS_s - весовой коэффициент СКУ
3.385 (по умолчанию) | scalar
Весовой коэффициент CMS. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Penalty factor power, PenaltyFctrPwr - степень штрафного фактора
3 (по умолчанию) | scalar
Коэффициент штрафа степени. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Adaptive ECMS proportional gain, ECMS_Kp - Адаптивная пропорциональная пропорциональная составляющая ECMS
0 (по умолчанию) | scalar
Адаптивная пропорциональная составляющая ECMS. Никаких размерностей.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите ECMS method равным Adaptive.
Типы данных: double
Adaptive ECMS integral gain, ECMS_Ki - Адаптивная интегральная составляющая ECMS
0 (по умолчанию) | scalar
Адаптивная интегральная составляющая ECMS. Никаких размерностей.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите ECMS method равным Adaptive.
Типы данных: double
Constraint penalty factor, PenaltyFctr - Ограничительный штрафной коэффициент
10000000 (по умолчанию) | scalar
Ограничительный штрафной коэффициент. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Target battery state-of-charge, SOCTrgt - Целевое состояние заряда батареи
60 (по умолчанию) | scalar
Целевое состояние заряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Minimum battery state-of-charge, SOCmin - Минимальное состояние заряда батареи
40 (по умолчанию) | scalar
Минимальное состояние заряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Maximum battery state-of-charge, SOCmax - Максимальное состояние заряда батареи
80 (по умолчанию) | scalar
Максимальное состояние заряда батареи. Никаких размерностей.
Типы данных: double
Список благодарностей
MathWorks® хотел бы отметить вклад доктора Симоны Онори в оптимальный алгоритм управления ECMS, реализованную в этом блоке. Доктор Онори является профессором инженерии энергетических ресурсов в Стэнфордском университете. Ее научные интересы включают электрохимическое моделирование, оценку и оптимизацию устройств накопления энергии для автомобильных и сетевых приложений, моделирование и управление гибридными и электромобилями, моделирование PDE, а также уменьшение порядка модели и оценку систем снижения выбросов. Она является старшим представителем IEEE®.
Примеры моделей
Ссылки
[1] Balazs, A., Morra, E., and Pischinger, S., Optimization of Electrified Powertrains for City Cars. Технический документ SAE 2011-01-2451. Warrendale, PA: SAE International Journal of Alternative Powertrains, 2012.
[2] Onori, S., Serrao, L., and Rizzoni, G., Hybrid Electric Vehicles Energy Management Systems. Нью-Йорк: Спрингер, 2016.