Equivalent Consumption Minimization Strategy
Контроллер управления энергопотреблением для гибридных электромобилей P0–P4
- Библиотека:
Powertrain Blockset / Движение / Контрольные Контроллеры
Описание
Используйте блок Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS), чтобы управлять управлением энергопотреблением гибридными электромобилями (HEVs). Блок оптимизирует крутящий момент между ДВС и мотором, чтобы минимизировать потребление энергии при поддержании состояния заряда (SOC) батареи.
HEV P0, P1, P2, P3 и примеры готовых узлов P4 используют блок Equivalent Consumption Minimization Strategy для гибридного управления.
Используйте параметр Motor location, чтобы задать моторное местоположение HEV.
Используйте параметр ECMS method, чтобы реализовать или адаптивный или неадаптивный метод ECMS. Архитектуры HEV являются поддержкой заряда, означая, что SOC батарея должна 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 ездовому циклу. Чтобы выдержать заряд по заданному ездовому циклу, блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный эквивалентный фактор ECMS.
|
| Блок настраивает эквивалентный фактор ECMS при помощи выхода ПИ-контроллера.
|
Алгоритм управления ECMS
Блок реализует динамический контрольный контроллер, который определяет крутящий момент механизма, крутящий момент двигателя, команды стартера, сцепления и тормозного давления. А именно, блок:
Преобразует сигнал педали акселератора водителя в запрос крутящего момента колеса. Чтобы вычислить общий крутящий момент трансмиссии в колесах, алгоритм использует максимальный крутящий момент механизма и кривые крутящего момента двигателя и передаточные числа трансмиссии и дифференциала.
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.
Блок реализует алгоритм ECMS[2] это оптимизирует крутящий момент между ДВС и мотором, чтобы минимизировать потребление энергии при поддержании SOC батареи. А именно, ECMS:
Привязывает стоимость к электроэнергии, так что использование сохраненной электроэнергии равно потреблению 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:
ДВС и электрическая машина, действующая как генератор
Электрическая машина, действующая как генератор во время регенеративного торможения
Это мгновенный метод минимизации, который программное обеспечение решает на каждом временном шаге контроллера. Чтобы реализовать стратегию, ECMS выбирает оптимальный крутящий момент двигателя и механизма в стратегии оптимизации, чтобы минимизировать эквивалентное потребление энергии.
Реализует адаптивный или неадаптивный метод ECMS.
Порты
Входной параметр
Вывод
Параметры
Motor location — Местоположение двигателя
P0 (значение по умолчанию) | P1 | P2 | P3 | P4
Задайте моторное местоположение HEV.
ECMS method — Метод ECMS
Non-adaptive (значение по умолчанию) | Adaptive
Используйте параметр ECMS method, чтобы реализовать или адаптивный или неадаптивный метод ECMS. Архитектуры HEV являются поддержкой заряда, означая, что SOC батарея должна 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 ездовому циклу. Чтобы выдержать заряд по заданному ездовому циклу, блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный эквивалентный фактор ECMS.
|
| Блок настраивает эквивалентный фактор ECMS при помощи выхода ПИ-контроллера.
|
Differential gear ratio, N_diff — Отношение дифференциала
3.32 scalar
Отношение дифференциала. Никакая размерность.
Типы данных: double
Differential efficiency factor, eta_diff — Дифференциальный коэффициент полезного действия
0.98 scalar
Дифференциальный коэффициент полезного действия. Никакая размерность.
Типы данных: double
Loaded wheel radius, Re — Загруженный радиус колеса
0.327 scalar
Загруженный радиус колеса, в m.
Типы данных: double
Transmission efficiency factors — Коэффициенты полезного действия передачи
Gear, input torque, input speed, and temperature (значение по умолчанию) | Gear only
Коэффициенты полезного действия передачи.
Типы данных: double
Transmission gear number vector, G_trans — Вектор номера механизма передачи
[0 1 2 3 4 5 6] vector
Вектор номера механизма передачи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Transmission gear ratio vector, N_trans — Вектор передаточного отношения передачи
[1 4.212 2.637 1.8 1.386 1 0.772] vector
Вектор передаточного отношения передачи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans — Вектор КПД передачи
[1 1 1 1 1 1 1] vector
Вектор КПД передачи. Никакая размерность.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors на Gear only.
Типы данных: double
Transmission efficiency torque breakpoints, Trq_trans_bpts — Контрольные точки крутящего момента КПД передачи
[25 50 75 100 150 200 250] vector
Контрольные точки крутящего момента КПД передачи, в N · m.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors на Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency speed breakpoints, omega_trans_bpts — Точки останова скорости КПД передачи
[500.383141080919 749.619781962827 1002.676141478941 1250.957852702297 1499.239563925654 1747.521275149011 1995.802986372368 2501.915705404595 2998.479127851308 4001.155269330249 5003.83141080919] vector
Точки останова скорости КПД передачи, в rad/s.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors на Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency temperature breakpoints, Temp_trans_bpts — Точки останова температуры КПД передачи
[313 358] vector
Точки останова температуры КПД передачи, в K.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors на Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans_tbl — Вектор КПД передачи
array
Вектор КПД передачи. Никакая размерность.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Transmission efficiency factors на 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] vector
Точки останова скорости, в об/мин.
Типы данных: double
Commanded torque breakpoints, f_tbrake_t_bpt — Точки останова крутящего момента, которыми управляют,
[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] vector
Точки останова крутящего момента, которыми управляют, в N · m.
Типы данных: double
Brake torque map, f_tbrake — Карта момента привода
array
Карта момента привода, в N · m.
Типы данных: double
Minimum engine torque command table, f_tbrake_min — Минимальная таблица команды крутящего момента механизма
vector
Минимальная таблица команды крутящего момента механизма, в N · m.
Типы данных: double
Fuel flow map, f_fuel — Топливная блок-схема
array
Топливная блок-схема, в kg/s.
Типы данных: double
Minimum engine torque command, HEVEngTrq_min — Минимальная команда крутящего момента механизма
16.18610438796213 scalar
Минимальная команда крутящего момента механизма, в N · m.
Типы данных: double
Fuel lower heating value, LHV — Топливо более низкая теплота сгорания
46000000 scalar
Топливо более низкая теплота сгорания, в J/kg.
Типы данных: double
Engine idle speed, N_idle — Скорость холостого хода Engine
750 scalar
Скорость холостого хода Engine, 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] vector
Точки останова состояния заряда батареи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Battery charge limit table, ChrgLmt — Предельная таблица заряда батареи
[1 1 1 1 1 1 1 0.9 0.7 0.5 0] vector
Предельная таблица заряда батареи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Battery discharge limit table, DischrgLmt — Выброс батареи ограничивает таблицу
[0 0.5 0.7 0.9 1 1 1 1 1 1 1] vector
Выброс батареи ограничивает таблицу. Никакая размерность.
Типы данных: double
Maximum battery current, BattCurrMax — Максимальная текущая батарея
150 scalar
Максимальная текущая батарея, в A.
Типы данных: double
DC/DC converter efficiency, eta_dcdc — КПД конвертера DC/DC
1 scalar
КПД конвертера DC/DC. Никакая размерность.
Типы данных: double
Maximum battery charge power, BattChrgPwrMax — Максимальная степень заряда батареи
-30000 scalar
Максимальная степень заряда батареи, в W.
Типы данных: double
Maximum battery discharge power, BattDischrgPwrMax — Максимальная степень выброса батареи
46000 scalar
Максимальная степень выброса батареи, в W.
Типы данных: double
Motor maximum torque table, f_tmtr_max — Таблица максимального крутящего момента мотора
vector
Таблица максимального крутящего момента мотора, в N · m.
Типы данных: double
Motor speed breakpoints, f_mtr_w_bpt — Точки останова частоты вращения двигателя
vector
Точки останова частоты вращения 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 N · m.
Типы данных: double
Motor efficiency map, f_mtr_eta — Моторная карта КПД
array
Моторная карта КПД. Никакая размерность.
Типы данных: double
Number of motor torque calculation points, Ngrid — Количество точек вычисления крутящего момента двигателя
200 scalar
Количество точек вычисления крутящего момента двигателя. Никакая размерность.
Типы данных: double
P0 belt ratio, N_P0 — Отношение пояса P0
3 scalar
Отношение пояса P0. Никакая размерность.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Motor location на P0.
Типы данных: double
ECMS weighting factor, ECMS_s — ECMS весовой коэффициент
3.385 scalar
ECMS весовой коэффициент. Никакая размерность.
Типы данных: double
Penalty factor power, PenaltyFctrPwr — Степень фактора штрафа
3 scalar
Степень фактора штрафа. Никакая размерность.
Типы данных: double
Adaptive ECMS proportional gain, ECMS_Kp — Адаптивная пропорциональная составляющая ECMS
0 scalar
Адаптивная пропорциональная составляющая ECMS. Никакая размерность.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите ECMS method на Adaptive.
Типы данных: double
Adaptive ECMS integral gain, ECMS_Ki — Адаптивная интегральная составляющая ECMS
0 scalar
Адаптивная интегральная составляющая ECMS. Никакая размерность.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите ECMS method на Adaptive.
Типы данных: double
Constraint penalty factor, PenaltyFctr — Ограничительный фактор штрафа
10000000 scalar
Ограничительный фактор штрафа. Никакая размерность.
Типы данных: double
Target battery state-of-charge, SOCTrgt — Целевое состояние заряда батареи
60 scalar
Целевое состояние заряда батареи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Minimum battery state-of-charge, SOCmin — Минимальное состояние заряда батареи
40 scalar
Минимальное состояние заряда батареи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Maximum battery state-of-charge, SOCmax — Максимальное состояние заряда батареи
80 scalar
Максимальное состояние заряда батареи. Никакая размерность.
Типы данных: double
Список благодарностей
MathWorks® хотел бы подтвердить вклад доктора Симоны Онори к алгоритму оптимального управления ECMS, реализованному в этом блоке. 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 сети, гибридных автомобилей и моделирования электромобилей и управления, моделирования методом конечных элементов, и сокращения порядка модели и оценки систем смягчения эмиссии. Она - старший член IEEE®.
Примеры модели
Ссылки
[1] Balazs, A., Morra, E. и Pischinger, S., оптимизация наэлектризованных трансмиссий для городских автомобилей. Технический документ 2011-01-2451 SAE. Варрендэйл, усилитель мощности (УМ): международный журнал SAE альтернативных трансмиссий, 2012.
[2] Onori, S., Serrao, L. и Rizzoni, G., гибридные системы управления энергопотреблением электромобилями. Нью-Йорк: Спрингер, 2016.