Modell-Bibliothek Hybridantriebe

Transkript

1 Modell-Bibliothek Hybridantriebe Die Bibliothek Hybridantriebe (Hybrid Powertrains) dient der effizienten Simulation elektrifizierter Antriebe sowie der Entwicklung optimierter Betriebsstrategien. Rein elektrischer Antriebe können ebenfalls analysiert werden. Die Untersuchung von auftretenden Lasten, die Beurteilung der Energie- und Kosteneffizienz des Antriebssystems sowie die optimale Abstimmung von Regelung und Steuerung erfolgt unter Verwendung anwendungsspezifischer Modellelemente unter einer Benutzeroberfläche. Hierbei werden Einflüsse wie Strecken- und Fahrerprofile, sowie Randbedingungen wie z. B. Energiekosten und der gewünschte Fahrmodus (sportlich, energiesparend etc.) berücksichtigt. Die Animation einzelner Elemente in der Strukturansicht (z. B. Tankfüllung, geschlossene und geöffnete Kupplung) erleichtert den Überblick über den aktuellen Zustand des Systems während der Simulation. Die Modellelemente sind in folgende Unterbibliotheken unterteilt: Basiselemente Steuerungsmodelle Elektrische Maschinen Verbrennungsmotoren Speicher (Akkumulatoren) Getriebe Fahrzeugmodelle Mit Hilfe der Motormodelle kann u. a. der Kraftstoff- und Stromverbrauch berechnet werden. Generatorisch gewonnene Energie (z. B. erzeugt durch den Verbrennungsmotor oder Rekuperation beim Bremsen) kann in die Batterie gespeist werden. Der Signalaustausch zwischen den einzelnen Modellelementen erfolgt durch ein Bussystem. Die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilsystemen (u. a. elektrische Maschinen, Getriebe) unter Berücksichtigung äußerer Randbedingungen in Form eines längsdynamischen Fahrzeugmodells (Abbildung von Fahrwiderständen, Masse, Schlupf und Antriebsstrang) können auch während langer Betriebszyklen (Simulationszeiten < 1000 s) abgebildet und untersucht werden. Die Bibliothek sowie der Großteil der enthaltenen Modelle sind quelloffen (Struktur und Modelica-Code) und lassen sich beliebig erweitern, anpassen oder ändern. Somit können auch sehr spezielle und individuelle Antriebssysteme und Betriebsstrategien virtuell entworfen, abgebildet und untersucht werden. In der Beispielsammlung befinden sich Simulationsmodelle typischer Anwendungen: Serieller Hybridantrieb Parallel-Hybridantrieb Leistungsverzweigter Hybridantrieb (Rein) Elektrischer Antrieb Diese können entweder umgehend für eigene Untersuchungen verwendet werden oder dienen als Grundlage individueller Modellstrukturen. Optimierte und aufeinander abgestimmte Modelle zur transienten Analyse von Hybrid- und Elektroantrieben Abbildung typischer Baugruppen wie Motoren, Kupplung, Batterie, Bussystem für einfachen Signaltransfer im Gesamtmodell Wechselwirkungen zwischen mechanischen, elektrischen und steuerungstechnischen Systemen Entwicklung und Optimierung verschiedener Betriebsstrategien und Triebstrangkonfigurationen Energieeffizienz- und Leistungsflussanalysen (Kraftstoff- und Stromvebrauchsberechnung) Vordefinierte Fahrzyklen aus verschiedenen Klassifizierungsrichtlinien Quelloffen anpassbar und erweiterbar für individuelle Analyseaufgaben Animation der Strukturansicht

2 Seite 2 von 5 Fahrzeug mit Parallelhybrid-Antriebstrang:

3 Seite 3 von 5 Basiselemente Elektrischer Verbraucher Modell für elektrische Verbraucher wie z. B. Licht, Radio oder Sitzheizung, die dem System Energie entziehen Reibbremse Starre Reibkupplung Allgemeines Reibbremsenmodell (z. B. zur Abbildung von Trommel- oder Scheibenbremsen), das das Fahrzeug zum Stehen bringt und dem System dabei Energie entzieht Steuerung mittels Schaltsignal und internem Ansatz zum Bremsmomentaufbau Wahlweise starre oder elastische geschlossene Bremse Reibkupplungsmodell Steuerung mittels Schaltsignal und internem Ansatz zum Kupplungsmomentaufbau oder Optional: Steuerung durch Vorgabe des Kupplungsmomentes Basiert auf dem Modell der rotatorischen Starren Reibstelle Einsetzbar auch als Lamellenkupplung /~bremse in Automatgetrieben oder als vereinfachte Synchronisiereinheit Zeitveränderlicher PIDT1-Regler mit veränderlicher Integratorbegrenzung (mit Anti- Windup) PIDT1-Regler Momentrichtung und Tastverhältnis für Elektrische Maschinen Signalglied zur Berechnung der Momentrichtung und des Tastverhältnisses für elektrische Maschinen (wird vom Elektromotor verwendet) Bibliothek mit Funktionen, Auswahlboxtypen (Enumerations) und Berechnungsblöcken (Blocks) Zubehör Steuerungsmodelle Bus System Elements Fahrzyklus (Vorgabe) Bibliothek mit Komponenten für das Bussystem Enthält einen Busgenerator und Schnittstellen zwischen Bussystem und signalorientierten Modellstrukturen Vorgabe eines Fahrzyklus (Einspeisung als Bussignal) Vorgabe der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung Enthält folgende vordefinierte Norm-Fahrzyklen: New European Driving Cycle (NEDC) Inspection and Maintenance (IM240) High Acceleration Aggressive Driving Schedule (US06) Federal Test Procedure (FTP75) Urban Dynamometer Driving Schedule (UDDS) Japanese Mode Driving Schedule (10-15 Mode) Definition benutzerdefinierte Fahrzyklen möglich

4 Seite 4 von 5 Reglermodell, welches das Verhalten des Fahrers abbildet Zwecks Abfahren des vorgegebenen Fahrzyklus werden Signale für das Stellen des Gaspedals und der Bremse berechnet und ausgegeben Fahrer (parallel) Modell zur zentralen Steuerung eines Parallelhybridantriebs (seriell) Modell zur zentralen Steuerung eines Seriellen Hybridantriebs (mit Leistungsverzweigung) Modell zur zentralen Steuerung eines Hybridantriebs mit Leistungsverzweigung Getriebesteuerung eines Schaltgetriebes Erzeugung der Schaltsignale für die Getriebeschaltung / den Gangwechsel Vorgabe von Schaltdrehzahlen oder Schalttabellen Getriebesteuerung Elektrische Maschinen und Verbrennungsmotoren Elektromotor Elektromotor (kennlinienbasiert) Modell einer elektrischen Maschine (Gleichstrommotor) Verhalten als Motor oder Generator Parametrierung mittels üblicher Katalogdaten (Gleichstrom-Motordaten oder Synchronmaschinendaten) Bildet ein elektronisches Subsystem ab Modell einer elektrischen Maschine Verhalten als Motor oder Generator Parametrierung mittels Kennlinien für Motor- und Verlustmoment sowie elektrischer Leistung Ermittlung der elektrischen Leistung

5 Seite 5 von 5 Verbrennungsmotor Kennlinienbasiertes Modell eines Verbrennungsmotors Berechnung des Kraftstoffverbrauchs Anschluss für Kraftstofftank (optional; ohne Tankelement simuliert das Modell einen stets gefüllten Tank) Speicher Batterie (Akkumulator) Ideale Batterie Berücksichtigung einer Ladecharakteristik (interne Ansätze oder benutzerdefiniert) Bildet ein elektr. Subsystem aus Spannungsquellen und innerem Widerstand ab Animation des Ladezustands Modell eines Kraftstofftanks, welches in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor die Analyse des Füllstandes und des Verbrauchs ermöglicht Speichert fossile Energie Kraftstofftank Getriebe und Fahrzeuge Schaltgetriebe Generisches Schaltgetriebemodell Bildet sowohl AMT- als AT-Getriebe ab Synchronisierungen / Kupplungen sind mittels Starrer Reibkupplungen dargestellt Getriebe ist während der Simulation schaltbar Strukturell für Getriebe mit 2 bis 10 Gängen vorgesehen (Gangzahl ist wählbar) Berücksichtigung von Eingangs- und Ausgangsträgheit sowie mechanischer Verluste Starres Universalmodell eines Planetenradsatzes Einsetzbar zur Abbildung vieler Planetengetriebe bzw. -radsätze (Plus- und Minusgetriebe, Ravigneaux ~, Lepelletier, ) Planetengetriebe Fahrzeug Längsdynamik-Fahrzeugmodell (zur Abbildung von Pkw, Lkw usw.) Berücksichtigung von Fahrwiderständen (Rollreibung, Luftwiderstand, Hangneigung) Abbildung des Antriebstrangs nach dem Getriebe inkl. Rad und Achsgetriebeübersetzung, Drehträgheiten, Steifigkeit und Dämpfung Starres Verhalten optional