5.1.1 Nestacionární režim motoru

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 1. kolokvium Josefa Božka, Praha, 31.1. – 1.2. 2006 -

5 Pohonový řetězec 5. 1 Simulace a experimenty pro návrh a optimalizaci řízení motoru

5.1.1 Nestacionární režim motoru Podíl na řešení: 12 241.1 – Miloš Polášek, Jan Macek, Oldřich Vítek, Michal Takáts, Jiří Vávra, Vít Doleček

12 241.4 – Michael Valášek, Zbyněk Šika, Martin Florián, Pavel Steinbauer, Ondřej Vaculín

Ricardo – Jiří Navrátil

1M6840770002

Str. 1

Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha


5 Pohonový řetězec

Obecné cíle a řešené dílčí etapy v 5.1.1 Nová řešení a zlepšení parametrů motoru v nestacionárním režimu motoru: – – – –

Simulace nestacionárního režimu motoru různé úrovně Simulace a experimenty pro návrh a optimalizaci řízení motoru Řízení pohonového řetězce z hlediska energie a ekologie (motor management) Nestacionární zkoušky motorů

Řešené dílčí etapy v roce 2005: 5.1.1.1 - Simulace přechodových režimů maloobjemového přeplňovaného zážehového motoru – trénovací data pro identifikaci parametrů soustavy 5.1.1.2 - Simulace přechodových režimů maloobjemového přeplňovaného zážehového motoru – aplikace řídících algoritmů 5.1.1.4 - Simulace přechodových režimů plynového přeplňovaného zážehového motoru – trénovací data a ověření modelu s experimentálními daty 1M6840770002

Str. 2




Postup řešení a příklady dílčích výsledků Využity modely různé úrovně (popis hierarchie modelů v etapě 5.1.1.2) Navržena metodika pro: – získání trénovacích dat pro identifikaci vlastností dynamické soustavy (motor, turbodmychadlo, snímače, ovladače (akční členy) – simulace motoru se zahrnutím řídících algoritmů – přebírání dat pro zjednodušené modely

Použité modely: – GT-Power – podrobná simulace motoru (1-D děje v potrubí (dopravní zpoždění), dynamika turbodmychadla, atd. (vozidlo – GT-Drive) – GT-Power + Matlab/Simulink – zahrnutí simulace řídících algoritmů – Matlab/Simulink – Transients – zjednodušený model motoru v Matlab/Simulink 1M6840770002

Str. 3



5 Pohonový řetězec Řešení zaměřeno na simulace v programu GT-Power Kalibrace na základě experimentálních dat (pokud dostupné) Vzájemná návaznost a možnost kombinace jednotlivých úrovní modelů.

1M6840770002

Str. 4



5 Pohonový řetězec Přeplňovaný maloobjemový zážehový motor Geometrická data volena dle motoru ŠKODA:

Výfuk

Sání Turbo

– Zdvihový objem 1.2 dm3 – 3 válce – Max. otáčky motoru 5500 min-1 – Kompresní poměr 9,6 – 4 ventily na každý válec – -------------------------------– turbodmychadlo Garret GT12 – Waste-Gate

Výfukové potrubí

Vozidlo Klika

Válce

Sací potrubí

1M6840770002

Str. 5



5 Pohonový řetězec Příklad trénovacích dat pro identifikaci soustavy

1M6840770002

Str. 6



5 Pohonový řetězec Přeplňovaný plynový motor Simulace motoru LIAZ TEDOM se sekvenční přívodem plynu k jednotlivým válcům. Kalibrace motoru dle experimentálních dat (měření ÚVMV, 2004). Určení trénovacích dat a základní aplikace řídících algoritmů – Dávka paliva (doba otevření vstřikovacích ventilů) – Akcelerační a decelerační obohacení a ochuzení – Lambda-regulace (zjednodušený model)

Uspořádání snímačů a akčních členů dle skutečné konfigurace na motoru. Pro řízení dávky paliva použity stejné snímané veličiny (průtok vzduchu – otáčky).

∆tinj = K ⋅ tmult (nM , m& vzd , ∆m& vzd ,...)

1M6840770002

Str. 7



5 Pohonový řetězec Příklad statické tabulky dat řídícího algoritmu

∆tinj = K ⋅ tmult (nM , m& vzd , ∆m& vzd ,...) 1M6840770002

Str. 8



5 Pohonový řetězec Přeplňovaný plynový motor – příklad výsledků 1800

1

2 vyfuk klapka

1.9

0.9

600 otáčky moment

1700

550 500

0.8

0.6 0.5

1.6

0.4

1.5

0.3

otáčky motoru [min-1]

1.7

Klapka [%]

lambda vyf. [1]

0.7

450 1500

400

1400

350 300

1300

250 1200

1.4

200

0.2 1.3

0.1

1.2

0 0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

1100

150

1000

100 0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

čas [s]

čas [s]

Lambda regulace – v simulacích nastavena na hodnotě 1,6 (vyšší než ve skutečnosti). Značné problémy při přechodových režimech motoru.

1M6840770002

Str. 9


6

moment motoru [N.m]

1600

1.8


5 Pohonový řetězec Přeplňovaný vznětový motor Rozšíření plánu. Kvalitativně stejné problémy jako v předchozích simulacích. Rozšíření rozsahu řešených úloh. Simulace motoru AVIA D432/100 GT-Power – podklad pro získání dat pro zjednodušený model – metodika přebírání

dat mezi modely Kalibrace na základě experimentálních dat Zjednodušený model (Matlab/Simulink) – běh v reálném čase, velmi dobrá shoda s podrobným modelem 1M6840770002

Str. 10



5 Pohonový řetězec Aplikace řídících algoritmů V GT-Power simulacích: – Přímé využití možností GT-Power – look-up tabulky, PID regulátory, filtry, apod. – Spojení GT-Power + Simulink – rozšíření možností z hlediska řízení, značný nárůst výpočetní náročnosti (souběžná simulace)

Okruhy využití řízení: – Kontrola běhu simulace – není řízení v pravém slova smyslu, kontrola iterace (dosažení cílových parametrů), urychlení iterace, apod. – Vytvoření dílčích modelů – např. Waste-Gate – Řízení motoru (ECU)

1M6840770002

Str. 11



5 Pohonový řetězec Spojení GT-Power - Simulink

motor

ECU 1M6840770002

Str. 12



5 Pohonový řetězec Spojení GT-Power - Simulink

- Souběžná simulace (nároky na výpočetní čas, omezení GT-P!) - Model motoru v GT-P lze nahradit zjednodušeným motorem nebo reálným motorem na zkušebně – integrace vývoje řídících algoritmů na virtuálním motoru a jejich experimentální ověření 1M6840770002

Str. 13




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Metodika – data pro zjednodušený model, aplikace řídících algoritmů Databáze vstupů v GT-Power Články ve sbornících •

•

•

•

•

Macek, J. - Polášek, M. - Šika, Z. - Florián, M.: Simplification of Transient Response Models for ICE Management. In: MECCA Journal of Middle European Construction and Design of Cars. 2005, vol. 3, no. 2+3, s. 32-41. ISSN 1214-0821. Šika, Z. - Florián, M. - Valášek, M. - Macek, J. - Polášek, M. - et al.: Nonlinear Dynamic Identification of Gas Combustion Engine. In: MECCA Journal of Middle European Construction and Design of Cars. 2005, vol. 3, no. 2+3, s. 82-86. ISSN 1214-0821. Šika, Z. - Florián, M. - Valášek, M. - Polášek, M. - Macek, J. - et al.: Optimalizace regulace plnícího tlaku u vznětových motorů s VGT v dynamických režimech. [Výzkumná zpráva]. Praha: ČVUT, Fakulta strojní, 2005. Z 05-09. 46 s. Valášek, M. - Šika, Z. - Florián, M. - Macek, J. - Polášek, M.: Model Based Predictive Control of Combustion Engine with Constraints. In: Review of Automotive Engineering JSAE. 2005, vol. 26, no. 3, s. 349-356. ISSN 1349-4724. Valášek, M. - Šika, Z. - Florián, M. - Macek, J. - Polášek, M.: Simulation Experiments with Model Based Predictive Control of Combustion Engine. In: MECCA Journal of Middle European Construction and Design of Cars. 2005, vol. 3, no. 2+3, s. 87-91. ISSN 1214-0821.

1M6840770002

Str. 14




Další postup řešení • Rozšíření aplikace řídících algoritmů v simulacích • Aplikace prediktivních řídících algoritmů, návrh v navazujících etapách • Návrh a ověření řídících algoritmů • Sjednocení vstupů a výstupů ECU s experimentální částí –

umožnění záměny virtuálního a reálného motoru v jakékoliv části řešení – důležité pro urychlení ověření řídících algoritmů a jejich praktickou implementaci • Další práce zaměřena na přeplňovaný plynový motor (experimenty v lab. U12 241 – Juliska)

1M6840770002

Str. 15


5.1.1 Nestacionární režim motoru

Recommend Documents