Исследование эффективности алгоритма управления ускорением и замедлением транспортного колёсного средства посредством педали хода

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Поскольку одними из весомых затрат на эксплуатацию транспортных средств являются затраты на топливо, весьма перспективно применять машины с электрическими приводами, такие как аккумуляторные электрические, позволяющие снизить данные затраты. Основным ключевым свойством для них является величина автономного пробега на одной подзарядке. Чтобы максимизировать эту величину разработчики стараются применять более совершенные, энергоёмкие источники энергии и снижать затраты энергии при её преобразовании на пути от источника к ведущим колёсам. В этой цепи тяговый электрический привод является основным источником потерь энергии. Поэтому очень важно не только применять более совершенные электроприводы, но и совершенствовать алгоритмы управления. Для этого необходимо формировать уставки запрашиваемого момента двигателя с использованием только педали хода с учётом скорости движения, других условий, характеристик транспортного средства. Реализация такого закона позволяет водителю снизить энергопотребление за счёт управления машиной, позволяющего двигаться по инерции (накатом) и максимально использовать рекуперативное торможение с минимальным задействованием рабочей тормозной системы.

Цель работы — исследование функционирования и эффективности алгоритма определения уставок тягового и рекуперативного крутящего момента тягового электропривода, режима выбега в зависимости от скорости движения и уровня положения педали хода с применением методов математического моделирования движения машины.

Материалы и методы. Исследование функционирования и эффективности закона определения уставки тягового и рекуперативного крутящего момента тягового электропривода, режима выбега выполнено в программном комплексе Matlab Simulink.

Результаты. В статье приводятся теоретические основы построения алгоритма формирования определения уставки тягового и рекуперативного крутящего момента тягового электропривода, режима выбега, результаты виртуального исследования функционирования и эффективности данного алгоритма для управления транспортным средством в Matlab Simulink в виртуальных условиях, приближенных к эксплуатационным.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенного закона формирования определения уставки тягового и рекуперативного крутящего момента тягового электропривода, режима выбега для разработки системы управления тягового привода транспортных машин с целью повышения их энергоэффективности.

Об авторах

Александр Владимирович Климов

Инновационный центр «КАМАЗ»; Московский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: klimmanen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5351-3622
SPIN-код: 7637-3104
Scopus Author ID: 57218166154

кандидат техн. наук, доцент Передовой инженерной школы электротранспорта; руководитель службы электрифицированных автомобилей

Россия, Москва; 107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38

Список литературы

  1. Характеристики электробуса КАМАЗ 6282. [internet]. Набережные Челны. Дата обращения 15.10.2022. Режим доступа: https://kamaz.ru/upload/bus/Электробус%20KAMAZ-6282.pdf
  2. Климов А.В., Чиркин В.Г., Тишин А.М. О некоторых конструктивных особенностях и видах транспортных тяговых электрических двигателей // Автомобильная промышленность. 2021. № 7. С. 15–21. EDN: FEETSV
  3. Климов А.В., Тишин А.М., Чиркин В.Г. Различные виды тяговых синхронных двигателей для городских условий эксплуатации // Грузовик. 2021. № 6. С. 3–7. EDN: ZTRMYW
  4. Жилейкин М.М., Климов А.В., Масленников И.К. Алгоритм формирования управляющего сигнала со стороны педали акселератора, обеспечивающий энергоэффективное потребление электроэнергии тяговым приводом электробуса // Известия МГТУ «МАМИ». 2022. Т. 16, № 1. С. 51–60. doi: 10.17816/2074-0530-100232
  5. Бутарович Д.О., Скотников Г.И., Эраносян А.В. Алгоритм управления рекуперативным торможением с помощью педали акселератора // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2022. № 4. EDN: IMJRKB doi: 10.22281/2413-9920-2022-08-04-275-281
  6. Wen He, Chen Wang, Hui Jia. A single-pedal regenerative braking control strategy of accelerator pedal for electric vehicles based on adaptive fuzzy control algorithm // Energy Procedia. 2018. Vol. 152. P. 624–629. doi: 10.1016/j.egypro.2018.09.221
  7. Yongqiang Zhao, Xin Zhang, Jiashi Li, et al. A research on evaluation and development of single-pedal function for electric vehicle based on PID // J. Phys. Conf. Ser. 2020. Vol. 1605. doi: 10.1088/1742-6596/1605/1/012109
  8. Hongwen He, Chen Wang, Hui Jia, Xing Cui. An intelligent braking system composed single-pedal and multi-objective optimization neural network braking control strategies for electric vehicle // Applied Energy. 2020. Vol. 259, (C). doi: 10.1016/j.apenergy.2019.114172
  9. Zhang J., Lv C., Gou J., et al. Cooperative control of regenerative braking and hydraulic braking of an electrified passenger car // Proc. Inst. Mech. Eng. Part D: J. Automob. Eng. 2012. Vol. 226, N. 10. P. 1289–1302. doi: 10.1177/0954407012441884
  10. Guo J., Wang J., Cao B. Regenerative braking strategy for electric vehicles[C] // 2009 IEEE Intelligent Vehicles Symposium. 03–05 June 2009. Xi’an, China. Xi’an: IEEE, 2009. doi: 10.1109/IVS.2009.5164393
  11. Xu Guoqing, Li Weimin, Xu Kun, et al. An intelligent regenerative braking strategy for electric vehicles // Energies. 2011. Vol. 4, N. 9. P. 1461–1477. doi: 10.3390/en4091461
  12. Zhang J., Lv C., Qiu M., et al. Braking energy regeneration control of a fuel cell hybrid electric bus // Energy Conversion & Management. 2013. Vol. 76, N. 76. P. 1117–1124. doi: 10.1016/j.enconman.2013.09.003
  13. Wang J.W., Tsai S.H., Li H.X., et al. Spatially Piecewise Fuzzy Control Design for Sampled-Data Exponential Stabilization of Semi-Linear Parabolic PDE Systems // IEEE Transactions on Fuzzy Systems. 2018. Vol. 26, N 5. P. 2967–2980. doi: 10.1109/TFUZZ.2018.2809686
  14. Zhang K., Xu L., Hua J., et al. A Comparative Study on Regenerative Braking System and Its Strategies for Rear-wheel Drive Battery Electric Vehicles // Qiche Gongcheng / Automotive Engineering. Vol. 37, N. 2. P. 125–131.
  15. Lv C., Zhang J., Li Y., et al. Mechanism analysis and evaluation methodology of regenerative braking contribution to energy efficiency improvement of electrified vehicles // Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 92. P. 469–482. doi: 10.1016/j.enconman.2014.12.092
  16. Kulas R.A., Rieland H., Pechauer J. A System Safety Perspective into Chevy Bolt’s One Pedal Driving // SAE Technical Paper. 2019. doi: 10.4271/2019-01-0133
  17. Wang J., Besselink I.J.M., van Boekel J.J.P., Nijmeijer H. Evaluating the energy efficiency of a one pedal driving algorithm. In: European Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Congress (EEVC 2015), Brussels, Belgium. 2015. Дата обращения 15.10.2022. Режим доступа: https://pure.tue.nl/ws/files/15971352/Evaluating_the_energy_efficiency_of_a_one_pedal_driving_algorithm.pdf
  18. Патент РФ № 2797069 / 31.05.2023. Бюл. № 16. Климов А.В., Оспанбеков Б.К., Жилейкин М.М. и др. Способ управления индивидуальным тяговым электроприводом ведущих колес многоколесного транспортного средства. EDN QAUBVR
  19. Жилейкин М.М., Котиев Г.О. Моделирование систем транспортных средств. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020.
  20. Бирюков В.В., Порсев Е.Г. Тяговый электрический привод. Новосибирск: НГТУ, 2018.
  21. ГОСТ Р 54810-2011. Автомобильные транспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний. М.: СТАНДАРТИНФОРМ, 2012. Дата обращения 15.10.2022. Режим доступа: https://meganorm.ru/Data/517/51790.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Общий вид транспортного средства.

Скачать (95KB)
3. Рис. 2. Схема тягового электрического оборудования: ТЭД— тяговый электродвигатель; ТАИН— тяговый автономный инвертор напряжения; ПСХЭЭ — перезаряжаемая система хранения электрической энергии; Тр — трансмиссия; БУ — блок управления системы верхнего уровня. трансмиссия; БУ – блок управления системы верхнего уровня.

Скачать (62KB)
4. Рис. 3. Режимы движения машины в зависимости от степени нажатия на педаль хода.

Скачать (43KB)
5. Рис. 4. График задания уставки крутящего момента на валу ТЭД: τam(V) — максимальное значение рекуперативного момента; τam(V) — максимальное значение тягового момента; hm(V) — положение педали акселератора, при котором становится доступным запрос максимального тягового момента.

Скачать (49KB)
6. Рис. 5. Блок-схема алгоритма однопедального управления.

Скачать (72KB)
7. Рис. 6. Зависимости запрашиваемого крутящего момента от положения педали акселератора при различных скоростях движения машины.

Скачать (187KB)
8. Рис. 7. Общий вид имитационной математической модели: 1 — опорное основание; 2 — блок динамики движения; 3 — тяговые электродвигатели; 4 — цикл движения; 5 — тяговые инверторы; 6 — трансмиссия; 7 —климатические условия; 8 — система хранения электрической энергии; 9 — колесо; 10 — передняя подвеска; 11 — задняя подвеска; 12 — система управления; 13 — балка заднего моста.

Скачать (144KB)
9. Рис. 8. Схема цикла движения [19].

Скачать (86KB)
10. Рис. 9. Плотность вероятности положения педали акселератора для варианта с прямым управлением моментом.

Скачать (67KB)
11. Рис. 10. Плотность вероятности положения педали тормоза для варианта с прямым управлением моментом.

Скачать (59KB)
12. Рис. 11. Плотность вероятности крутящего момента на ведущем колесе для варианта с прямым управлением.

Скачать (68KB)
13. Рис. 12. Плотность вероятности рекуперативного момента на ведущем колесе для варианта с прямым управлением моментом.

Скачать (59KB)
14. Рис. 13. Плотность вероятности тормозного момента на ведущем колесе для варианта с прямым управлением моментом.

Скачать (58KB)
15. Рис. 14. Плотность вероятности положения педали хода для варианта однопедального управления.

Скачать (72KB)
16. Рис. 15. Плотность вероятности крутящего момента на ведущем колесе для варианта однопедального управления.

Скачать (75KB)
17. Рис. 16. Плотность вероятности рекуперативного момента на ведущем колесе для варианта однопедального управления.

Скачать (120KB)
18. Рис. 17. Удельная энергия, затрачиваемая на движение в городском цикле за один километр пробега: 1 — с однопедальным управлением; 2 — с прямым управлением моментом.

Скачать (116KB)
19. Рис. 18. Удельная энергия рекуперации: 1 — с однопедальным управлением; 2 — с прямым управлением моментом.

Скачать (104KB)

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах