مقدم اساتيد گرامي، ميهمانان محترم و دانشجويان عزيز را گرامي مي داريم

1. مقدم اساتيد گرامي، ميهمانان محترم و دانشجويان عزيز را گرامي مي داريم Automotive Electronics Seminar Sponsored by: Iran Khodro and University of Tehran All data are copy righted to respective authors as listed in the references.

2. به نام آن كه هستي را فكرت آموخت مديريت انرژي در خودروهاي برقي هايبريدمحسن محمديانمرکز طراحي و توسعه محصولات جديدشرکت ايران خودرو

3. عناوين مورد بررسي • طرح مسئله / هدف گذاري • طراحي و شبيه سازي استراتژي کنترل بهينه Off-Line • طراحي و توسعه استراتژي کنترل نظارتي سلسله مراتبي هوشمند (On-Line) • پيشنهادات / نتيجه گيري لغات کليدي : Hybrid Systems & Controller, Hierarchical Optimal Control Hybrid Electric Vehicle, Energy Management Mechatronic Systems

4. x u Hybrid System سيستمهاي هايبريد تعريف • مشتمل بر زيرسيستمهايي با خصوصيات زمان پيوسته يا زمان گسسته • تغييرساختار يا سوئيچ شوندگي با توجه به مسير حالت سيستم و يا شرايط خارجي • مشتمل بر پروسه هاي تصميم گيري و فرآمين سلسله مراتبي • ديناميک هاي ترکيبي زمان - رانشي و يا حادثه اي - رانشي

5. طرح سه زمينه تحقيقاتي 1.مدل سازي سيستم هاي هايبريد , به قسمي که ويژگي هاي موثر در بازه مطالعاتي مورد بحث را پوشش دهد. 3.طراحي کنترلر , مجموعه فرآمين و مدهاي عملکردي ,بقسمي که بتوانبا ماکزيمم نمودن تابع هدف از تمامي ظرفيت هاي موجود در زير سيستمهاي يک سيستم هايبريد استفاده نمود. 2. شرايط تضمين پايداري و تعيين زنجيره سوئيچينگ مناسب , بگونه اي که مسيرهاي حالت همواره پايداري جهت سيستم فرآهم آيد.

6. معرفي سيستم تحت مطالعات انتخابي و دلايل آن سيستم محرکه رانشي خودرو برقي هايبريد الف ) ويژگيهاي ذاتي (Hybrid System) • ديناميک غيرخطي مجموعه با توجه به نحوه سري و موازي شدن اجزاء • عدم قطعيت و تغييرات محيطي گسترده • تغييرات وسيع ديماند • ساختار سلسله مراتبي • ... ب) ويژگي ها و مزاياي فني- اقتصادي طرح • افزايش راندمان خودرو • كاهش آلايندگي • بهبود شتاب گيري

7. بررسي موضوعي استراتژي هاي کنترلي در HEV استراتژي هاي کنترلي معايب و مشکلات Emission Fuel Economy • توانايي محدود در بهينه سازي کيفيت رانشي خودرو • کارکرد موتور احتراقي و الکتريکي در شرايط راندمان غير بهينه • عمدتا“ مبتني بر تجارب عملي و مشاهدات کاربردي هستند • عدم قابليت لحاظ نمودن دوران گذرا در فرآيند مديريت انرژي (مدل مرتبه صفر المانها ) • عدم توانايي در تعيين زنجيره سوئيچينگ و تعيين مدهاي عملياتيمناسب

8. طرح پيشنهادي

9. هدف گذاري : مديريت بهينه انرژي در HEV + Energy help acceleration Energy Storage/Gen (Battery, Fuel Cell ) Recovery of braking energy Storage of excess energy Energy Acceleration Engine turns off Time Engine output energy with maximum efficiency - Deceleration

10. ساختار انتخابي سيستم محرکه رانشيخودروهاي برقي هايبريد تركيبي • موتور الكتريكي • موتور احتراقي • ژنراتور • مجموعه باطري • پيل سوختي • مدل طولي ديناميکي خودرو

11. طرحواره کنترل بهينه سلسله مراتبيسيستم محرکه رانشي خودرو برقي هايبريد

12. ويژگي هاي کنترلر هايبريد مورد نظر مديريت بهينه انرژي در ساختار ديناميکي سيستم هايبريد ( Power Train ) استفاده از روشهاي هوشمند در ساختار کنترلر سلسله مراتبي بهبودFuel Economyو Emission دستيابي به شاخص هاي کيفي رانشي خودرو بهره بري بهينه از تمامي ظرفيت هاي موجود زيرسيستمها قابليت گذر ديناميکي نرم در عبور از مدهاي عملياتي مختلف تعيين زنجيره سوئيچينگ مناسب

13. مدلسازي شرح مراحل اجرايي مطالعه موضوعي - بررسي و شناخت خصوصيات ديناميکي مؤثر زيرسيستمها در بازه عملياتي مديريت انرژي - انتخاب مدل ديناميکي مناسب غيرخطي جهت زيرسيستمهاي محرکه رانشي مؤثر تبصره: - امکان استفاده از مدل استاتيکي و يا شبه استاتيکي جهت برخي از زيرسيستمها - استفاده از مدلهاي مرتبه پايين در راستاي کاهش پيچيدگي مدل Accuracy Complexity - آماده سازي مدل شبيه سازي شده سيستم محرکه رانشي خودرو هايبريد

14. طراحي و شبيه سازي استراتژي کنترل نظارتي سلسله مراتبي هوشمند (On-Line) کنترل بلادرنگ زير سيستمهاي محرکه رانشي خودرو برقي با توجه به معيارهاي مديريت انرژي و شرايط متغيرهاي حادثه ايي رانشي و زمان رانشي

15. طراحي و شبيه سازي استراتژيکنترل نظارتي سلسله مراتبي هوشمند • نامعيني سيکل رانشي و شرايط جاده • ساختار سوئيچ شونده • زنجيره سوئيچينگ حاکم بر آن • ارائه مديريت انرژي متناسب با مد عملياتي • ايجاد هماهنگي بين كنترل كننده هاي گسترده موجود در سيستم با توجه به تابع هدف

16. لايه دوم: توسعه ماشين حالت • متغيرهاي زمان رانشي و پيشامد رانشي لحاظ شده • حداقل مدت زمان On/Off موتور احتراقي و پيل سوختي • آستانه هاي گشتاور هاي توليدي • ميزان حالت شارژ باتري ها و آستانه هاي آن • توان مورد نياز شين • ميزان انرژي توليد شده در ترمزگيري • ويژگي هاي غيرخطي باتري(منحنيهاي شارژ و دشارژ) • ظرفيت پذيرش شارژ و دشارژ باتري با توجه به نقطه کار • تغييرات ديماند سيکل رانشي • ... اهداف لايه کنترل نظارتي • منطق عملكردي آرام • شناسايي متغيرهاي زمان رانشي و پيشامد رانشي • تعيين مدهاي عملياتي سيستم و زنجيره سوئيچينگ • مانيتورينگ لحظه به لحظه سيستم مدهاي عملياتي : مد آغاز حرکت يا الکتريکي خالص (Start up): مد ايستا(Stationary): مد موتور احتراقي خالص(ICE): مد شارژ مجدد (Recharge): مد بازيافت انرژي ترمز: مد شتاب گيري مضاعف يا هايبريد(hybrid):

17. لايه سوم: کنترل کننده هايبريد زمان حقيقي پيشنهادي هدف : - کاهش ميزان سوخت مصرفي و آلايندگي - تثبيت سطح شارژ باتري ها - عدم عدول از شرايط اوليه درخواستي جهت رانش و ارضاء ساير محدوديتهاي رانشي

18. سيستم محرکه رانشي در مد هايبريدبهمراه کنترلر پيشنهادي • بهره گيري از اطلاعات ترافيکي ارائه شده از سوي راننده • موقعيت پدال ترمز • زاويه گشايش دريچه گاز در لحظه قبل • توان درخواستي • سرعت خودرو • زمان • توان توليدي توسط پيل سوختي و باتري در لحظه قبل ، • حالت شارژ باتريها • دماي پيل سوختي در لحظه قبل • ... • تقسيم سهم توان توليدي ميان موتور الکتريکي ، موتور احتراقي ، باتري و پيل سوختي • محاسبه ساير پارامترهاي مورد نياز

19. 1. ملاحظات مرتبط در توليد قوانين فازي (Mamdani) • تثبيت حالت شارژ باتريها و تلاش در جهت ثابت نگه داشتن آن • استفاده از اطلاعات ترافيكي مرتبط جهت تخمين نقطه كار بعدي سيستم و نوع عملكرد استراتژي كنترلي • لحاظ نمودن ديناميك سيستم در تغييرات نقاط كار • كاهش تغييرات نقطه كار موتور احتراقي و پيل سوختي بمنظور جلوگيري از بروز بيش از اندازه حالتهاي گذرا و افزايش توليد آلايندگي • لحاظ نمودن محدوديتهاي مرتبط با توانهاي توليدي موتور احتراقي، موتور الكتريكي،‌ باتري و پيل سوختي • تعيين شرايط روشن شدن موتور احتراقي با توجه به متوسط توان درخواستي و توان ماكزيمم مورد نيازمجموعه باتريها

20. برخي از توابع عضويت • در صورتيکه ميزان توان ديماند متوسط و سطح شارژ باتريها پايين ، دماي پيل سوختي پايين، ميزان توان توليد پيل سوختي در زمان نمونه برداري قبلي متوسط، توان توليدي توسط باتري در گام قبل متوسط و سيکل رانشي با ترافيک متوسط پيش بيني شود آنگاه توان توليدي پيل سوختي به سطج بالا ارتقاء يابد( مد عملکردي الکتريکي خالص). • در صورتيکه توان ديماند بالا و سطح شارژ باتريها متوسط و توان توليدي توسط موتور احتراقي در گام قبل پايين باشد آنگاه توان موتور احتراقي به متوسط ارتقاء يابد( مد هايبريد- سطح يک).

21. دياگرامهاي روابط ميان وروديها و خروجي کنترلر فازي

22. شبيه سازي ساختار تحت بررسي

23. بررسي نتايج شبيه سازي

24. سيکل رانشي استاندارد ترکيبي مورد استفادهCYC-UDDSHDV+ CYC-UDDS

25. مشخصات خودرو مورد آزمايش

26. همگرايي سريع سرعت محاسباتي بالا برخورداري از دقت لازم مقاوم بودن نسبت به تغييرات سيکل رانشي ... نتايج شبيه سازي

27. نتايج شبيه سازي ها 5/15 % کاهش ميزان مصرف سوخت 26% کاهش آلاينده هيدروکربن 38% کاهش مونوکسيد کربن 5/4% اکسيد هاي نيتروژن حوزه نگاشت نقاط کار در منحني گشتاور، سرعت ، راندمان موتور احتراقي پترن ميزان بازده نقاط کار موتور احتراقي بر حسب زمان رانش

28. ويژگيهاي جعبه ابزار تجزيه و تحليل مديريت انرژي • فراهم آوري امکان مديريت انرژي بصورت Off-Lineدر سيکل هاي مختلف رانشي • انجام محاسبات مينيمم مصرف سوخت ممکن • قابليّت برآورده کردن شرايط متعادل شده حالت شارژ باتري ها • سرعت همگرايي بالا و دقت مناسب • قابليت تعريف محدوديت هاي نامساوي • قابليت توسعه و اتصال به نرم افزار Advisor • امکان تغيير Solverها • بهره گيري از مدل ديناميکي زير سيستمها

29. پيشنهادات و کارهاي آتي • طراحي تخمينگر سيكل رانشي با استفاده از اطلاعات Off line و On lineترافيکي و رانشي نظير داده هاي رانشي قبلي و سيستم ناوبري GPS • بهره گيري از الگوريتم هاي هوشمند جهت شناسايي و طبقه بندي الگوهاي رانشي و سيكلهاي حركتي براي استفاده سيستم كنترلي • ساخت مدل آزمايشگاهي سيستم و کنترلر پيشنهادي (توسعه دانش فني) • توسعه نرم افزار تحليل گر سيستم محركه رانشي خودرو برقي هايبريد در محيط C++ و تبديل تمامي مدلهاي زير سيستم ها به كد C جهت افزايش سرعت پردازش اطلاعات. • طراحي سيستم كنترلي مرتبط با سيستم آلترناتور پيوسته ISA بعنوان يك ساختار هايبريد ميان واسطه و بررسي امكان استفاده از آن جهت خودروهاي ساخت داخل • توسعه سيكل هاي رانشي جهت شهرهاي مختلف ايران و همچنين سيكلهاي اتوباني مرتبط و استخراج مدل مناسب

30. نتيجه گيري • کنترل کننده هاي هايبريد مشخصات کيفي بسيار خوبي را بهمراه دارند • خودروهاي هايبريد گامي بزرگ در راستاي بهره بري بهينه از منابع انرژي و كاهش وابستگي به سوخت هاي فسيلي ميباشند. ) راندمان بالا ، آلايندگي بسيار كم ، مسافت قابل پيمايش بالا قابليت اطمينان مطلوب ، قيمت قابل رقابت(

31. … and too long way to go … سئوالات و پيشنهادات Mohsen Mohammadian ; Ph.D. Electronic & Electrical Projects Director Email : M.Mohamadian@ikco.com