5.1.1 Nestacionární režim motoru

Transkript

1 5. 1 Simulace a experimenty pro návrh a optimalizaci řízení motoru Nestacionární režim motoru Podíl na řešení: Miloš Polášek, Jan Macek, Oldřich Vítek, Michal Takáts, Jiří Vávra, Vít Doleček Michael Valášek, Zbyněk Šika, Martin Florián, Pavel Steinbauer, Ondřej Vaculín Ricardo Jiří Navrátil 1M Str. 1 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

2 Obecné cíle a řešené dílčí etapy v 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: Simulace přechodových režimů maloobjemového přeplňovaného zážehového motoru trénovací data pro identifikaci parametrů soustavy Simulace přechodových režimů maloobjemového přeplňovaného zážehového motoru aplikace řídících algoritmů Simulace přechodových režimů plynového přeplňovaného zážehového motoru trénovací data a ověření modelu s experimentálními daty 1M Str. 2 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

3 Postup řešení a příklady dílčích výsledků Využity modely různé úrovně (popis hierarchie modelů v etapě ) 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 1M Str. 3 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

4 Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka Řešení zaměřeno na simulace v programu GT-Power Kalibrace na základě experimentálních dat (pokud dostupné) Vzájemná návaznost a možnost kombinace jednotlivých úrovní modelů. 1M Str. 4 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

5 Přeplňovaný maloobjemový zážehový motor Geometrická data volena dle motoru ŠKODA: Zdvihový objem 1.2 dm3 3 válce Sání Turbo Výfuk Výfukové potrubí Max. otáčky motoru 5500 min-1 Kompresní poměr 9,6 Vozidlo Klika Válce 4 ventily na každý válec turbodmychadlo Garret GT12 Waste-Gate Sací potrubí 1M Str. 5 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

6 Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka Příklad trénovacích dat pro identifikaci soustavy 1M Str. 6 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

7 Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka 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). t inj = K t mult ( n m, m,...) M, & vzd & vzd 1M Str. 7 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

8 Příklad statické tabulky dat řídícího algoritmu t inj = K t mult ( n m, m,...) M, & vzd & vzd 1M Str. 8 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

9 Přeplňovaný plynový motor příklad výsledků vyfuk klapka otáčky moment lambda vyf. [1] Klapka [%] otáčky motoru [min-1] moment motoru [N.m] čas [s] čas [s] Lambda regulace v simulacích nastavena na hodnotě 1,6 (vyšší než ve skutečnosti). Značné problémy při přechodových režimech motoru. 1M Str. 9 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

10 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 1M Str. 10 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

11 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) 1M Str. 11 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

12 Spojení GT-Power - Simulink motor ECU 1M Str. 12 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

13 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 1M Str. 13 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

14 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 ISSN 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 ISSN 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, Z 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 ISSN 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 ISSN M Str. 14 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha

15 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. U Juliska) 1M Str. 15 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha