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
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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. 1M6840770002 Str. 4 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 1M6840770002 Str. 5 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka Příklad trénovacích dat pro identifikaci soustavy 1M6840770002 Str. 6 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 1M6840770002 Str. 7 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
Příklad statické tabulky dat řídícího algoritmu t inj = K t mult ( n m, m,...) M, & vzd & vzd 1M6840770002 Str. 8 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
Přeplňovaný plynový motor příklad výsledků 2 1.9 vyfuk klapka 1 0.9 1800 1700 otáčky moment 600 550 lambda vyf. [1] 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Klapka [%] otáčky motoru [min-1] 1600 1500 1400 1300 1200 500 450 400 350 300 250 200 moment motoru [N.m] 1.3 0.1 1100 150 1.2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 čas [s] 1000 100 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 čas [s] Lambda regulace v simulacích nastavena na hodnotě 1,6 (vyšší než ve skutečnosti). Značné problémy při přechodových režimech motoru. 1M6840770002 Str. 9 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
Spojení GT-Power - Simulink motor ECU 1M6840770002 Str. 12 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha
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 Miloš Polášek, ČVUT V Praze, Fakulta strojní, Praha