1-2-1) تعریف مسئله21
3-1) استراتژی کنترل مبتنی بر کنترل بهینه37
1-3-1) فرمول بندی مسئله41
2-3-1)بهینه سازی براساس برنامه ریزی پویا46
3-3-1) نتایج شبیه سازی48
4-3-1)شناسایی الگوی رانشی55
4-1) استراتژی کنترل مبتنی بر مدلسازی دینامیکی62
(فصل دوّم )72
استراتژی های کنترل هوشمند72
مقدمه73
(فصل سوّم)90
ساختار کنترل سلسله مراتبی در خودرو های هایبرید برقی و مدلسازی آن90
مقدمه91
1-3) سیستم های دینامیکی هایبرید91
مثال(1-3)94
مثال(2-3)95
2-3) ساختار سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی96
3-3) مدلسازی دینامیکی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی102
1-3-3)مدل دینامیکی موتور الکتریکی102
2-3-3)مدل دینامیکی موتور احتراقی104
3-3-3) مدلسازی دینامیکی باتری105
4-3-3) مدل سازی دینامیکی خودرو105
5-3-3) محاسبه گشتاور درخواستی106
4-3)سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید سری و معادلات حاکم بر مدهای عملکردی107
1-4-3) مد الکتریکی107
2-4-3) مد هایبرید108
5-3) روابط دینامیکی مربوط به حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی موازی108
1-5-3) مد موتور الکتریکی109
2-5-3) مد هایبرید110
3-5-3) مد ترمزی110
شکل(9-3) مدهای کنترلی در خودرو هایبرید برقی111
(فصل چهارم)112
طراحی و شبیه سازی استراتژی کنترل هوشمند سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی112
مقدمه113
1-4) طراحی استراتژی کنترل نظارتی هوشمند براساس منطق فازی برای خودرو هایبرید موازی113
2-4) طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید سری براساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها122
3-4) نتایج شبیه سازی128
(فصل پنجم)130
دست یابی به استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی130
نتایج و شبیه سازی130
مقدمه131
1-5)پیاده سازی استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید موازی134
2-5)شرایط گذر بین مدهای کنترلی136
3-5) نتایج شبیه سازی143
نتیجه گیری149
نظرات و پیشنهادات151
مراجع152
ضمائم158

فهرست شکلها و جدولها صفحه
شکل (1-1) ساختارسیستم کنترل خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.9
شکل(2-1) استراتژی تقسیم توان براساس نقشه های بازده موتور احتراقی14
جدول(1-1) نتایج شبیه سازی استراتژی کنترل16
شکل(3-1) عملکرد موتور احتراقی برحسب متغیرهای مختلف17
شکل(4-1) موقعیت کاری مطلوب برای یک موتور احتراقی20
شکل(5-1) فرآیند استراتژی کنترل تطبیقی23
شکل(6-1) منحنی بازده انرژی موتور احتراقی25
شکل(7-1) منحنی مصرف سوخت برحسب موتور الکتریکی27
شکل(8-1) نمودار تغییرات شارژ باتری برحسب گشتاور موتور الکتریکی28
شکل(9-1)منحنی مصرف سوخت برحسب تغییرات حالت شارژ باتری29
شکل(10-1) تاثیر فاکتور تنظیم روی حالت شارژ باتری31
شکل(11-1) مجموع انرژی محاسبه شده برای یک در خواست گشتاور و سرعت32
شکل(12-1) منحنی آلودگی مربوط به NOx که تابعی از سرعت و گشتاور موتور احتراقی می باشد.32
شکل(13-1) منحنی مربوط به مقدار دهی آلودگی33
شکل(14-1) نرمالیزه کردن مصرف انرژی سوخت و آلودگی هوا33
شکل(15-1) تابع فشرده کلی و تابع انرژی نرمالیزه شده35
شکل(16-1) نتایج حاصل از بهینه سازی Baseline36
شکل(17-1) نتایج حاصل از بهینه سازی تطبیقی36
شکل(18-1) مقایسه نتایج حاصل از دو بهینه سازی زمان واقعی و Baseline37
شکل(19-1) تاثیر?(0) بر ?SOC40
شکل(20-1) منحنی بازده موتور الکتریکی43
شکل (21-1) مدل استاتیکی باتری45

شکل(22-1) منحنی بازده باتری در حالت شارژ ودشارژ45
شکل(23-1) نتایج شبیه سازی با در نظر گرفتن مصرف سوخت48
جدول(2-1) نتایج شبیه سازی مربوط به مصرف سوخت و آلودگی49
شکل(24-1)نتایج آلودگی و مصرف سوخت پس از حل مسئله بهینه سازی50
شکل(25-1) نتایج بهینه سازی با در نظر گرفتن آلودگی و مصرف سوخت51
نمودار (26-1) مراحل بهینه سازی دینامیکی را نشان می دهد.52
شکل(27-1) منحنی نسبت تقسیم توان بهینه برحسب توان درخواستی روی سرعت سیستم انتقال54
جدول(3-1) مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی برای استراتژی های کنترلی مختلف55
شکل(28-1) ساختار کلی استراتژی کنترل براساس شناسایی الگوی رانشی56
استفاده می شود.57
شکل(29-1) فلوچارت و متغیرهایی که برای تعریف مجازی الگوهای رانشی منتخب بکار می رود.57
جدول(4-1) شش الگوی منتخب که براساس فرآیند شناسایی الگوی رانشی بدست آمده است58
شکل (30-1) الگوی رانشی با میانگین توان پایین و تغییراستاندارد بالا59
شکل (31-1) الگوی رانشی با میانگین توان بالا و تغییراستاندارد پایین59
شکل(32-1) ساختار کلی استراتژی کنترل چند حالته60
جدول(5-1) نتایج شبیه سازی حاصل از قانون کنترل زیر بهینه برای هر الگوی حرکتی منتخب60
جدول(6-1) مقایسه نتایج حاصل از کنترل تک حالته و چند حالته وکنترل بهینه61
شکل(33-1) ساختار خودرو هایبرید با کنترل کننده دینامیکی63
شکل(34-1) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل دینامیکی64
شکل(35-1) نتایج حاصل از شبیه سازی براساس استراتژی کنترل لیاپانوف66
شکل(36-1) ساختار کنترل عصبی تطبیقی67
شکل(37-1) ساختار کنترل کننده مورد نظر برای خودرو هایبرید برقی69
شکل(1-2) ساختار کنترل کننده فازی75
شکل(2-2) توابع عضویت ورودی و خروجی77
شکل(3-2) منحنی تغییرات مقدار K77
شکل(4-2) سطح فازی استراتژی کنترل78
شکل(5-2)نتایج شبیه سازی برای سیکلهای رانشی مختلف78
شکل(6-2) ساختار کنترل کننده فازی79
شکل(7-2) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل81
شکل(8-2) تغییرات ولتاژ باتری81
شکل(9-2) ساختار کنترلر فازی بهینه82
شکل(10-2) ساختار استراتژی کنترل فازی84
جدول(1-2) محدوده تغییرات هر یک از ژنها87
جدول (2-2) مقایسه جوابهای بهینه با دوروش گرادیان و الگوریتم ژنتیک88
جدول(3-2) مقایسه نتایج آلودگی های محیط زیستی دو روش الگوریتم ژنتیک و گرادیان88
شکل (11-2) منحنی های لحظه ای آلودگی CO89
شکل(1-3) ساختار یک سیستم پیوسته92
شکل(2-3) ساختار سلسله مراتبی یک سیستم هایبرید93
شکل(3-3) ساختار کلّی یک استراتژی سوئیچینگ94
شکل(4-3) ساختار ماشین حالت محدود برای سیستم انتقال اتوماتیک95
شکل(5-3) ساختار کنترل ترموستاتی برای کنترل دما96
جدول (1-3) بعضی از حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.100
شکل(6-3) ساختار کنترل سلسله مراتبی در خودرو هایبرید برقی101
شکل(7-3) ساختار الکتریکی و مکانیکی خودرو هایبرید سری107
شکل(8-3) ساختار مکانیکی و الکتریکی خودرو هایبرید موازی109
شکل(9-3) مدهای کنترلی در خودرو هایبرید برقی111
شکل(1-4) ساختار خودرو هایبرید موازی موجود در نرم افزار Advisor114
شکل(2-4) کنترل نظارتی سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی114
شکل(3-4) ساختار کنترل نظارتی که درجعبه ابزار stateflow پیاده سازی شده است.116
شکل(4-4) استراتژی کنترلی سطح بالا و پیاده سازی آن در محیط Simulink117
شکل(5-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی118
شکل(6-4) توابع عضویت ورودی مربوط به کنترل کننده فازی را نشان می دهد.119
شکل(7-4) مدلسازی خودرو هایبرید موازی و ساختار کنترل کننده نظارتی120
جدول(1-4) نتایج حاصل از آلودگی و مصرف سوخت با استراتژی کنترل فازی120
شکل(8-4) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل فازی121
جدول(2-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی کنترل فازی موجود در Advisor122
جدول(3-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی Baseline موجود در Advisor122
شکل(9-4) ساختار استراتژی کنترل نظارتی برای خودرو هایبرید سری123
شکل(10-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی برای کاهش تغییرات نقطه کار موتور احتراقی125
شکل(11-4) توابع عضویت ورودی برای کنترل کننده فازی126
جدول(4-4) مقادیر قطعی مربوط به ?Pg127
جدول(5-4) پایگاه قوانین فازی127
شکل(12-4) نتایج شبیه سازی استراتژی کنترل فازی بر اساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستم هاError! Bookmark not defined.
شکل(1-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده موتور احتراقی133
شکل(2-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده موتور الکتریکی133
شکل(3-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده باتری134
شکل(4-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(1)137
شکل(5-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(2)138
شکل(6-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(2)139
شکل(7-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید140
شکل(8-5) حالت مربوط به مد شارژ مجدد باتریها141
شکل(9-5) مدهای کنترلی در مد رانشی141
شکل(10-5) مدهای کنترلی در مد ترمزی142
شکل(11-5) ساختار کنترل سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی به همراه مدل سازی دینامیکی خودرو هایبرید143
شکل(12-5) سیکل رانشی CYC_CHSVR144
شکل(13-5) گشتاور موتور الکتریکی (Tem) و گشتاور موتور احتراقی (Tice)144
شکل(14-5) منحنی تغییرات نقطه کار موتور احتراقی145
شکل(15-5) حالت شارژ باتری ها را نشان می دهد146
شکل(16-5) سرعت خودرو پس از دنبال کردن مسیر حرکت146
شکل(17-5) شبیه سازی استراتژی کنترل Baseline147
شکل(18-5) سیکل رانشی CYC_ECE147
شکل(19-5)نتایج شبیه سازی روی سیکل CYC_ECE148
شکل(20-5) سرعت خودرو را نشان می دهد.148
شکل(1-ض1) ساختار اصلی سیستم های فازی خالص161
شکل(2-ض1) ساختار اصلی سیستم فازی TSK161
شکل(3-ض1) ساختار اصلی یک سیستم فازی با فازی ساز و غیر فازی ساز162
شکل(4-ض1) تابع عضویت ? را برحسب e(t) نشان می دهد.163
شکل(5-ض1) نمایش گرافیکی غیر فازی ساز مرکز ثقل165
شکل(6-ض1) نمایش گرافیکی غیر فازی ساز میانگین مراکز165
شکل(7-ض1) ساختار سیستم فازی تولید شده توسط ANFIS168
شکل(8-ض1) مراحل طراحی سیستم فازی با ANFIS169
شکل (1-ض2) ساختار یک ماشین حالت محدود در محیط stateflow172
جدول (1-ض3) مشخصات موتور القایی175
جدول (2-ض3) مشخصات موتور DC176
شکل(3-ض3) منحنی بازده موتور DC176
شکل(4-ض3) منحنی بازده موتور احتراقی177
جدول (3-ض3)مشخصات خودرو178
جدول (4-ض3)مشخصات خودرو178
آلودگی شهرهای بزرگ سالهاست که به یک مسئله حاد تبدیل شده است. تحقیقات کارشناسی نشان می دهد که علّت اصلی آلودگی شهرها، خودروهایی با موتور احتراق داخلی می باشند. خودروهای احتراقی معایب فراوانی دارند که از آن جمله می توان به مواردی چون وابستگی به یک نوع انرژی خاص (نفت)، تولیدگازهای گلخانه ای مانند ،تولید گازهای سمی مانند،و، تولید آلودگی صوتی، راندمان پائین سیستم و در نتیجه اتلاف انرژی اشاره نمود. با توجه به موارد فوق خودروهای برقی از دهه 1890مطرح شده و تا دهه 1930 پر طرفدار بوده اند. با پیشرفت خودروهای احتراقی، خودروهای برقی کم کم به فراموشی سپرده شدند تا اینکه در سال 1960 به بعد مجدداً با توجه به مشکلات خودروهای احتراقی، محققین به فکر چاره افتادند و تحقیقات مختلفی را در مورد خودروهای برقی آغاز نموده اند. خودروهای هایبرید برقی نوع تعمیم یافته خودروهای برقی خالص می باشند که معایب خودروهای برقی خالص تا حدودی در آنها برطرف گردیده است. در حقیقت این خودروها حد واسطی بین خودروهای متداول با موتور احتراقی و خودروهای برقی خالص می باشند.استفاده از موتور الکتریکی با راندمان بالا، امکان بازیابی انرژی و قابلیت جابجائی نقطه کار موتور احتراقی به نواحی با راندمان بهینه،کاهش آلودگی و افزایش راندمان کلی این خودروها را فراهم ساخته است.
انواع خودروهای هایبرید
به طور کلی یک خودروی هایبرید از یک سیستم ذخیره ساز انرژی، یک واحد تولید قدرت و یک سیستم انتقال تشکیل شده است. موتورهای احتراق داخلی جرقه زن، موتورهای تزریق مستقیم احتراقی، توربینهای گازی و پیل های سوختی می توانند به عنوان واحد تولید قدرت ایفای نقش کنند که با ترکیب مختلف آنها و استفاده از یک موتور الکتریکی می توان نیروی محرکه رانشی خودرو را فراهم نمود.
برای واحد ذخیره انرژی می توان فلای ویل، خازن ها، باتریها را مد نظر داشت. اما در میان این انتخاب ها باتریها بیشترین کاربرد را دارند. سیستم انتقال متشکل از ادوات مکانیکی جعبه دنده، چرخ دنده ها، دیفرانسیل، کلاچ و… می باشد.
با توجه به ساختار کنترلی و روش اتصال اجزاء به یکدیگر خودروهای هایبرید به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
1-خودروهای هایبرید سری
2- خودروهای هایبرید موازی
3-خودروهای هایبرید ترکیبی(سری-موازی)
در خودروهای سری موتور الکتریکی محرک اصلی رانشی است. در واقع مجموعه باتریها،موتور الکتریکی با توان نسبتاً بالا را تغذیه می کنند. در شرایطی که حالت شارژ باتری از کمترین مقدار مجاز کاهش پیدا کند در این موقع موتور احتراقی شروع بکار کرده و با چرخاندن ژنراتور باعث شارژ شدن باتری ها می شود.طبیعی است که این عمل باعث افزایش محدوده رانشی خودرو می گردد.
در نوع موازی، خودرو علاوه بر محرکه رانشی الکتریکی (موتور الکتریکی) از موتور احتراقی نیز سود می برد. در این نوع، موتور الکتریکی در حالتی که خودرو در مد احتراقی تنها کار می کند در نقش یک ژنراتور باعث شارژ شدن باتریها خواهد شد. بسته به نوع استراتژی کنترلی ممکن است در ابتدای امر،موتور الکتریکی شروع بکار نموده ( در سرعتهای پائین ) و بعد از آن موتور احتراقی وارد سیستم خواهد شد.( در سرعتهای بالا) .
خودروی هایبرید ترکیبی در واقع ترکیبی از دو سیستم سری-موازی است. مولفه های سیستم رانشی در خودروهای هایبرید ترکیبی عبارتند از:
1-دو منبع تولید توان،یک موتور احتراقی یا پیل سوختی و… بهمراه یک موتور ترکشن جهت ایجاد نیروی محرکه و بازیابی انرژی.
2-سیستم انتقال متغیر پیوسته،CVT1
3- یک کلاچ الکترو مغناطیسی برای سیستم انتقال توان
4-یک موتور الکتریکی کوچک برای تولید انرژی الکتریکی(شارژ)و استارت موتور احتراقی
5- باتریها
نحوه ارتباط اجزاء این سیستم در حالتهای مختلف حرکتی ،توسط واحد های کنترل کننده صورت می پذیرد. دو نکته ای که می بایست در مورد خودروهای برقی هایبرید مورد توجه قرار گیرد یکی مسئله بازیابی انرژی در روند کاهش سرعت و ترمز توسط موتور الکتریکی می باشد که می تواند به نوعی باعث بهبود در مصرف انرژی شود . نکته دوم عدم آلایندگی بخاطر عدم مصرف سوخت در شرایط توقف می باشد.در این حالت ، که ناشی از مسئله ترافیک شهری می باشد خودرو در مد الکتریکی کار می کند و در نتیجه باعث کاهش آلودگی خواهد شد.
استراتژی های کنترلی در خودروهای هایبرید برقی
تا کنون استراتژیهای کنترلی مختلفی برای مدیریت بهینه انرژی در خودرو های هایبرید برقی ارائه شده است. استراتژیهای کنترلی یا مدیریت انرژی برای خودرو های هایبرید برقی اساساً برای برآورده کردن چندین هدف همزمان بکار می روند. نخستین هدف معمولاً مینیمم کردن مصرف سوخت می باشد و همچنین تلاش برای کاهش آلودگی و برآورده کردن قابلیت رانشی خودرو از اهداف اصلی می باشد. بدون توجه به ساختار خودرو هایبرید برقی، هدف اصلی استراتژی کنترل، مدیریت لحظه ای انتقال توان بین منابع انرژی و دست یابی به اهداف کنترلی اصلی می باشد. یکی از مشخصه های مهم استراتژی کنترل ، این است که اهداف کنترلی اکثراً بصورت انتگرالی هستند (مصرف سوخت و آلودگی در هر مایل مسیر) یا بصورت شبه محلّی در زمان هستند (قابلیت رانشی در هر بازه زمانی). در حالیکه عملکرد های کنترلی بصورت محلّی در زمان هستند. علاوه بر این اهداف کنترلی اغلب تحت قید های انتگرالی ، نظیر نگداشتن حالت شارژ باتریها در محدوده مطلوب ، هستند. طبیعت کلّی همه اهداف و قیدها نمی تواند منجر به تکنیکهای بهینه سازی کلّی گردد ، زیرا که آینده در یک شرایط حرکت واقعی نامشخص می باشد. برای این منظور بعضی از روشها وجود دارد که براساس نتایج حاصل از بهینه سازی کلّی روی یک سیکل از پیش تعیین شده ، استراتژی کنترل را بنا می نهند. ولی این روشها بطور مستقیم منجر به پیاده سازی عملی نمی شوند، زیرا مسئله اصلی با معیار بهینه سازی کلّی این است که کلّ برنامه رانشی باید از پیش تعیین شده باشد و در این حالت استراتژی کنترل زمان واقعی به آسانی پیاده سازی نمی شود. برای این منظور در این پایان نامه، با توجه به پیچیدگی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی به بررسی یک استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا مدلسازی دینامیکی زیر سیستم ها انجام گرفته ، سپس برای هر یک از زیر سیستم ها کنترل کننده محلّی مربوط به خودش طراحی می شود. پس از آن برای دستیابی به اهداف عملکردی، استراتژی سوئیچینگ بین زیر سیستمها برای رسیدن به استراتژی کنترل زمان واقعی طراحی می گردد.
محتوای فصلهای بعدی
هدف اصلی این پایان نامه دست یابی به یک استراتژی کنترل زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی می باشد. برای این منظور ابتدا در فصل اوّل به شناسایی استراتژیهای کنترلی موجود پرداخته شده است. در فصل دوّم ، به علت اینکه در انجام این پایان نامه از روشهای هوشمند نیز استفاده شده است، استراتژی های کنترل هوشمند بررسی گردیده است. در فصل سوم ساختار کنترل سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی به عنوان یک سیستم هایبرید با تاکید بر مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها، مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل چهارم به طراحی استراتژی کنترل هوشمند سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی پرداخته شده است و در فصل پنجم استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی و شبیه سازی آن توضیح داده شده است.
(فصل اوّل)
استراتژیهای کنترلی در خودرو های
هایبرید برقی
مقدمه
با توجه به پیچیدگی خودرو هایبرید برقی تاکنون روش ها و الگوریتم های کنترلی متفاوتی برای کنترل آن بکار رفته است. در یک دسته بندی کلّی می توان استراتژیهای کنترلی در خودروهای هایبرید برقی را به پنج دسته تقسیم کرد:
1) استراتژی کنترلی تجربی
این روش بر پایه نتایج بدست آمده از اطلاعات تجربی و آزمایشگاهی می باشد وبراساس مدلهای استاتیکی سیستم می باشد. در این روش مدهای عملکردی سیستم خودرو هایبرید قابل شناسایی بوده و می توان به آسانی این روش را در عمل پیاده سازی کرد.
2) استراتژی کنترلی مبتنی بر بهینه سازی استاتیکی
در این روش از فرض های استاتیکی و شبه استاتیکی برای مدلسازی استفاده شده و با استفاده از نقشه های بازده موتور احتراقی و سایر زیر سیستمهای نیرومحرکه رانشی خودرو ، استراتژی کنترل بنا می شود.
3) استراتژی کنترلی مبتنی بر کنترل بهینه
این روش مبتنی بر طبیعت دینامیکی و شبه استاتیکی زیر سیستم ها بوده و بر پایه روش های برنامه ریزی دینامیکی و تئوری کنترل بهینه استوار می باشد.
4) استراتژی کنترل مبتنی بر کنترل دینامیکی
این روشها بر پایه معادلات حالت سیستم دینامیکی خودرو هایبرید برقی بنا نهاده شده است و از روشهایی چون تئوری لیاپانوف ، کنترل تطبیقی و … برای تحلیل پایداری سیستم استفاده می شود.
5 ) استراتژی کنترل مبتنی بر روشهای هوشمند
در این روش از روشهای هوشمند مانند الگوریتم ژنتیک، کنترل فازی ، شبکه عصبی و… استفاده می شود. استراتژیهای هوشمند در فصل دوّم بصورت کلّی آمده است.
1-1) استراتژی های کنترلی بر پایه قوانین تجربی
بسیاری از استراتژیهای کنترلی عملکردی برپایه مشاهدات و قوانین تجربی می باشد. در این راستا استراتژی های کنترلی ساده ای در مراکز تحقیقاتی دنیا برروی خودروهای هایبرید برقی اعمال شده است. به عنوان نمونه در مرجع[1]، در شرایطی که حالت شارژ2 باتری ها در حد بالایی است خودرو به صورت الکتریکی خالص عمل می کند و در بزرگراهها و یا در شرایط کاهش SOC از موتور احتراقی برای جبرانسازی SOC باتریها استفاده می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که در این شرایط خودرو قادر به طی مسافت رانشی معادل 400 کیلومتر در سیکل شهری است. در مرجع[2] استراتژی مدیریت انرژی براساس استراتژی ثابت نگهداشتن حالت شارژ باتریها ارائه شده است. در این حالت ابتدا مدهای عملکردی خودرو براساس قوانین تجربی شناسایی شده ، سپس کنترلر خودرو فرامین کنترلی را براساس فیدبک پارامترهایی نظیر ،حالت شارژ باتریها، سرعت موتور احتراقی و سرعت خودرو به کنترل کننده موتور احتراقی،کنترل کننده موتور الکتریکی ،کنترل کننده باتری و کنترل کننده ترمزها صادر می کند. در این حالت مد های عملکردی خودرو براساس قوانین انتخاب می شود. شکل (1-1) ساختار سیستم کنترل خودرو هایبرید برقی که براساس آن استراتژی کنترل بنا نهاده شده است، نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، کنترل کننده اصلی خودرو بر اساس سیگنال شتاب گیری و ترمز گیری، به هر یک از کنترل کننده های زیر سیستم ها، فرمانهای کنترلی را اعمال می کند . در این حالت مد های عملکردی سیستم ابتدا تعیین شده و سپس بر این اساس فرمانهای کنترلی اعمال می گردد. در این قسمت به بررسی مدهای عملکردی می پردازیم :
.
شکل (1-1) ساختارسیستم کنترل خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.
1-1-1) مد رانشی:
فرض کنید La که بین صفر و یک می باشد ، سیگنال موقعیت شتاب دهنده باشد که به کنترل کننده سیستم خودرو فرستاده می شود. در حالتی که شتاب دهنده کاملاً آزاد باشد، La=0 و تقاضای گشتاور صفر می باشد. حالتی که شتاب دهنده کاملاٌ فشرده باشد، La=1 و نشان دهنده ماکزیمم تقاضای گشتاور (Mamax) می باشد. در این حالت گشتاور مورد نیاز در حالت شتابگیری بصورت رابطه (1-1) تعریف می شود:
(1-1) Ma=La?Mamax
فرض کنید که Le سیگنال فرمان توان موتور احتراقی باشد که توسط کنترلر سیستم خودرو اعمال می شود و بین صفر و یک می باشد.دریچه هوا موتور احتراقی اگر کاملاٌ بسته باشد ، Le=0 و هیچ توانی تولید نمی شود. اگر دریچه هوا کاملاً باز باشد، Le=1 و ماکزیمم توان توسط موتور احتراقی تولید می شود(Memax) . بنابراین گشتاور موتور احتراقی در سرعت ? بصورت رابطه(2-1) می باشد:
(2-1) Me=Le?Memax(?) اگر Lm سیگنال فرمان توان موتور الکتریکی که توسط کنترلر خودرو به کنترل کننده موتور الکتریکی اعمال می شود. اگر Lm<0 عملکرد موتور به گونه ای است که نقش ژنراتوری دارد و به عنوان شارژ کننده باتری و یا در حالت بازیافت انرژی ترمزی عمل می کند. وقتی که Lm>0 باشد، موتور الکتریکی نقش موتوری در رانش خودرو دارد. بنابراین گشتاور موتور الکتریکی در سرعت ? بصورت رابطه (3-1) می باشد:
(3-1) Mm=Lm?Mmmax(?)
که در آن Mmmax ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی می باشد.
در حالتی که حالت شارژ باتریها پایین تر از یک مقدار مینیمم SOCmin باشد، موتور احتراقی گشتاور اضافی را تولید کرده تا موتور الکتریکی حالت شارژ باتریها را بین مقدار مینیمم و ماکزیمم حفظ کند.
گشتاور اضافی برای شارژ باتریها (Mcharge) متناسب با تفاوت بین SOC و میانگین SOCmin و SOCmax می باشد. بنابراین داریم:
(4-1) Mcharge=Mc?[0.5?(SOCmax+SOCmin)-SOC
(5-1) Mc=0.25?min(Memax(?))
براساس فرضیات فوق مد های عملکردی در خودرو بصورت زیر تعریف می شود:
1-1-1-1) مد رانشی توسط موتور الکتریکی:
اگر سرعت خودرو از یک مقدار آستانه که متناسب با کمترین سرعت موتور احتراقی می باشد، کمتر باشد در این حالت موتور الکتریکی به تنهایی در رانش خودرو نقش دارد. بنابراین Le=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور الکتریکی بصورت رابطه (6-1) می باشد:
(6-1)
2-1-1-1) مد رانشی توسط موتور احتراقی:
اگر گشتاور مورد نیاز Ma?Memax و SOC?SOCmax باشد در این حالت موتور احتراقی تنها در رانش خودرو نقش دارد. بنابراین Lm=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور احتراقی بصورت رابطه (7-1) می باشد:
(7-1)
3-1-1-1) مدرانشی هایبرید:
اگر سرعت خودرو از سرعت آستانه بیشتر باشد و گشتاور درخواستی از ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی باشد، در این حالت موتورالکتریکی باید درگیر شود و موتور احتراقی باید با دریچه سوخت کاملاٌ باز کار کند (Le=1). در این حالت فرمان گشتاور موتور الکتریکی بصورت رابطه (8-1) می باشد:
(8-1)
4-1-1-1) مد شارژ باتریها:
در حالتی که گشتاور درخواستی Ma کمتر از ماکزیمم گشتاور موتور احتراقی در سرعت ? باشد، و حالت شارژ باتریها کمتر از مقدار مینیمم مجاز باشد، موتور احتراقی باید گشتاور اضافی را برای شارژ باتریها توسط موتور الکتریکی (ژنراتور) فراهم نماید. در این حالت فرمانهای گشتاور مربوط به موتور الکتریکی و موتور احتراقی بصورت رابطه (9-1) می باشد:
(9-1)
Lm نمایانگر این است که موتور الکتریکی در این حالت به صورت ژنراتور عمل می کند.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-1-1) مد ترمزی:
فرض کنید که Lb کسری از گشتاور ترمزی محدود شده با لغزش باشد که در واقع سیگنال مربوط به پدال ترمز می باشد. وقتی که پدال ترمز بصورت کامل فشرده باشد، Lb=1 و هنگامی که کاملاٌ آزاد باشد Lb=0 خواهد بود. بنابراین گشتاور ترمزی ایجاد شده از طریق پدال ترمز بصورت رابطه (10-1) می باشد:
(10-1) Mb=Lb*Mbmax
Mbmax ماکزیمم گشتاور ترمزی محدود شده با لغزش می باشد.
در این حالت گشتاور تولیدی از طریق بازیافت Mbm بوده و بصورت معادله رابطه (11-1) بیان می شود:
(11-1) Mbm=Lm*Mbmmax(?)
Mbmmax (?) ماکزیمم ظرفیت بازیافت انرژی ترمزی که تابعی از سرعت موتور می باشد.
فرض کنید Lf کسری از ماکزیمم گشتاور ترمز ناشی از اصطکاک مکانیکی باشد. در این صورت گشتاور ترمزی مربوط به اصطکاک مکانیکی (Mbf) برحسب ماکزیمم گشتاور ترمزی مربوط به اصطکاک مکانیکی (Mbfmax) بصورت رابطه (12-1) بیان می گردد:
(12-1) Mbf=Lf*Mbfmax
براین اساس در این حالت نیز سه مد عملکردی برای خودرو هایبرید وجود دارد.
1-2-1-1) مد ترمزی اصطکاکی:
وقتی که حالت شارژ باتریها از مقدار ماکزیمم SOCmax بزرگتر باشد دراین حالت بازیافت انرژی ترمزی نیاز نمی باشد. همه گشتاور مورد نیاز ترمزی باید از طریق سیستم ترمز اصطکاک تامین شود. بنابراین فرمان ترمز اصطکاکی از سیستم کنترل خودرو به کنترل کننده ترمزها اعمال می شود.
2-2-1-1) مد بازیافت ترمزی:


پاسخ دهید