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绿色技术的成功

汽车行业正在电动机及燃料电池等新型传动理念的指引下蓬勃发展,与此同时,也在进一步开发内燃机传动系统。

我们新技术的竞争力
汽车行业正在电动机及燃料电池等新型传动理念的指引下蓬勃发展,与此同时,也在进一步开发内燃机传动系统。车辆开发人员当前的目标是提升车辆的效率,减少 CO2 的排放,同时保持一个高标准的驾驶状态。
在非汽车行业中,也有改进效率或采用新理念的需求。比如,从对核能的依赖过渡到更多的再生能源正在顺利开展中,而这要求使用比以前更可靠的控制系统。

dSPACE 产品的绿色竞争力

dSPACE 产品的绿色竞争力
借助 dSPACE 经过试验和测试的产品,混合传动系统或电动系统中所有不同的部件之间复杂的相互作用都可以在早期开发阶段进行测试。这不仅可以加快整个开发流程,还能确保 ECU 的质量。
dSPACE 支持所有的开发阶段,从架构式系统设计及框图式功能原型开发到产品代码的自动生成及 ECU 测试,无不支持。其优势显而易见:
  • 提前参与 – 快速开发
  • 质量保证 – 产品可靠
  • 一体化流程 – 单个供应商提供所有工具
 
 
绿色技术成功案例
20 多年以来,dSPACE 一直是汽车行业的一个积极的合作伙伴,专业支持新型传动技术的研究和开发。dSPACE 的产品在优化小型发动机、开发电动车辆及混合传动系统(微混合动力、弱混合动力及全混合动力)、设计氢燃料电池动力车辆及其他的许多创新方面发挥着重要的作用。
风能转换器等非汽车领域也从 dSPACE 的产品中获益匪浅。

 

Younicos:新能源
这是一种 CO2 零排放自主性电源,它由可再生能源产生,适用于远离主电网的偏远地区,如岛屿或村庄等:这就是 Younicos 正在规划和开发的项目。第一个项目针对亚述尔群岛中的格拉西奥萨岛,其中 70-90% 的能源需求可以来自太阳能和风能,其余 10-30% 可以由当地生产的生物柴油产生。岛上使用 3 兆瓦钠硫蓄电池补偿较大的电源波动,该岛完全不依赖化石燃料
开发转换器控制系统
蓄电池转换器控制系统有两个主要部件:一个实时控制器和一个通信系统。为了找到转换器的最佳控制方式,Younicos 使用快速原型来测试 MATLAB®/Simulink® 中设计的不同电压和频率控制算法。实际测试时采用了 dSPACE 提供的交流电机控制解决方案。该方案由一个 DS1005 处理器板和一个带背负式模块的 DS5202 FPGA 基板组成。首先通过 dSPACE 实时接口 (RTI) 将控制算法部署在 DS1005 处理器板,然后在处理器板上执行算法。DS5202 用于为处理器板与转换器之间提供必要的 I/O 连接。如果算法有任何更改,可以通过实时接口从 MATLAB/Simulink 传输到 DS1005 处理器板。
对能耗、风能和太阳能进行仿真
为了对风轮机和太阳能发电站进行仿真,Younicos 在多个 dSPACE DS1005 PPC 板上实施和执行了自己的仿真模型。La Graciosa 岛上实际测得的风能和太阳能数据为确定当前的可用电力提供了输入参数。可用电力与代表着岛上居民一整天能源需求的能耗曲线进行比较。随后转换器执行能源分配。每个蓄电池通过一个转换器连接到所仿真的电网。电网负载由另一个根据该岛比例负载曲线运行的转换器表示。该太阳能系统为电动车辆自主充电站供电。
执行项目
2012 年 8 月,Younicos 与当地的电力供应商签署协议向电网输电,并就电价达成一致,从而为该项目奠定了商业基础。光伏电站、风能电站及蓄电池储能系统预期将在 2014 年底建成,届时整个系统将投入运营。

MAGNA STEYR:混合驱动
MAGNA STEYR 及其合作伙伴将新的混合动力组件整合到车辆中,并使用 dSPACE 原型系统(MicroAutoBox 和 RapidPro)实施了控制系统。混合动力样车 HySUV(Mercedes M 级)采用 dSPACE 原型系统作为中央动力传动控制系统,它让混合驱动变成了现实。MAGNA STEYR 及其合作伙伴以样车为平台,进一步优化驾驶性能、油耗和排放。
未来的驱动系统
MAGNA STEYR 与 MAGNA POWERTRAIN 和 Siemens VDO1) 密切合作,在 K-net KFZ(“未来汽车驱动”联盟)的研究成果基础之上共同开发了模块化混合驱动系统。在 OEM 的大力支持下,MAGNA 开发的混合动力组件被集成到原型车辆的动力传动系中,用于研究油耗、动力和排放方面的优化潜力。控制系统和动力传动系中新组件的交叉连接依据中央混合驱动策略通过 dSPACE 原型系统(MicroAutoBox 和 RapidPro)来实施。MAGNA STEYR 将这一切技术应用在混合动力样车 HySUV 中。Mercedes ML350 的自动变速箱和分动器分别被自动手动变速箱和 MAGNA 的 E4WD 模块(由 2 个电驱动装置和多个离合器组成)取代。从而得到一个带电动全轮驱动的全混合动力传动系。MAGNA STEYR 开发的锂离子电池系统用于储存电能。
原型硬件和功能开发
控制软件包含动力传动系整个扭矩路径的功能和接口。目标是只通过一个原型系统来控制混合动力传动系的所有组件。除了标准的软件开发平台 MicroAutoBox,MAGNA STEYR 还决定使用 RapidPro 系统,以便高效地实现各种信号调节和功率级。该系统的优点是可由软件和硬件灵活配置信号 I/O,特别适用于尚未完全确定传感器和执行机构系统的原型开发早期阶段。成功实施和测试功能软件之后,MAGNA STEYR 进入了试驾阶段,以便进一步进行优化。

控制功率分流式混合动力 SUV 汽车
在本次竞赛中,俄亥俄州立大学 (OSU) 工程专业的学生开发了一款混合动力汽车,它由一台涡轮增压柴油机、一个高压带式起动器与交流发电机 (BSA) 系统及一个交流感应式牵引电机共同提供动力。在该配置中,前驱和后驱系统通过道路 (through-the-road) 结合起来。
使用 MicroAutoBox 来控制实施
在实际实施之前,OSU 利用自行设计并在 MATLAB®/Simulink® 环境中开发的车辆仿真工具测试了其控制策略的性能。初始测试之后,控制策略通过 dSPACE 的实时接口和 RTI CAN 模块组在 MicroAutoBox 系统中得到实现。MicroAutoBox 通过 dSPACE 的实时接口和 RTI CAN 模块组与动力传动系控制模块进行连接。MicroAutoBox 是车辆执行混合动力传动系基本操作的主要控制单元,比如能源优化、蓄电池充电控制、发动机启停、驾驶性能控制、电力牵引控制及再生制动等基本操作。在学生设计的车辆中,MicroAutoBox 通过双 CAN 总线与多个控制模块进行通信。增添混合动力组件时,多功能 I/O 接口简化了各种模拟和数字 I/O 在控制器中的集成。MicroAutoBox 拥有快速数字处理器,能在车辆内实施计算任务繁重的算法。

为移动式机械开发混合驱动装置
在与轮式装载机专业公司 Atlas Weyhausen 的合作项目中,Deutz 使用 dSPACE 工具为其 AR-65 Super 轮式装载机开发“弱”混合动力系统。“弱”表示电动机刚性连接到柴油机,并支持频繁的制动和加速。
为混合动力系统的 ECU 开发软件功能时,使用了以下的 dSPACE 工具:
  • MicroAutoBox(作为混合动力系统 ECU)
  • 实时接口(用于设置 MicroAutoBox 的 I/O 接口)
  • RTI CAN MultiMessage 模块组(用于设置 CAN 通信)
  • ControlDesk®(用于校准混合动力功能)
通过使用 RTI 和 RTI CAN MultiMessage 模块组,Deutz 在三个月内便能在 MicroAutoBox 上实施功能齐全的系统软件。结果证明 RTI CAN MultiMessage 模块组是一种十分易于使用的工具,它支持连接 CAN 配置文件(DBC 文件),能使开发团队十分快速地设置 CAN 通信。轮式装载机设置了三个 CAN 通道:发动机 CAN、混合动力 CAN 和车辆 CAN。由于直接在 Simulink 中编写系统软件,所以能够立即在含有发动机、电机、转换器、蓄电池、工作液压装置和牵引液压装置的被控对象模型 (MIL) 上试用软件功能。因此 Deutz 能在获得首批原型组件很早之前测试软件功能。鉴于该项目分配了很短的开发时间,这样做是绝对有必要的。
通过使用预先测试的软件功能和经过 RTI 配置的输入和输出(数字、模拟、PWM、CAN),Deutz 开发出一个将在 MicroAutoBox 上运行的软件版本,并在测试台上做了测试。启动/停止等功能使用 ControlDesk 进行了测试和校准。
最终 Deutz 使轮式装载机投入了运营,它以 MicroAutoBox 作为高级混合动力系统的 ECU,并实现了增加动力和升高/移动装载点功能。