www.technologieenindustrie.com
26
'10
Written on Modified on
MAPLESOFT
MapleSim toegepast voor het maken van natuurgetrouwe fysische modellen van accu’s voor hybride en elektrische voertuigen
In de laatste jaren is de vraag naar hybride elektrische en volledig elektrische voertuigen enorm toegenomen. De ontwikkeling van dergelijke voertuigen is veel complexer dan het ontwerpen van conventionele auto's, aangezien veel verschillende soorten engineering in één systeem moeten worden samengebracht. Tegelijkertijd worden autofabrikanten onder druk van de concurrentie gedwongen nieuwe automodellen sneller dan ooit tevoren op de markt te brengen. Daarom zet de industrie in op mathematisch/fysische modelleringtechnieken waarmee ingenieurs nauwkeurig het gedrag kunnen beschrijven van de componenten van het systeem alsmede de fysieke beperkingen daarvan. Deze modelvergelijkingen worden vervolgens gebruikt voor het snel ontwikkelen, testen en verfijnen van ontwerpen, zonder dat daarbij kosten en tijd hoeven te worden besteed aan het bouwen van fysieke prototypes.
Een van de belangrijkste componenten van een hybride elektrisch of volledig elektrisch voertuig is de accu. Het beschikken over een goed virtueel accumodel is van essentieel belang, zodat zowel accugedrag als de fysieke interactie van de accu met alle andere onderdelen, goed in het model worden weergegeven. Omdat de accu zo’n cruciale rol in het voertuig speelt, is het vastleggen van deze interacties essentieel bij het ontwerpen van een efficiënt elektrisch voertuig.
Dr Thanh-Son Dao en Aden Seaman werken samen met dr. John McPhee van de NSERC/Toyota/Maplesoft Industrial Research Chair for Mathematics-based Modeling and Design, aan de ontwikkeling van natuurgetrouwe modellen van hybride elektrische en volledig elektrische voertuigen, met inbegrip van de accu’s. Zij kozen voor MapleSim vanwege de symbolische aanpak in MapleSim waarmee op effectieve wijze simulatiemodellen kunnen worden ontwikkeld die real-time met grote snelheid hardware in the loop (HIL) testen, en die zeer natuurgetrouw zijn vergeleken met modellen die zijn gecreëerd in conventionele modeling tools.
Accu elektrisch voertuig model
Met behulp van MapleSim, ontwierpen dr McPhee en de heer Seaman een wiskundig model van een complete accu en daarna eenvoudige modellen voor vermogensregeling, motor/generator, terrein en rijcyclus. De resulterende differentiaalvergelijkingen werden symbolisch vereenvoudigd en vervolgens numeriek gesimuleerd. Een verscheidenheid aan rijomstandigheden werd gesimuleerd, zoals grote en kleine versnelling en het over heuvels rijden. De resultaten waren fysiek consistent en demonstreerden duidelijk de nauwe koppeling tussen de accu en de beweging van het voertuig. Dit model zal de basis vormen voor een meer uitgebreid voertuigmodel, dat een meer geavanceerde vermogensregelaar en meer complexe motor-, terrein- en rijcyclusmodellen zal omvatten.
Hybride elektrisch voertuig (HEV) model
Dr McPhee, dr Dao, en de heer Seaman gebruikten MapleSim om een multi-domein model van een serie HEV’s te ontwikkelen, inclusief een reeks automatisch gegenereerde, geoptimaliseerde hoofdvergelijkingen. Het HEV model bestaat uit een doorsnee verbrandingsmotor, DC-motoren aangedreven door een NiMH accu, en een multibody voertuigmodel. Simulaties werden vervolgens gebruikt om de prestaties van het ontwikkelde HEV systeem te demonstreren. Simulatieresultaten toonden aan dat het model levensvatbaar is en dat, door de verliesloze symbolische technieken van MapleSim voor het automatisch produceren van een optimale reeks vergelijkingen, het aantal hoofdvergelijkingen aanzienlijk kon worden gereduceerd, hetgeen resulteerde in een computationeel efficiënt systeem. Dit HEV model kan worden gebruikt voor het ontwerpen, regelen en voorspellen van het voertuiggedrag onder verschillende rijomstandigheden. Het model kan ook worden gebruikt voor gevoeligheidsanalyse, modelreductie, en real-time toepassingen zoals hardware-in-the-loop (HIL) simulaties.
“Met het toepassen van MapleSim, is de ontwikkelingstijd van deze modellen aanzienlijk verminderd, terwijl de systeemrepresentaties veel dichter bij de fysica van de werkelijke systemen liggen”, aldus dr John McPhee. “Wij zijn ervan overtuigd dat een wiskundige aanpak de beste en misschien wel enige haalbare benadering is om ontwerpproblemen gerelateerd aan complexe systemen, zoals elektrische en hybride elektrische voertuigen, aan te pakken.”
Dr Thanh-Son Dao en Aden Seaman werken samen met dr. John McPhee van de NSERC/Toyota/Maplesoft Industrial Research Chair for Mathematics-based Modeling and Design, aan de ontwikkeling van natuurgetrouwe modellen van hybride elektrische en volledig elektrische voertuigen, met inbegrip van de accu’s. Zij kozen voor MapleSim vanwege de symbolische aanpak in MapleSim waarmee op effectieve wijze simulatiemodellen kunnen worden ontwikkeld die real-time met grote snelheid hardware in the loop (HIL) testen, en die zeer natuurgetrouw zijn vergeleken met modellen die zijn gecreëerd in conventionele modeling tools.
Accu elektrisch voertuig model
Met behulp van MapleSim, ontwierpen dr McPhee en de heer Seaman een wiskundig model van een complete accu en daarna eenvoudige modellen voor vermogensregeling, motor/generator, terrein en rijcyclus. De resulterende differentiaalvergelijkingen werden symbolisch vereenvoudigd en vervolgens numeriek gesimuleerd. Een verscheidenheid aan rijomstandigheden werd gesimuleerd, zoals grote en kleine versnelling en het over heuvels rijden. De resultaten waren fysiek consistent en demonstreerden duidelijk de nauwe koppeling tussen de accu en de beweging van het voertuig. Dit model zal de basis vormen voor een meer uitgebreid voertuigmodel, dat een meer geavanceerde vermogensregelaar en meer complexe motor-, terrein- en rijcyclusmodellen zal omvatten.
Hybride elektrisch voertuig (HEV) model
Dr McPhee, dr Dao, en de heer Seaman gebruikten MapleSim om een multi-domein model van een serie HEV’s te ontwikkelen, inclusief een reeks automatisch gegenereerde, geoptimaliseerde hoofdvergelijkingen. Het HEV model bestaat uit een doorsnee verbrandingsmotor, DC-motoren aangedreven door een NiMH accu, en een multibody voertuigmodel. Simulaties werden vervolgens gebruikt om de prestaties van het ontwikkelde HEV systeem te demonstreren. Simulatieresultaten toonden aan dat het model levensvatbaar is en dat, door de verliesloze symbolische technieken van MapleSim voor het automatisch produceren van een optimale reeks vergelijkingen, het aantal hoofdvergelijkingen aanzienlijk kon worden gereduceerd, hetgeen resulteerde in een computationeel efficiënt systeem. Dit HEV model kan worden gebruikt voor het ontwerpen, regelen en voorspellen van het voertuiggedrag onder verschillende rijomstandigheden. Het model kan ook worden gebruikt voor gevoeligheidsanalyse, modelreductie, en real-time toepassingen zoals hardware-in-the-loop (HIL) simulaties.
“Met het toepassen van MapleSim, is de ontwikkelingstijd van deze modellen aanzienlijk verminderd, terwijl de systeemrepresentaties veel dichter bij de fysica van de werkelijke systemen liggen”, aldus dr John McPhee. “Wij zijn ervan overtuigd dat een wiskundige aanpak de beste en misschien wel enige haalbare benadering is om ontwerpproblemen gerelateerd aan complexe systemen, zoals elektrische en hybride elektrische voertuigen, aan te pakken.”
