Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện - Luận án của Christofer Sundström, Đại học Linköping

"Chẩn đoán cấp xe hybrid điện dựa trên mô hình học máy nâng cao, tối ưu hiệu suất hệ thống điện - hybrid."

Trường ĐH

Linköping University

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án

Năm xuất bản

Số trang

148

Thời gian đọc

23 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tóm tắt của tác giả

Trích nguyên văn từ luận án

When hybridizing a vehicle, new components are added that need to be monitored due to safety and legislative demands. Diagnostic aspects due to powertrain hybridization are investigated, such as that there are more mode switches in the hybrid powertrain compared to a conventional powertrain, and that there is a freedom in choosing operating points of the components in the powertrain via the overall energy management and still fulfill the driver torque request. A model of a long haulage truck is developed, and a contribution is a new electric machine model. The machine model is of low complexity, and treats the machine constants in a different way compared to a standard model. It is shown that this model describes the power losses significantly better when adopted to real data, and that this modeling improvement leads to better signal separation between the non-faulty and faulty cases compared to the standard model. To investigate the influence of the energy management design and sensor configuration on the diagnostic performance, two vehicle level diagnosis systems based on different sensor configurations are designed and implemented. It is found that there is a connection between the operating modes of the vehicle and the diagnostic performance, and that this interplay is of special relevance in the system based on few sensors. In consistency based diagnosis it is investigated if there exists a solution to a set of equations with analytical redundancy, i. there are more equations than unknown variables. The selection of sets of equations to be included in the diagnosis system and in what order to compute the unknown variables in the used equations affect the diagnostic performance. A systematic method that finds properties and constructs residual generator candidates based on a model has been developed. Methods are also devised for utilization of the residual generators, such

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện
Số trang:
148 trang
Trường:
Linköping University
Chuyên ngành:
Electrical Engineering
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện

Xe hybrid kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện để tối ưu hiệu suất nhiên liệu. Kiến trúc phức tạp này đòi hỏi quy trình giám sát nghiêm ngặt nhằm đáp ứng quy chuẩn an toàn. Chẩn đoán lỗi dựa trên mô hình là giải pháp then chốt cho hệ thống xe hiện đại. Phương pháp này phân tích trạng thái hoạt động dựa trên các phương trình vật lý thời gian thực. Thay vì kiểm tra cục bộ từng cảm biến, hệ thống theo dõi toàn diện ở cấp độ phương tiện. Cách tiếp cận cấp xe giúp phát hiện sớm các sai lệch tham số ẩn giữa các phân hệ. Quá trình vận hành liên tục so sánh dữ liệu đo thực tế với phản hồi danh định từ mô hình. Việc triển khai thuật toán giám sát cấp xe nâng cao độ tin cậy và tối ưu chi phí bảo trì.

1.1. Thách thức giám sát hệ thống truyền lực hybrid Powertrain

Hệ thống truyền lực hybrid (Powertrain) vận hành với nhiều chế độ chuyển đổi liên tục. Sự kết hợp giữa động cơ đốt trong, máy điện và hộp số tạo ra các quá trình quá độ phức tạp. Việc thu hồi năng lượng phanh cùng thay đổi phân bổ mô-men xoắn gây khó khăn cho việc nhận diện hư hỏng. Các phương pháp chẩn đoán đơn lẻ từng cụm chi tiết thường bỏ qua tương tác động học giữa các bộ phận. Sai lệch nhỏ tại một cơ cấu chấp hành có thể lan truyền và gây báo động giả trên toàn bộ hệ thống. Giám sát cấp phương tiện cung cấp bức tranh tổng thể về trạng thái truyền động. Phương pháp này phân biệt chính xác giữa hiện tượng chuyển chế độ bình thường và sự cố vật lý thực tế.

1.2. Vai trò bộ điều khiển toàn xe VCU trong giám sát

Bộ điều khiển toàn xe (VCU) đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý năng lượng và điều phối vận hành. VCU thu thập tín hiệu từ mạng lưới cảm biến trên khắp xe hybrid. Thuật toán giám sát tích hợp trực tiếp vào VCU để xử lý dữ liệu theo chu kỳ điều khiển. Điểm làm việc của các thành phần thay đổi liên tục tùy theo thuật toán quản lý năng lượng. Sự thay đổi điểm làm việc này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kích thích lỗi và độ nhạy của thuật toán chẩn đoán. VCU tận dụng tính linh hoạt trong phân bổ công suất để tối ưu hóa điều kiện phát hiện hư hỏng. Việc kết hợp chặt chẽ giữa điều khiển và chẩn đoán nâng cao tính an toàn vận hành.

II. Mô hình hóa chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình hybrid

Xây dựng mô hình toán học chuẩn xác là nền tảng của hệ thống chẩn đoán lỗi. Mô hình phải phản ánh đúng đặc tính vật lý nhưng vẫn đảm bảo khối lượng tính toán hợp lý. Việc mô hình hóa động lực học phương tiện giúp mô phỏng chuyển động và các lực cản tác động lên xe. Hệ thống kết hợp mô hình dựa trên bản đồ dữ liệu cho trạng thái chuẩn và mô hình giải tích cho trạng thái suy giảm. Cấu trúc mô hình kép này nâng cao độ chính xác khi nhận diện các sai lệch cơ học và điện từ. Dữ liệu từ các khối vật lý cung cấp tín hiệu tham chiếu phục vụ quá trình so sánh. Thiết kế mô hình phù hợp quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của thuật toán phát hiện sự cố.

2.1. Mô hình hóa động lực học phương tiện và máy điện mới

Nghiên cứu phát triển mô hình máy điện mới với độ phức tạp tính toán thấp. Mô hình xử lý các hằng số máy điện theo hướng tối ưu hóa việc phân tách tổn hao công suất. Khi áp dụng dữ liệu thực nghiệm, mô hình mới mô tả chính xác tổn thất năng lượng so với mô hình tiêu chuẩn. Sự cải tiến này tăng cường độ phân tách tín hiệu giữa trạng thái bình thường và trạng thái lỗi. Kết hợp với mô hình hóa động lực học phương tiện, hệ thống dự đoán chính xác tải trọng và mô-men kéo trên trục bánh xe. Quá trình tính toán nhanh cho phép nhúng thuật toán trực tiếp vào bộ xử lý trên xe. Độ nhạy chẩn đoán đối với các hư hỏng cơ-điện tăng lên rõ rệt.

2.2. Giám sát hệ thống quản lý pin BMS và lưu trữ năng lượng

Hệ thống quản lý pin (BMS) liên tục giám sát điện áp cell, dòng điện và nhiệt độ của bộ tích trữ năng lượng. Bộ chẩn đoán cấp xe tích hợp dữ liệu từ BMS để theo dõi tình trạng suy thoái của cụm pin cao áp. Mô hình điện hóa và nhiệt tương đương ước lượng chính xác trạng thái nạp và trạng thái sức khỏe của pin. Khi phát sinh hiện tượng tăng nội trở hoặc đoản mạch nhẹ, hệ thống nhanh chóng phân lập lỗi khỏi cụm điện tử công suất. Việc giám sát đồng thời BMS và hệ truyền động ngăn ngừa sự cố cháy nổ và bảo vệ tuổi thọ ắc quy. Dữ liệu trạng thái pin hỗ trợ VCU điều chỉnh chiến lược vận hành phù hợp.

III. Tạo phần dư chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình hybrid

Chẩn đoán dựa trên tính nhất quán kiểm tra sự tồn tại nghiệm của hệ phương trình dư thừa giải tích. Dư thừa giải tích xuất hiện khi số lượng phương trình mô hình lớn hơn số biến chưa biết. Hệ thống lựa chọn tập phương trình phù hợp để xây dựng các bộ tạo phần dư. Thứ tự tính toán các biến chưa biết quyết định trực tiếp đến độ ổn định và độ nhạy của thuật toán. Tạo và phân tích phần dư (Residual generation) là cốt lõi để phát hiện bất thường trong dòng thông tin. Phương pháp này đảm bảo phần dư chỉ nhạy với các lỗi cụ thể và triệt tiêu nhiễu môi trường. Tính toán tối ưu giúp giảm tải tài nguyên phần cứng điều khiển.

3.1. Phương pháp tạo và phân tích phần dư Residual generation

Bộ tạo và phân tích phần dư (Residual generation) tính toán sai lệch giữa giá trị đo thực tế và giá trị ước lượng từ mô hình. Trong điều kiện không có lỗi, giá trị phần dư dao động quanh mức không. Khi hư hỏng xuất hiện, phần dư biến thiên vượt qua ngưỡng phát hiện xác định. Thuật toán cấu trúc hóa hệ phương trình vi phân đại số để thiết lập các bộ tạo phần dư động. Phương pháp khởi tạo trạng thái ban đầu cho các bộ lọc động giúp loại bỏ dao động quá độ giả. Dạng cấu trúc nội tại của bộ tạo phần dư được khai thác để đánh giá mức độ kích thích lỗi. Quá trình này tăng tốc độ phát hiện sự cố trên hệ thống xe hybrid.

3.2. Ứng dụng bộ quan sát trạng thái Kalman EKF UKF

Động học phi tuyến của hệ thống truyền lực hybrid đòi hỏi các bộ lọc ước lượng trạng thái thích nghi cao. Bộ quan sát trạng thái Kalman (EKF/UKF) được áp dụng để khử nhiễu cảm biến và ước lượng các biến trạng thái không đo trực tiếp. Bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) tuyến tính hóa hệ thống quanh điểm làm việc thời gian thực. Bộ lọc Kalman không mùi (UKF) xử lý chính xác các hiện tượng phi tuyến mạnh trong quá trình tăng tốc hoặc phanh tái sinh. Các trạng thái ước lượng từ EKF/UKF cung cấp đầu vào ổn định cho khối tạo phần dư. Sự kết hợp này giảm thiểu tối đa tỷ lệ báo động giả trong điều kiện mặt đường biến đổi liên tục.

IV. Phát hiện và cô lập lỗi cấp xe cho dòng xe hybrid điện

Hệ thống giám sát hiện đại đòi hỏi khả năng chỉ định chính xác vị trí và nguyên nhân gây lỗi. Quá trình phát hiện và cô lập lỗi (FDI) phân biệt rõ ràng giữa lỗi cảm biến, cơ cấu chấp hành và hư hỏng thành phần. Việc phân tích ma trận dấu hiệu lỗi cho phép xác định cụ thể phần tử suy giảm hiệu năng. Phương pháp mới kết hợp mô hình danh định dạng bản đồ và mô hình lỗi giải tích nâng cao khả năng cô lập mà không cần mở rộng mô hình quá mức. Khả năng cô lập lỗi cấp xe ngăn chặn việc thay thế nhầm linh kiện trong quá trình sửa chữa. Hệ thống duy trì độ tin cậy vận hành tối đa trên mọi cung đường.

4.1. Cơ chế phát hiện và cô lập lỗi FDI đa thành phần

Cơ chế phát hiện và cô lập lỗi (FDI) liên kết các tín hiệu phần dư để tạo ra mã lỗi chuẩn xác. Hệ thống phân tích sự tương tác giữa bộ nghịch lưu điện tử công suất, máy điện và động cơ đốt trong. Khi xảy ra hiện tượng mất cân bằng dòng điện hoặc sai lệch mô-men xoắn, FDI ngay lập tức xác định chính xác thành phần gây lỗi. Cấu trúc chẩn đoán cấp xe khắc phục triệt để nhược điểm của các hệ thống giám sát phân tán. Việc cô lập lỗi chính xác giúp đội ngũ kỹ thuật rút ngắn thời gian khắc phục sự cố. Khả năng sẵn sàng vận hành của phương tiện vận tải thương mại tăng lên đáng kể.

4.2. Tích hợp hệ thống điều khiển chịu lỗi FTC

Sau khi hư hỏng được phát hiện và cô lập, hệ thống cần duy trì hoạt động an toàn ở chế độ suy giảm. Hệ thống điều khiển chịu lỗi (FTC) tự động điều chỉnh chiến lược phân bổ công suất giữa động cơ và máy điện. Nếu máy điện gặp sự cố, FTC chuyển toàn bộ tải kéo sang động cơ đốt trong để xe tiếp tục di chuyển. Ngược lại, khi động cơ đốt trong gặp trục trặc, hệ thống kích hoạt chế độ thuần điện để đưa xe về trạm bảo dưỡng. Sự phối hợp chặt chẽ giữa chẩn đoán và FTC ngăn ngừa hỏng hóc thứ cấp nghiêm trọng. Phương tiện luôn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người lái và hàng hóa.

V. Kiểm chứng chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình hybrid

Quy trình kiểm chứng trên mô hình xe tải đường dài xác nhận hiệu quả của phương pháp chẩn đoán cấp xe. Các chu trình lái thực tế mô phỏng đầy đủ điều kiện tải trọng nặng, địa hình đồi dốc và giao thông phức tạp. Kết quả thử nghiệm chứng minh thuật toán phân tách rõ rệt tín hiệu lỗi khỏi các dao động bình thường. Phân tích cấu hình cảm biến làm sáng tỏ mối liên hệ giữa số lượng cảm biến và hiệu năng phát hiện. Phương pháp đề xuất đạt độ nhạy cao ngay cả khi số lượng cảm biến được cắt giảm để tiết kiệm chi phí sản xuất. Dữ liệu thực nghiệm củng cố tính khả thi khi ứng dụng trên phương tiện thương mại.

5.1. Mô phỏng phần cứng trong vòng lặp HIL cho xe tải hybrid

Mô phỏng phần cứng trong vòng lặp (HIL) là bước then chốt để xác thực phần mềm chẩn đoán trước khi thử nghiệm thực địa. Bộ điều khiển thực tế được kết nối trực tiếp với hệ thống mô phỏng thời gian thực của xe tải hybrid. Kịch bản thử nghiệm kích hoạt hàng loạt dạng lỗi cảm biến, ngắn mạch cuộn dây và suy giảm truyền động. Mô phỏng HIL ghi nhận chính xác thời gian đáp ứng và độ ổn định của các bộ tạo phần dư. Quá trình kiểm thử tự động giúp phát hiện các lỗi thuật toán tiềm ẩn ở pha phát triển sớm. Độ an toàn và độ tin cậy của phần mềm điều khiển được nâng cao vượt bậc.

5.2. Đánh giá cấu hình cảm biến và hiệu năng chẩn đoán lỗi

Nghiên cứu so sánh hai hệ thống chẩn đoán cấp xe với cấu hình cảm biến khác nhau. Hệ thống sử dụng ít cảm biến phụ thuộc nhiều vào chế độ vận hành của bộ quản lý năng lượng để kích thích lỗi. Ngược lại, cấu hình nhiều cảm biến cung cấp độ dư thừa thông tin lớn, hỗ trợ cô lập lỗi tức thì. Việc hiểu rõ tương tác giữa chế độ lái và khả năng chẩn đoán giúp tối ưu hóa việc bố trí cảm biến. Nhà sản xuất có thể giảm thiểu số lượng cảm biến đắt tiền mà vẫn duy trì tiêu chuẩn an toàn cao. Đây là giải pháp cân bằng hoàn hảo giữa chi phí sản xuất và hiệu năng chẩn đoán.

Mục lục chi tiết luận án

1. Introduction
1.2. Outline and Contributions
Publications
A. Overall Monitoring and Diagnosis for Hybrid Vehicle Power-trains
A.1. Introduction
A.4. Controller and energy management
A.5. Driving cycles and simulation results
A.3. Sensor configurations and theoretical maximum fault isolability
A.4. Diagnosis systems design
A.5. Results and discussion
B. A New Electric Machine Model and its Relevance for Vehicle Level Diagnosis
B.1. Introduction
B.2. Electric machine model
B.3. Parametrization of the models
B.4. Evaluation on diagnosis system
C. Selecting and Utilizing Sequential Residual Generators in FDI Applied to Hybrid Vehicles
C.1. Introduction
C.2. Residual generator construction
C.2.1. Sequential Residual Generation by Structural Analysis
C.2.4. Modification to the Algorithm to Handle Dynamic Consistency Relations
C.4. Selection of Consistency Relation
C.4.1. Avoiding algebraic loops by consistency relation selection
C.4.2. Properties of the sequential residual generators candidates
C.4.3. Summary and discussion
C.5. Methods for Utilization of Residual Generators and Test Quantities
C.5.1. Avoid differentiating in the consistency relation using a state transformation
C.5.2. Initialization of states
C.5.3. Consider fault excitation when computing test quantities
C.6. Illustrative Designs and Simulation Study
C.6.1. Properties of diagnosis systems used in simulation study
C.6.2. Model used in the diagnosis system
C.6.3. Initialization of states when restarting residual generators
C.6.4. Two approaches for when to update dynamic test quantities
C.6.5. Simulations on driving cycle
C.6.5.1. Same tests in ICDS and MCDS
D. Diagnostic Method Combining Map and Fault Models Applied on a Hybrid Electric Vehicle
D.1. Introduction
D.1.1. Contributions and outline
D.2. Models of the electric machine
D.2.1. Map based model
D.3. Combining the map and analytical models for fault modeling
D.3.1. Finding an expression for ∆Tem
D.3.2. Finding an expression for ∆Pem,l
D.4. Isolability gain by combining models
D.4.1. Theoretical fault isolability using map based model
D.4.2. Theoretical fault isolability using a combined model
D.5. Design of a diagnosis system
D.5.1. State space formulation of the model
D.5.3. Design of residual generators and test quantities
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Model based vehicle level diagnosis for hybrid electric vehicles

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (148 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Linköping Studies in Science and Technology Dissertations, No 1589 Model Based Vehicle Level Diagnosis for Hybrid Electric Vehicles Christofer Sundström Department of Electrical Engineering Linköping 2014 Linköping Studies in Science and Technology Dissertations, No 1589 Christofer Sundström christofer.se Division of Vehicular Systems Department of Electrical Engineering Linköping University SE–581 83 Linköping, Sweden Copyright © 2014 Christofer Sundström, unless otherwise noted. All rights reserved. Sundström, Christofer Model Based Vehicle Level Diagnosis for Hybrid Electric Vehicles ISBN 978-91-7519-356-4 ISSN 0345-7524 Hybrid powertrain illustration on the cover based on illustration by Lars Eriksson. Typeset with LATEX 2ε Printed by LiU-Tryck, Linköping, Sweden 2014 To Tilda, Elin and Siri Abstract When hybridizing a vehicle, new components are added that need to be monitored due to safety and legislative demands.

Diagnostic aspects due to powertrain hybridization are investigated, such as that there are more mode switches in the hybrid powertrain compared to a conventional powertrain, and that there is a freedom in choosing operating points of the components in the powertrain via the overall energy management and still fulfill the driver torque request. A model of a long haulage truck is developed, and a contribution is a new electric machine model. The machine model is of low complexity, and treats the machine constants in a different way compared to a standard model. It is shown that this model describes the power losses significantly better when adopted to real data, and that this modeling improvement leads to better signal separation between the non-faulty and faulty cases compared to the standard model.

To investigate the influence of the energy management design and sensor configuration on the diagnostic performance, two vehicle level diagnosis systems based on different sensor configurations are designed and implemented. It is found that there is a connection between the operating modes of the vehicle and the diagnostic performance, and that this interplay is of special relevance in the system based on few sensors. In consistency based diagnosis it is investigated if there exists a solution to a set of equations with analytical redundancy, i. there are more equations than unknown variables.

The selection of sets of equations to be included in the diagnosis system and in what order to compute the unknown variables in the used equations affect the diagnostic performance. A systematic method that finds properties and constructs residual generator candidates based on a model has been developed. Methods are also devised for utilization of the residual generators, such as initialization of dynamic residual generators, and for consideration of the fault excitation in the residuals using the internal form of the residual generators. For demonstration, the model of the hybridized truck is used in a simulation study, and it is shown that the methods significantly increase the diagnostic performance.

The models used in a diagnosis system need to be accurate for fault detection. Map based models describe the fault free behavior accurately, but fault isolability is often difficult to achieve using this kind of model. To achieve also good fault isolability performance without extensive modeling, a new diagnostic approach is presented. A map based model describes the nominal behavior, and another model, that is less accurate but in which the faults are explicitly included, is used to model how the faults affect the output signals.

The approach is exemplified by designing a diagnosis system monitoring the power electronics and the electric machine in a hybrid vehicle, and simulations show that the approach works well. v Populärvetenskaplig Sammanfattning Ett diagnossystem övervakar ett system för att fastställa om det är helt eller trasigt. Ett första steg är att upptäcka ett eventuellt fel, men det är även önskvärt att kunna peka ut vilken del av systemet som är trasigt. Övervakning av ett fordons drivlina är viktigt av flera anledningar, bland annat för att uppfylla lagkrav, säkerhetskrav, hög utnyttjandegrad, och effektiva reparationer.

När ett fordon hybridiseras, i den här avhandlingen genom att förbränningsmotorn kombineras med en elmaskin för fordonets framdrivning, så ökar systemets komplexitet och ställer därmed stora krav på det diagnossystem som övervakar fordonet. Det är vanligt att det finns ett diagnossystem för varje komponent i fordonets drivlina, men här studeras vilka fördelar det finns med att designa ett diagnossystem som övervakar ett flertal komponenter i fordonet. En speciell egenskap hos ett hybridiserat fordon är att det finns en frihet att välja om det är elmaskinen eller förbränningsmotorn som ska användas för att driva fordonet framåt. Därför är det intressant att studera hur designen av den övergripande energistyrningen påverkar möjligheten att felövervaka fordonet.

I avhandlingen används konsistensbaserad diagnos, vilket innebär att en matematisk modell över fordonet jämförs med sensorsignaler för att fastställa fordonets felstatus. För att undersöka hur olika designval påverkar diagnos- prestandan har en modell av en lastbil utvecklats och ett bidrag i avhandlingen är en ny elmaskinmodell. Det visas att den nya modellen beskriver maskinens förluster bättre än en standardmodell när dessa utvärderas på mätdata, samt att modelleringsförbättringen leder till en bättre signalseparation mellan det felfria fallet och när ett fel har uppstått i systemet. Flera olika diagnossystem har designats och implementerats i simuleringsmodellen.

Simuleringar visar bland annat att det finns en koppling mellan fordonets arbetspunkter och diagnosprestandan, samt att den kopplingen är av större betydelse när få sensorer är tillgängliga. Grunden i de utvecklade diagnossystemen är att konstruera residualgenera- torer, som här undersöker om lastbilsmodellen överensstämmer med sensormät- ningar. Det går att skapa tusentals residualgeneratorer baserat på en modell av ett komplext fysikaliskt system. Dessa har olika känslighet för att upptäcka fel i systemet, och därför har en metod som undersöker residualernas egenskaper baserat på en systemmodell utvecklats.

Residualsignalerna i ett diagnossystem efterbehandlas och metoder för detta har konstruerats. En metod har även utvecklats för att kombinera en noggrann modell för det felfria fallet med en annan modell för samma fysikaliska system, men som beskriver hur de olika felen påverkar systemet. Detta leder till att det är möjligt att upptäcka fel i det övervakade systemet, och samtidigt även specificera vilken komponent som är felaktig, utan detaljerad modellering. För att demonstrera dessa metoder har en simuleringsstudie med lastbilsmodellen utförts där det visas att metoderna signifikant förbättrar diagnotikprestandan.

vii Acknowledgments First of all I would like to express my gratitude to my supervisor Professor Lars Nielsen for letting me join his research group and for all his support during these years. My second supervisor Erik Frisk is acknowledged for the many discussions about diagnosis and good comments for improving paper manuscripts. Daniel Eriksson and Emil Larsson are acknowledged for different discussions about diagnosis in general throughout these years. Carl Svärd is acknowledged for letting me use his implementation of the residual generator selection algorithm that is modified in Paper C, and Mattias Krysander and Per Öberg for electric machine modeling discussions.

During this period I have had the pleasure to collaborate with Daniel Eriksson, Mattias Krysander, Xavier Llamas Comellas, Tomas Nilsson, Peter Nyberg, and Martin Sivertsson in different projects. Lars Eriksson is also acknowledged for involving me in an undergraduate course about vehicle propulsion in which the discussions with the students have given me many new insights about vehicle hybridization. The industrial involvement in the project is valuable and Tobias Axelsson, Mattias Nyberg, Tobias Pettersson, Marcus Stigsson, and Nils-Gunnar Vågstedt are acknowledged for this. The colleagues at vehicular systems are acknowledged for creating a nice and pleasant atmosphere to work in.

The never-ending discussions with Oskar Leufvén has given me insights in all from forestry to turbochargers, but most importantly lots of fun. Finally, I would like to thank my family for all your support and encourage- ment. I would also like to express my gratitude to you Therése and to Tilda, Elin, and Siri, for bringing all your love and happiness into my life. ix Contents 1 Introduction 1 1.2 Outline and Contributions.

8 Publications 11 A Overall Monitoring and Diagnosis for Hybrid Vehicle Power- trains 13 1 Introduction .4 Controller and energy management .5 Driving cycles and simulation results. 24 3 Sensor configurations and theoretical maximum fault isolability. 28 4 Diagnosis systems design. 32 5 Results and discussion.

41 xi xii Contents B A New Electric Machine Model and its Relevance for Vehicle Level Diagnosis 43 1 Introduction. 46 2 Electric machine model .3 Parametrization of the models. 55 4 Evaluation on diagnosis system. 64 C Selecting and Utilizing Sequential Residual Generators in FDI Applied to Hybrid Vehicles 67 1 Introduction.

70 2 Residual generator construction .1 Sequential Residual Generation by Structural Analysis .4 Modification to the Algorithm to Handle Dynamic Consis- tency Relations. 78 4 Selection of Consistency Relation .1 Avoiding algebraic loops by consistency relation selection 79 4.2 Properties of the sequential residual generators candidates 82 4.3 Summary and discussion. 83 5 Methods for Utilization of Residual Generators and Test Quantities 84 5.1 Avoid differentiating in the consistency relation using a state transformation .2 Initialization of states .3 Consider fault excitation when computing test quantities 86 6 Illustrative Designs and Simulation Study .1 Properties of diagnosis systems used in simulation study .2 Model used in the diagnosis system .3 Initialization of states when restarting residual generators 90 6.4 Two approaches for when to update dynamic test quantities 91 Contents xiii 6.5 Simulations on driving cycle .1 Same tests in ICDS and MCDS. 104 D Diagnostic Method Combining Map and Fault Models Applied on a Hybrid Electric Vehicle 105 1 Introduction .1 Contributions and outline.

108 2 Models of the electric machine .1 Map based model. 110 3 Combining the map and analytical models for fault modeling .1 Finding an expression for ∆Tem .2 Finding an expression for ∆Pem,l. 114 4 Isolability gain by combining models .1 Theoretical fault isolability using map based model .2 Theoretical fault isolability using a combined model. 115 5 Design of a diagnosis system .1 State space formulation of the model .3 Design of residual generators and test quantities.

129 Chapter 1 Introduction There are possibilities to increase the efficiency of automotive powertrains using hybrid technology. The largest relative fuel saving can be obtained in city buses and garbage trucks with many start and stops, but also a small relative saving in the fuel consumption for long haulage trucks results in a large amount of saved fuel (Bradley, 2000). When hybridizing a vehicle, new components are added compared to a conventional vehicle, e. electric machines, battery pack, and power electronics (Husain, 2003; Guzzella and Sciarretta, 2013), and these components need to be accurately monitored (Diallo et al.

One reason for monitoring the powertrain is safety. Faults in the electrical components could be fatal due to the high voltage in the system. Another issue is to avoid that unintended torque is applied to the vehicle. Such faults are included in the functional safety of the vehicle, and there is an increased consideration to this field by the automotive industry.

There is a global standard, ISO 26262, that provides processes and methods for the design, development, and manufacturing of vehicles, with the goal to determine the Automotive Safety Integrity Level (ASIL) in a systematic way (ISO, 2011). The ISO 26262 standard is not mandatory for heavy trucks, but this is likely to be changed by 2016 (Dardar et al. In addition to safety, fault detection and isolation is important to decrease the vehicle ownership cost and to maximize the up-time of the vehicle. Fault detection can e.

protect other components from breaking down if a fault occurs in a powertrain component. It is especially important to protect the battery that is expensive and may degrade fast (Chen et al. if there are large power flows in the battery. High power in the electrical components could be caused by a fault in the power electronics or the electric machine.

Further, more efficient repair is possible if a fault is isolated, i. it is stated what component that is broken and to some extent also in what way.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Christofer Sundström (2014). Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện [Luận án tiến sĩ, Linköping University]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-giao-thong-van-tai/ky-thuat-o-to/chan-doan-cap-xe-dua-tren-mo-hinh-cho-xe-hybrid-dien

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" nghiên cứu về vấn đề gì?

"Chẩn đoán cấp xe hybrid điện dựa trên mô hình học máy nâng cao, tối ưu hiệu suất hệ thống điện - hybrid."

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Linköping University. Năm bảo vệ: 2014.

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" thuộc chuyên ngành Electrical Engineering. Danh mục: Kỹ Thuật Ô Tô.

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" có bao nhiêu trang?

Luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" có 148 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Chẩn đoán cấp xe dựa trên mô hình cho xe hybrid điện" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter