压缩机创热技术的控制策略研究_通用_汽车_UM_控制

压缩机创热技术的控制策略研究

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概要

通用汽车和DUMAREY公司合作采用GT-SUITE进行压缩机创热（或者叫做压缩机旁通）技术的研究，用于在极低温环境下，通过压缩机旁通进行快速制热，提高冷凝器进口温度，进而快速提高乘员舱的舒适性，并减少甚至取消个别PTC的使用。本文重点介绍了他们控制策略的确定方式。

1 简介

低温环境下的续航衰减一直是EV面临的主要挑战，热泵技术是提高低温续航的主要技术路线，并已经得到了广泛应用。但空气源热泵技术在极低温度下（如-20℃），面临制热效率低的问题，故常需要一个PTC用于弥补热泵技术的缺陷。但PTC的引入增加了成本、降低了能效。

压缩机创热技术是一个有效的技术手段，可减少PTC的数量和使用。如下图所示，压缩机出口先不经过冷凝器，而是通过旁通进行自加热，快速提高冷凝器的进气温度。

图中：

FV1 用于控制流经冷凝器的制冷剂流量
FV HGB(Full hot gas bypass) 用于压缩机旁通
FV2 蒸发器前的膨胀阀（本例中chiller并不换热）

2 实验结果

下图为实验结果，分别为制冷剂侧各处的压力、温度以及压缩机功耗。

3 通过仿真确定控制策略的方法

首先进行稳态分析，得到满足指标前提下的3个阀门的组合。最后基于此定义合适的瞬态控制策略

3.1稳态计算

如下图所示，进行大量的DoE计算，得到不同阀门开度组合对高低压压力的影响map。识别出满足目标高低压压力的阀门开度组合。

3.2瞬态计算

本文采用的控制策略分为2种模式：

Full HBG：压缩机自循环
Co-work：FV1开启，部分冷媒流经冷凝器

如下图所示，通过状态机实现该具体策略，FV2 采用稳态仿真标定出来的固定开度。

4 结果对比

下图为试验（左图）和仿真（右图）的对比，结果表明精度很好。

来源：艾迪捷

ECMS 用于最优控制map的离线生成

概要GT-SUITE的ECMS算法支持各类混动架构，如串并联、功率分流、增程、并联、多电机EV等等。本文将介绍ECMS的一种特殊应用，即离线地生成最优控制map。本文以一个EV车的动力架构为例，其包含两个电机和两个减速器。通过ECMS获得最佳电机分配比例。1简介随着车载控制器算力的持续提升以及高级驾驶辅助系统（ADAS）的广泛应用，多种先进的控制策略已逐步应用于量产车型的控制器中。其中特别以ECMS（等效“燃油”消耗最小化策略）和MPC（模型预测控制）为主要代表。ECMS作为极小值原理（PMP）中协状态方程退化后的版本，从全局最优退化成了局部最优。虽然只是局部最优，但ECMS具有实时性强、相对简单的特点，在整车动力性经济性中应用较多。目前ECMS在实车控制器的应用有两种方式。在ECU中直接进行ECMS的计算。该种方式受限于ECU的算力，一般ECMS的控制扫略点的间隔会较大。先离线制表，然后在ECU中查表。该种方式计算速度更快，但前期需要进行大量离线制表工作。本文主要介绍第二种方式。其结构如下图所示。在这个EV架构中，电机的最优分配比是一张三维map：减速器输出端的扭矩、转速以及档位。ECMS将燃油/氢气/电能等多种能耗加权为一个等效能耗，进而实时求解这个局部最优问题。代价函数的定义至关重要，本文所用方程如下所示，即两个电机和两个减速器的总损耗。2模型说明3ECMS的设置3.1运动学模板定义如下图所示，在车辆运动学模板（VehKinemAnalysis）中，选择AngularSpeedTargeting模式，可以指定减速器输出侧的转速[rpm]，便于后续进行DoE。3.2ECMS设置将其中一个电机的扭矩输出作为控制变量。另一个电机的扭矩需求软件将自动根据总扭矩需求计算得到。3.3代价函数定义本文采用自定义的代价函数。3.4约束定义约束定义有两类：定常值约束和时变约束。定常值约束约束了电机转速，时变约束约束了电机的外特性。3.5ECMS的计算流程4DoE设置将减速器档位、减速器输出端转速和扭矩作为自变量,生成DoE。本例故意将扭矩需求设置的很大（e.g.30000Nm），以致超出电机外特性自动生成DoE5求解器设置在高级设置中，设置固定时间步长dt=0.1s。在RunSetup中总计算时长为0.2s即可。由于在DoE时，模型难以保证所有的取值（特别是扭矩需求）都能得到满足，故有些case必然计算失败（比如超出了电机外特性）。若采用串行计算，则软件将在检测到失败的case时停止计算，故推荐采用并行计算（即使只有一个许可证），本例采用本地并行计算GT会自动跳过失败的case，并将未失败的case汇总6计算结果这类计算非常快，可以方便地查看、导出最佳电机分配比来源：艾迪捷