Optimization of the planetary transmission system and power management applied for hybrid vehicles

Autor: Rocha, Caio Henrique Ferreira, 1996
Přispěvatelé: Silva, Ludmila Corrêa de Alkmin e, 1981, Forti, Antonio Wagner, Garcia, Angel Pontin, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Ludmila Corrêa de Alkmin e Silva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Veículos híbridos têm recebido grande interesse por parte de consumidores e fabricantes como uma alternativa aos veículos convencionais por conta das restrições ambientais cada vez mais impositivas a projetos de novos veículos. Um dos tipos de híbridos de maior destaque neste cenário é o híbrido em série-paralelo que, na maioria das vezes, utiliza uma transmissão planetária para realizar o acoplamento entre seus motores. Nesse trabalho é apresentado um estudo das transmissões planetárias aplicadas a veículos híbridos, que utiliza formulações aplicadas em transmissões automáticas para a modelagem de diferentes características, elementos construtivos e dimensionamento de componentes deste tipo de transmissão. No trabalho é proposta a otimização de características da transmissão e das regras de controle do gerenciamento de potência por meio de uma abordagem multicritério realizada pelo método de algoritmo genético de peso adaptativo interativo, com o objetivo de minimizar o consumo de combustível e a degradação da bateria. Para esta análise, um modelo matemático desenvolvido é aplicado a um programa computacional que inclui parâmetros do trem de potência do veículo tais como curvas de torque e eficiência dos motores elétricos, curvas de torque e consumo de combustível do motor a combustão e características da bateria. Além disso, juntamente a uma função para o controle do torque do motor a combustão, um controlador PI é aplicado ao menor motor elétrico para o gerenciamento das rotações do planetário, ambos com regras otimizáveis. O modelo proposto é aplicado a um ciclo de condução combinado para validar as informações de cada configuração proposta. Três configurações são obtidas pela otimização, a de melhor consumo de combustível, melhor durabilidade da bateria e melhor desempenho geral. Os valores de consumo de combustível foram adequados para um veículo híbrido, variando entre aproximadamente 18 e 20 km/l. A configuração otimizada obteve uma economia de combustível superior a 20% em relação ao modelo convencional enquanto obteve uma durabilidade da bateria superior a 1.000.000 de quilômetros para as simulações consideradas Abstract: Hybrid vehicles have received great interest from consumers and manufacturers as an alternative to conventional vehicles due to the increasingly imposing environmental restrictions on new vehicle designs, defined by international agreements. One of the most prominent types of hybrids in this scenario is the series-parallel hybrid that, in most cases, uses a planetary transmission to perform the coupling between its engines and motors. This work develops a study of planetary transmissions to hybrid vehicles, which uses formulations generally applied to automatic transmissions for the modeling of different characteristics, constructive elements and sizing of components of this type of transmission. The current work proposes the optimization of transmission characteristics and power management control rules through a multi-criteria approach performed by the interactive adaptive weight genetic algorithm method (i-AWGA), with the objective of minimizing fuel consumption and battery degradation. For this analysis, a mathematical model developed is applied to a computer program that includes vehicle power train parameters such as torque and efficiency curves of electric motors, torque curves and fuel consumption of the combustion engine and battery characteristics. Furthermore, along with a function for controlling the torque of the combustion engine, a PI controller is applied to the smallest electric motor in order to manage the planetary rotations, both with optimizable rules. The proposed model is applied to a combined driving cycle to validate the information of each proposed configuration. Three settings are achieved by the optimization: lowest fuel consumption, longest battery life and best overall performance. The fuel consumption values were suitable for a hybrid vehicle, ranging from approximately 18 to 20 km/l. The optimized configuration achieved a fuel economy of more than 20 percent compared to the conventional model while achieving a battery life of more than 1,000,000 kilometers for the simulations applied Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica CAPES 88887.483349/2020-00
Databáze: OpenAIRE
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