Využití mechatroniky a vozidlové mikroelektroniky pro budoucí vozidla

Výzkumný program: Využití mechatroniky a vozidlové mikroelektroniky pro budoucí
vozidla
Zahájení: 1/2011
Vedoucí výzkumného programu: Doc. Ing. Petr Kocourek, CSc.
Cíle programu (včetně výstupů, výsledků, milníků a specifikace skupin uživatelů):
Cíl: Zhodnotit a vybrat koncepce prediktivního a adaptivního řízení motor/pohon a pohon/vozidlo, založené na nelineárních systémech a model-based control. Vytvořit virtuální model motoru a vozidla a testovat jej technologií Hardware in the loop na experimentální řídicí jednotce a poté i na funkčním vzorku spalovacího motoru. Zapojit systémy X-by-Wire a diagnostiku elektrické výbavy vozidel do vozidlových sítí. Vyvinout prostředky pro optimalizaci těchto systémů. Vyvinout výpočetní prostředky kombinované experimentálně-simulační optimalizace spalovacích motorů, mechanických převodů a elektrických i hybridních přenosů výkonu-pohonu vhodné pro RT simulaci řízených objektů.

Výstupy:
Vt1 Soubor snímačů a jednotek sběru dat pro měření na spalovacích motorech, elektromotorech a pohonových ústrojích poskytující data pro bezprostřední vyhodnocení kalibračních parametrů vybraných simulačních programů a programy pro toto vyhodnocení - IV/2012.
Vt2 Funkční vzorek prediktivního regulátoru pro motor/pohon a pohon/vozidlo, založený na nelineárních systémech o hierarchické struktuře včetně interakce s dopravní infrastrukturou – funkční vzorek vyzkoušený na vzorku motoru – IV/2013.
Vt3 Testovací zařízení pro vozidlové sítě, systémy X-by-Wire, diagnostiku elektrické výbavy vozidel – funkční vzorky – IV/2013.

Výsledky:
V1 Uvedení laboratoří mechatroniky a mikroelektroniky do zkušebního provozu - III/2012.
V2 Demonstrace a publikace vybraných postupů s využitím simulačně-experimentálních metod – 3 publikace - IV/2012.
V3 Ověřené technologie výzkumu budou zpracovány ve formě autorizovaného software (1 ks) pro všechny potenciální uživatele - IV/2012.
V4 Jeden patent nebo užitný vzor na systémy řízení - IV/2013.
V5 Tři publikace o softwarových prostředcích (2 ks) pro pokročilé řízení motorů a vozidel a vozidlových sítích - IV/2013.

Milníky:
M1 Uvedení zařízení mechatronické a mikroelektronické laboratoře do zkušebního provozu - III/2012.
M2 Systém řídicích algoritmů a postupů měření pro zjištění nestacionárních veličin pohonových ústrojí ve formě výpočetních programů (autorizovaný software) - IV/2012.
M3 Demonstrace a publikace (nejméně 3) vybraných optimalizačních postupů s využitím předchozích metod - IV/2012.
M4 Vyzkoušení algoritmu prediktivního a adaptivního regulátoru pro samotný motor nebo pohon - IV/2012.
M5 Funkční vzorek X-by-wire - IV/2013.

Uživatelé:
Smluvní partneři Centra, z oboru zkušebnictví a homologací, výrobci motorů a vozidel, výrobci příslušenství motorů a vozidel a výzkumné organizace činné v experimentálním vývoji, simulačním vývoji a rapid prototyping.

Klíčové metodologické přístupy, klíčové výzvy, klíčové vybavení:
Metodologické přístupy: Pro inteligentní řízení spalovacího motoru je klíčový kvalitní virtuální model zahrnující i bezprostředně související komponenty, zejména pohonový řetězec a samotné vozidlo. Na základě takto vybudovaného a identifikovaného modelu budou vyvinuty hierarchické řídicí algoritmy spalovacího motoru a otestovány nejprve pomocí technologie Hardware in the loop na experimentální řídicí jednotce a poté i na funkčním vzorku spalovacího motoru. Nové standardy vozidlových distribuovaných systémů na bázi TDMA umožňují dosáhnout vyšší úrovně spolupráce dílcích subsystému vozidel, ty jsou však současně citlivější na problémy v komunikaci s ostatními subsystémy. Rozvoj metod jejich simulace a testování se zaměřením na správnost implementace i parametrizace na všech protokolových vrstvách umožní jejich nasazení i v bezpečnostně kritických aplikacích (např. X-by-Wire). Koncepce centralizované diagnostiky elektrické výbavy vozidel může poskytnout nejen cenově efektivní detekci selhání jednotlivých komponent, ale částečně i predikci těchto selhání. Formulace algoritmů přímé a inverzní metody. Využití sběru dat v prostředí LabView. Využití kalibračních algoritmů pomocí optimalizací. Využití iterativního dopočtu neměřitelných veličin.

Klíčové výzvy: Průběžná kalibrace simulačních programů inverzními algoritmy. Zjištění neměřitelných veličin (nestacionární teploty, proměnlivé složení plynu, nestacionární průtoky v pohyblivých částech strojů atp.) pomocí iterativní simulace poskytující minimální odchylky od měření. Prediktivní a adaptivní řízení motor/pohon a pohon/vozidlo, založené na nelineárních systémech o hierarchické struktuře včetně interakce s dopravní infrastrukturou, zapojené do vozidlových sítí a vybavené diagnostikou.

Klíčové vybavení:
K1 Dynamometry pro 2 rozdílné velikosti motorů (zážehové nebo vznětové motory osobních vozidel, vznětové nebo plynové zážehové motory lehkých nákladních vozidel) s měřením a řízením, a to rychle proměnných veličin se snímači, emisními analyzátory, analyzátory částic, zřeďovacími tunely, zkušebními zařízeními na zneškodňování výfukových plynů, zkoušením palivových systému pro
kapalná i plynná paliva včetně směšování plynů, standardním vybavením pro nízkofrekvenční měření teplot, průtoků, tlaků, momentů atp.
K2 Zařízení pro zkoušení vozidel s vozidlovým dynamometrem pro osobní a lehké užitkové automobily, připojeným na zařízení pro zkoušení motorů.
K3 Zařízení pro zkoušení mechanických převodů se zatěžováním a pohonem, měřením momentu a otáček.
K4 Zařízení pro zkoušení elektrických přenosů a systémů akumulace energie (zatěžovací zařízení,
měření momentu a otáček, měření elektrických veličin).
K5 Zařízení pro měření a návrh mikroelektronických jednotek přizpůsobených účelu a pro vývoj/ testování vozidlových sítí pro technologie X-by-wire.
K6 Zařízení pro rychlou přípravu prototypů řídicích systémů s nastavitelnými hradlovými poli a ovladači.
K7 Simulační vybavení s výkonným serverem.

Návaznosti:
Přímo navazuje na program 1, 2 a 3. Přes tyto úzké vazby je zapotřebí zachovat tento program s ohledem na navazující smluvní výzkum jako samostatný.