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26
'10
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MAPLESOFT
Uso di MapleSim per creare modelli fisici ad alta fedeltà di batterie per veicoli ibridi ed elettrici
Negli ultimi anni, la domanda di veicoli ibridi-elettrici e completamente elettrici è aumentata enormemente. Lo sviluppo di tali veicoli è un compito significativamente più complesso rispetto alla progettazione di automobili convenzionali, perché essi incorporano molti domini ingegneristici differenti in un singolo sistema. Nello stesso tempo, le pressioni competitive stanno costringendo i costruttori di automobili ad introdurre nuovi progetti più velocemente che mai. Il settore si sta orientando verso tecniche di modellazione fisica basata sulla matematica, che permettono agli ingegneri di descrivere con precisione il comportamento dei componenti che compongono il sistema e i vincoli fisici del sistema stesso. Queste equazioni del modello sono quindi utilizzate per sviluppare, testare e mettere a punto i progetti molto rapidamente e senza le spese e il tempo richiesti per costruire prototipi fisici.
Uno dei componenti più importanti di un veicolo ibrido-elettrico o completamente elettrico è la batteria stessa. Avere un buon modello virtuale della batteria è essenziale, al fine di potere riflettere correttamente nel modello il comportamento della batteria e l’interazione fisica della batteria con tutti gli altri componenti. Poiché la batteria gioca un ruolo così vitale nel veicolo, catturare queste interazioni è essenziale per progettare un veicolo elettrico efficiente ed efficace.
Il Dr. Thanh-Son Dao e il Sig. Aden Seaman stanno lavorando col il Dr. John McPhee, Responsabile della Ricerca Industriale NSERC/Toyota/Maplesoft per la Modellazione e la Progettazione basata sulla Matematica, al fine di sviluppare modelli ad alta fedeltà di veicoli ibridi-elettrici ed elettrici, incluse le batterie. Essi hanno scelto MapleSim perché hanno scoperto che l’approccio simbolico in MapleSim è un modo efficace per sviluppare modelli di simulazione che hanno rapide velocità in tempo reale per il collaudo hardware in the loop (HIL) e un’altissima fedeltà rispetto ai modelli creati con tool di modellazione convenzionali.
Modello del Veicolo Elettrico a Batteria (BEV)
Usando MapleSim, il Dr. McPhee e il Sig. Seaman hanno progettato un modello basato su matematica di un battery pack completo e hanno quindi sviluppato semplici modelli del controllore di potenza, del motore/generatore, del terreno e del ciclo di guida. Le equazioni differenziali risultanti sono state semplificate simbolicamente e quindi simulate numericamente. E’ stata simulata una varietà di condizioni di guida, come l’accelerazione brusca e gentile e la guida su e giù da colline. I risultati sono stati fisicamente coerenti e hanno chiaramente dimostrato lo stretto legame fra la batteria e il movimento del veicolo. Questo modello formerà la base di un modello più completo del veicolo, che includerà un controllore di potenza più sofisticato e modelli più complessi del motore, del terreno e del ciclo di guida.
Modello del Veicolo Ibrido-Elettrico (HEV)
Il Dr. McPhee, il Dr. Dao e il Sig. Seaman hanno usato MapleSim per sviluppare un modello multidominio di un HEV di serie, incluso un insieme ottimizzato di equazioni governanti generato automaticamente. Il modello HEV comprende un motore a combustione interna (ICE) a valore medio, motori a c.c. azionati da un battery pack di tipo chimico (NiMH) e un modello del veicolo multiscocca. Sono state quindi usate simulazioni per dimostrare le prestazioni del sistema HEV sviluppato. I risultati della simulazione hanno mostrato che il modello è fattibile e, grazie alle tecniche simboliche senza perdite di MapleSim per produrre automaticamente un insieme ottimale di equazioni, il numero di equazioni governanti è stato significativamente ridotto, traducendosi in un sistema efficiente dal punto di vista computazionale. Questo modello HEV può essere usato per progettare, controllare e predire le prestazioni di manovra del veicolo sotto scenari di guida differenti. Il modello può essere altresì usato per analisi di sensibilità, riduzione del modello e applicazioni in tempo reale come le simulazioni hardware-in-the-loop (HIL).
“Con l’uso di MapleSim, il tempo di sviluppo di questi modelli è significativamente ridotto e le rappresentazioni del sistema sono molto più vicine alla fisica dei sistemi reali”, ha affermato il Dr. John McPhee. “Crediamo fermamente che un approccio basato sulla matematica sia l’approccio migliore e molto probabilmente l’unico approccio possibile per affrontare i problemi di progettazione associati con sistemi complessi come i veicoli elettrici ed ibridi-elettrici”.
Il Dr. Thanh-Son Dao e il Sig. Aden Seaman stanno lavorando col il Dr. John McPhee, Responsabile della Ricerca Industriale NSERC/Toyota/Maplesoft per la Modellazione e la Progettazione basata sulla Matematica, al fine di sviluppare modelli ad alta fedeltà di veicoli ibridi-elettrici ed elettrici, incluse le batterie. Essi hanno scelto MapleSim perché hanno scoperto che l’approccio simbolico in MapleSim è un modo efficace per sviluppare modelli di simulazione che hanno rapide velocità in tempo reale per il collaudo hardware in the loop (HIL) e un’altissima fedeltà rispetto ai modelli creati con tool di modellazione convenzionali.
Modello del Veicolo Elettrico a Batteria (BEV)
Usando MapleSim, il Dr. McPhee e il Sig. Seaman hanno progettato un modello basato su matematica di un battery pack completo e hanno quindi sviluppato semplici modelli del controllore di potenza, del motore/generatore, del terreno e del ciclo di guida. Le equazioni differenziali risultanti sono state semplificate simbolicamente e quindi simulate numericamente. E’ stata simulata una varietà di condizioni di guida, come l’accelerazione brusca e gentile e la guida su e giù da colline. I risultati sono stati fisicamente coerenti e hanno chiaramente dimostrato lo stretto legame fra la batteria e il movimento del veicolo. Questo modello formerà la base di un modello più completo del veicolo, che includerà un controllore di potenza più sofisticato e modelli più complessi del motore, del terreno e del ciclo di guida.
Modello del Veicolo Ibrido-Elettrico (HEV)
Il Dr. McPhee, il Dr. Dao e il Sig. Seaman hanno usato MapleSim per sviluppare un modello multidominio di un HEV di serie, incluso un insieme ottimizzato di equazioni governanti generato automaticamente. Il modello HEV comprende un motore a combustione interna (ICE) a valore medio, motori a c.c. azionati da un battery pack di tipo chimico (NiMH) e un modello del veicolo multiscocca. Sono state quindi usate simulazioni per dimostrare le prestazioni del sistema HEV sviluppato. I risultati della simulazione hanno mostrato che il modello è fattibile e, grazie alle tecniche simboliche senza perdite di MapleSim per produrre automaticamente un insieme ottimale di equazioni, il numero di equazioni governanti è stato significativamente ridotto, traducendosi in un sistema efficiente dal punto di vista computazionale. Questo modello HEV può essere usato per progettare, controllare e predire le prestazioni di manovra del veicolo sotto scenari di guida differenti. Il modello può essere altresì usato per analisi di sensibilità, riduzione del modello e applicazioni in tempo reale come le simulazioni hardware-in-the-loop (HIL).
“Con l’uso di MapleSim, il tempo di sviluppo di questi modelli è significativamente ridotto e le rappresentazioni del sistema sono molto più vicine alla fisica dei sistemi reali”, ha affermato il Dr. John McPhee. “Crediamo fermamente che un approccio basato sulla matematica sia l’approccio migliore e molto probabilmente l’unico approccio possibile per affrontare i problemi di progettazione associati con sistemi complessi come i veicoli elettrici ed ibridi-elettrici”.
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