diplomová práce

Porovnání koncepcí hybridního pohonu v režimu denního dojíždění do práce

Text práce 14.64 MB

Autor práce: Ing. Michal Ušiak

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Adam Vondrák, Ph.D.

Oponent: prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Abstrakt:

Diplomová práca sa zaoberá vytvorením simulačných modelov rôznych koncepcií hybridných pohonov pre tri veľkostné kategórie vozidiel v prostredí GT-SUITE a ich porovnaním v režime denného dochádzania do práce. Okrem samotných simulačných modelov hybridných vozidiel, boli pre každú z modelovaných koncepcií pohonu vytvorené tiež riadiace algoritmy, ktoré rozdeľujú tok energie medzi spaľovací motor a elektromotor. Pre simuláciu hybridných vozidiel v režime jázd do práce a z práce bol vytvorený ich záznam pomocou GPS. Zo získaných dát boli spracované profily rýchlosti a stúpania vozovky. Porovnanie jednotlivých koncepcií bolo vykonané na základe spotreby paliva a elektrickej energie podľa metodiky WLTP a v režime denného dochádzania do práce. Ekologickosť koncepcií bola porovnaná prostredníctvom vypočítaných „well-to-wheel“ emisií.

Klíčová slova:

Hybridný pohon, hybridné vozidlo, spaľovací motor, pozdĺžna dynamika vozidiel, GPS, riadiaci algoritmus, elektromotor, P0 hybrid, P2 hybrid, sériový hybrid, „well-to-wheel“ emisie, GT-SUITE

Termín obhajoby

20.07.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student seznámil zkušební komisi se svou diplomovou prací. V rámci obhajoby rovněž odpovídal na otázky oponenta, na něž navazovaly otázky zkušební komise. 1) Ze závěru práce vychází, že Plug-in hybridy jsou nejlepším řešením pro dosažení nejnižší spotřeby (emisí). V skutečnosti ovšem uživatelé ho spíše provozují jako Full hybrid, protože připojování na nabíječku považují jako nepohodlnou činnost. Máte nějaký nápad, jak uživatele Plug-in hybridů nutit k nabíjení z elektrické sítě. Zodpovězeno. 2) Víte jaký typ hybridů je dle české legislativy považován za elektromobil a může např. zdarma parkovat v modrých zónách a může mít SPZ začínající písmeny EL? Zodpovězeno. 3) Dalo, by se do optimalizačních algoritmů a pak i do řídícího algoritmu vozidla zahrnout informace, kam chci s vozidlem dojet. Tedy zvolit optimální trasu z hlediska hybridního pohonu včetně nabíjení a vybíjení baterie a aktuální dopravní situace a potřeby topit/klimatizovat, tak abych dosáhl nejnižší spotřeby? Zodpovězeno. 4) Jaký vliv na výsledky má volba profilu trasy? Zodpovězeno. 5) Jaký profil trati by pro dojíždění byl nejlepší z hlediska spotřeby paliva? Zodpovězeno. 6) Lze rekuperovat energii i u vozu s klasickou pohonnou jednotkou se spalovacím motorem? Zodpovězeno. 7) Jaká je dosažitelná přesnost měření nadmořské výšky u zvolené metody? Zodpovězeno. 8) Jaký vliv by mohlo mít časové období zvolené pro konání experimentu? Zodpovězeno. 9) Jaký je odhadovaný čas simulace pro případné parametrické studie v rámci vytvořené metodiky? Zodpovězeno. 10) Jaké optimalisační nástroje a možnosti dynamického programování nabízí v posledních versích platforma GT-Suite? Zodpovězeno.

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Fakulta strojního inženýrství

Ústav

Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Automobilní a dopravní inženýrství (M-ADI)

Složení komise

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Tomáš Heger (člen)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Jan Klimeš (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Adam Vondrák, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Michala Ušiaka se zabývá aktuálním, širokým a komplexním tématem hybridních pohonů vozidel, jejich řízením a simulací s využitím soudobých výpočetních nástrojů. Student při řešení zadaného tématu vycházel z podkladů poskytnutých jako součást programu GT-SUITE jeho výrobcem Gamma Technologies, LLC. Velkou měrou se ale věnoval také studiu odborné literatury a internetových zdrojů.
Rešerše dostupných pramenů přehledně shrnuje poznatky v dané oblasti, které jsou následně uplatněny v praktické části práce. Vysoce hodnotné jsou také přiložené vývojové diagramy popisující aplikovanou řídicí logiku. Nad rámec zadání byly v programu MATLAB vytvořeny algoritmy pro vygenerování křivky optimálního zatížení v úplné charakteristice spalovacího motoru a pro filtraci záznamu z GPS. Takto zpracovaná data byla následně využita při simulacích v programu GT-SUITE.
Po grafické stránce je práce přehledná, obrazová dokumentace je čitelná a dobře ilustrativní. Drobnou výtkou může být slohový styl, kterému se nevyhnou dlouhá souvětí, opakující se slova nebo místy chybějící čárky mezi větami.
Předkládané výsledky výpočetní studie a z nich vyvozené závěry jsou validní, přestože sám autor konstatuje, že některé počáteční předpoklady se ukázaly jako nevýhodné. Jedná se zejména o volbu velikostí a výkonů spalovacích a elektrických motorů v jednotlivých typech vozidel. Například u sériových hybridů by bylo možné dosáhnout vyšší úspory paliva při použití méně výkonného spalovacího motoru. Cílem práce však bylo především vytvořit metodiku pro simulaci jednotlivých typů vozidel a tento byl splněn v plném rozsahu. Získané poznatky mohou být využity a dále rozšířeny v průmyslové praxi i akademické sféře. Práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.

Cílem práce je vytvoření modelů v prostředí GT-Suite simulující osobní vozidla s různou koncepcí hybridního pohonu. Text diplomové práce má 129 stran textu včetně přílohy.
Grafická úprava splňuje požadavky na technický text. Práce obsahuje všechny povinné části a je správně členěna do kapitol a podkapitol. Student využil pro práci doporučenou literaturu, ale využil i řadu dalších zdrojů, které dohledal a všechny zdroje jsou správně citovány.
Práce obsahuje poměrně dlouhou rešeršní část (34 stran, která slouží jako dobrý úvod do problematiky a studentovi pomohla v orientaci v problematice. Další části se věnují vytvoření modelů v prostředí GT-Suite. Přínosné je, že student vytvořil modely vice typů spalovacích motorů jak co do velikosti tak i řízení přeplňování a výměny náplně (Wastegate, VNT, Millerův cyklus). Dále byl vytvořen modely automatické převodovky, chování baterií a následně motor/generátoru. Další část práce se věnuje problematice řízení a modelování celého pohonu vozidel v jeho různých konfiguracích. Pro výsledné simulace byl získán reálný záznam jízdy do práce zaznamenaný pomocí GPS v mobilním telefonu a následně zpracován v prostředí MATLAB. V další práce již jsou souhrnně uvedeny výsledky simulací a jejich zhodnocení.
Z formálních nedostatků bych vytkl používání v textu Obr. tedy s velkým písmenem na začátku u běžného slova. Značení veličin v rovnicích, by bylo vhodnější přizpůsobit zvyklostem v české literatuře/normách (rychlost, hmotnost). Bylo by přínosem, kdyby vytvořené modely v GT-Suite tvořily přílohu práce, aby bylo možno ověřit jejich funkčnost.

Je třeba zdůraznit, že práce je nadstandardní svým rozsahem, ale i rozsahem zpracovaných a vyhodnocených simulací. Diplomant prokázal schopnost inženýrské činnosti, splnil podmínky zadání s minimálním úsilím, doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Ze závěru práce vychází, že Plug-in hybridy jsou nejlepším řešením pro dosažení nejnižší spotřeby (emisí). V skutečnosti ovšem uživatelé ho spíše provozují jako Full hybrid, protože připojování na nabíječku považují jako nepohodlnou činnost. Máte nějaký nápad, jak uživatele Plug-in hybridů nutit k nabíjení z elektrické sítě.
  2. Víte jaký typ hybridů je dle české legislativy považován za elektromobil a může např. zdarma parkovat v modrých zónách a může mít SPZ začínající písmeny EL?
  3. Dalo, by se do optimalizačních algoritmů a pak i do řídícího algoritmu vozidla zahrnout informace, kam chci s vozidlem dojet. Tedy zvolit optimální trasu z hlediska hybridního pohonu včetně nabíjení a vybíjení baterie a aktuální dopravní situace a potřeby topit/klimatizovat, tak abych dosáhl nejnižší spotřeby?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová