NAPAJALNI IN POGONSKI SISTEM SERIJSKEGA HIBRIDNEGA VOZILA … · 2017-11-28 · I NAPAJALNI IN...
Transcript of NAPAJALNI IN POGONSKI SISTEM SERIJSKEGA HIBRIDNEGA VOZILA … · 2017-11-28 · I NAPAJALNI IN...
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Mitja Osek
NAPAJALNI IN POGONSKI SISTEM
SERIJSKEGA HIBRIDNEGA VOZILA –
PLATFORMA PROGRAMSKE OPREME ZA
UPRAVLJANJE Z ENERGIJO
Magistrsko delo
Maribor, oktober 2014
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija
NAPAJALNI IN POGONSKI SISTEM SERIJSKEGA
HIBRIDNEGA VOZILA – PLATFORMA
PROGRAMSKE OPREME ZA UPRAVLJANJE Z
ENERGIJO
Magistrsko delo
Študent: Mitja Osek
Študijski program: UN Mehatronika
Mentor FERI: dr. Miran Rodič
Mentor FS: dr. Karl Gotlih
Lektorica: mag. prev. Lea Cibrić
I
NAPAJALNI IN POGONSKI SISTEM SERIJSKEGA HIBRIDNEGA
VOZILA – PLATFORMA PROGRAMSKE OPREME ZA
UPRAVLJANJE Z ENERGIJO
Ključne besede: hibridno električno vozilo, upravljanje z energijo, upravljanje z močjo,
CAN, nadzorno vodenje, nadzorni sistem, digitalni signalni krmilnik, hranilniki energije
UDK KLASIFIKACIJA: 681.11.032:629.3.05(043.2)
Povzetek
V magistrskem delu je opisana izdelava platforme programske opreme za upravljanje z
energijo in močjo v serijskem hibridnem električnem vozilu. Sistem za oskrbo z energijo
obsega baterijo, superkondenzator in podaljševalec dosega, možno je tudi regenerativno
vračanje energije v primeru zaviranja (generatorski režim delovanja pogonskega motorja).
Nadzorni sistem za upravljanje z energijo mora zagotavljati ustrezne krmilne signale
posameznim komponentam ter zajemati informacije o njihovem stanju (temperature, toki,
napetosti) in režimu delovanja. Zagotovljeno mora biti tudi posredovanje podatkov
uporabniku in ostalim komponentam. Komponente so med seboj energetsko povezane prek
enosmerne zbiralke, informacijsko pa prek komunikacijskega vodila CAN. Delovanje
sistema je predstavljeno in analizirano z uporabo simulacijskih modelov. Krmilni sistem je
zasnovan na zmogljivem digitalnem signalnem krmilniku z vso potrebno periferijo za
izvedbo projekta.
II
POWER AND DRIVELINE SYSTEM OF A SERIES HYBRID
VEHICLE – SOFTWARE PLATFORM FOR ENERGY
MANAGEMENT
Key words: hybrid electric vehicle, energy management, power management, CAN,
supervisory control, supervision system, digital signal controller, energy storage
Abstract
This thesis describes the development of software platform for energy and power
management in a serial hybrid electric vehicle. Its system for power supply consists of
accumulator battery, supercapacitor and range extender. It is also possible to return
energy through regenerative braking when electromotor in the drivetrain is working as
generator. The control system for energy management should ensure appropriate control
signals to individual components and include information about their conditions
(temperature, currents, voltages) and mode of operation. It should also provide the
information to user/developer and other components. Components are energetically
connected together via DC link. Information distribution is performed by the CAN bus.
System operation is presented with the use of simulation models. The control system is
based on high performance digital signal controller with all required peripheral devices.
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorjema dr. Miranu Rodiču in
dr. Karlu Gotlihu za pomoč pri delu, strokovne
nasvete ter usmerjanje pri izdelavi magistrskega
dela. Prav tako se zahvaljujem svojim staršem za
vso podporo v času študija in nastajanja
magistrskega dela, ter vsem, ki so mi pri delu
kakorkoli pomagali s koristnimi nasveti.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
1
KAZALO
1 Uvod .............................................................................................................................. 1
1.1 Opredelitev splošnega področja magistrskega dela ................................................ 1
1.2 Opredelitev magistrskega dela ................................................................................ 2
1.3 Struktura magistrskega dela .................................................................................... 3
2 Hibridna električna vozila (HEV) ................................................................................. 4
3 Zgodovina hibridnih vozil ............................................................................................. 5
4 Konfiguracije hibridnih vozil ........................................................................................ 7
4.1 Serijsko hibridno vozilo .......................................................................................... 7
4.2 Paralelno hibridno vozilo ........................................................................................ 8
4.3 Kombinirano hibridno vozilo .................................................................................. 9
4.4 Kompleksno hibridno vozilo ................................................................................ 10
5 Klasifikacija hibridnih vozil glede na stopnjo hibridizacije ........................................ 12
5.1 Mikro hibridno vozilo (Micro Hybrid) ................................................................. 12
5.2 Blago hibridno vozilo (Mild Hybrid) .................................................................... 12
5.3 Polno hibridno vozilo (Full Hybrid) ..................................................................... 13
6 Nadzorni sistem za upravljanje z energijo ................................................................... 14
6.1 Model sistema ....................................................................................................... 14
6.2 Modeli pretvornikov ............................................................................................. 16
6.3 Režimi delovanja in shema za upravljanje z energijo ........................................... 21
6.3.1 Stanje BATT .................................................................................................. 22
6.3.2 Stanje CAP .................................................................................................... 23
6.3.3 Stanje REGEN ............................................................................................... 24
6.3.4 Stanje RANGE_EX ....................................................................................... 25
6.3.5 Simulacijski rezultati ..................................................................................... 26
7 CAN (Controller Area Network – področno omrežje krmilnikov) ............................. 28
7.1 CAN standard ....................................................................................................... 29
7.1.1 Fizična plast ................................................................................................... 31
7.1.2 Nivoji vodila po standardu ISO 11898 .......................................................... 33
7.1.3 Podatkovno-povezovalna plast ...................................................................... 34
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
2
7.1.4 Podatkovni okvir CAN standarda .................................................................. 34
8 Strojna oprema uporabljena za CAN komunikacijski sistem ...................................... 37
8.1 Digitalni signalni krmilnik TMS320F28335 ........................................................ 37
8.1.1 Digitalni signalni procesor TMS320F28335 ................................................. 37
8.1.2 Periferne naprave TMS320F28335 ............................................................... 38
8.1.3 Enhanced Controller Area Network (eCAN) modul ..................................... 38
8.2 Oddajno/sprejemna naprava SN65HVD230 ......................................................... 39
8.2.1 Izdelava vezja za oddajno/sprejemno napravo SN65HVD230 ..................... 40
8.2.2 Microchip CAN BUS Analyzer tool ............................................................. 42
9 Razširjena CAN (eCAN) komunikacija v Matlab/Simulinku ..................................... 46
10 Programiranje komunikacije CAN v Matlab/SIMULINK – u in prikaz delovanja .... 59
10.1 Opis delovanja naprave gospodar ..................................................................... 59
10.2 Opis delovanja naprave suženj .......................................................................... 62
10.3 Prikaz delovanja ................................................................................................ 65
11 Sklep ............................................................................................................................ 71
12 Literatura ..................................................................................................................... 73
13 Priloge .......................................................................................................................... 75
Priloga A .............................................................................................................................. 76
Priloga B .............................................................................................................................. 77
............................................................................................................................................. 78
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
1
KAZALO SLIK
Slika 4.1: Shema serijskega hibridnega vozila [1] ................................................................ 8
Slika 4.2: Shema paralelnega hibridnega vozila [1] .............................................................. 9
Slika 4.3: Shema kombiniranega hibridnega vozila [1] ...................................................... 10
Slika 4.4: Shema kompleksnega hibridnega vozila [1] ....................................................... 11
Slika 5.1: Klasifikacija hibridnih vozil [1] .......................................................................... 13
Slika 6.1: Shema sistema ..................................................................................................... 15
Slika 6.2: Shema sistema vodenja z vsemi pripadajočimi podsistemi ................................ 16
Slika 6.3: Model dvosmernega pretvornika [2] ................................................................... 17
Slika 6.4: Model enosmernega pretvornika [2] ................................................................... 17
Slika 6.5: Model napetostnega regulatorja [2]..................................................................... 18
Slika 6.6: Model električnega podsistema ........................................................................... 19
Slika 6.7: Shema za nadzor akumulatorske baterije in superkondezatorja.......................... 20
Slika 6.8: Shema za nadzor pogonskega elektromotorja ..................................................... 20
Slika 6.9: Shema za nadzor sklopa podaljševalca dosega ................................................... 21
Slika 6.10: Stateflow diagram za upravljanje z energijo ..................................................... 22
Slika 6.11: Stanje BATT s podstanji ................................................................................... 23
Slika 6.12: Stanje CAP s podstanji ...................................................................................... 24
Slika 6.13:Stanje REGEN s podstanji ................................................................................. 25
Slika 6.14: Stanje RANGE_EX s podstanji ........................................................................ 26
Slika 6.15: Rezultati simulacije preklopov med stanji ........................................................ 27
Slika 7.1: Podatkovne hitrosti v odvisnosti od dolžine vodila ............................................ 29
Slika 7.2: Struktura ISO/OSI modela [2] ............................................................................ 30
Slika 7.3: Struktura ISO11898 [3] ....................................................................................... 32
Slika 7.4: Shema tipičnega CAN omrežja [3] ..................................................................... 33
Slika 7.5: Recesivno in dominantno stanje CAN vodila [4] ............................................... 33
Slika 7.6: Podplasti podatkovno povezovalne plasti ........................................................... 34
Slika 7.7: Sestava podatkovnega okvirja CAN [4] .............................................................. 35
Slika 7.8: Standardni podatkovni okvir z 11-bitnim identifikatorjem (CAN verzija 2.0A)
[4] ........................................................................................................................................ 36
Slika 7.9: Razširjeni podatkovni okvir z 29-bitnim identifikatorjem (CAN verzija 2.0 ali
eCAN) [4] ............................................................................................................................ 36
Slika 8.1: Razporeditev kontaktov na čipu SN65HVD230 [7] ........................................... 40
Slika 8.2: Shema vezja v orodju Altium designer ............................................................... 41
Slika 8.3: Tiskano vezje s pripadajočimi komponentami .................................................... 42
Slika 8.4: Orodje CAN bus Analyzer .................................................................................. 42
Slika 8.5: Grafični vmesnik orodja CAN bus Analyzer ...................................................... 44
Slika 8.6: Shema omrežja CAN s priključenim orodjem CAN Bus Analyzer .................... 45
Slika 9.1: Knjižnica Embedded Coder ................................................................................ 46
Slika 9.2: Blok »Target preferences« .................................................................................. 47
Slika 9.3: Nastavitve modula eCANA ................................................................................. 48
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
2
Slika 9.4: Okno Configuration Parameters .......................................................................... 48
Slika 9.5: Blok za konfiguracijo sprejemnega poštnega predala ......................................... 50
Slika 9.6: Blok za konfiguracijo oddajnega poštnega predala ............................................ 50
Slika 9.7: Blok za konfiguracijo in razvrščanje prekinitvenih rutin .................................... 51
Slika 9.8: Prikaz prekinitvenih rutin s CPU in PIE prekinitvenimi vektorji [9] .................. 52
Slika 9.9: Sporočilo s podatki stanja na bateriji .................................................................. 54
Slika 9.10: Signali z možnostmi nastavitev Multiplex type ................................................. 55
Slika 9.11: CAN Pack blok ................................................................................................. 55
Slika 9.12: CAN Unpack blok ............................................................................................. 56
Slika 9.13: Blok Memory Allocation .................................................................................. 57
Slika 9.14: Blok Memory Copy ........................................................................................... 58
Slika 10.1: Prikaz programske zasnove za napravo gospodar ............................................. 60
Slika 10.2. Prekinitvena rutina za branje poštnega predala stanje....................................... 61
Slika 10.3: Prekinitvena rutina za branje poštnega predala s podatki z baterije ................. 61
Slika 10.4: Prožen (enabled) podsistem za pošiljanje zahteve o podatkih na bateriji ......... 62
Slika 10.5: Prikaz programske zasnove za napravo suženj ................................................. 63
Slika 10.6: Podsistem prekinitvene rutine za branje podatkov iz poštnega predala za
sprejem krmilnih podatkov iz naprave gospodar ................................................................. 64
Slika 10.7: Podsistem, prožen s podatkom msg_req za pošiljanje želenih podatkov nazaj na
gospodarja ............................................................................................................................ 65
Slika 10.8: Uporabniški vmesnik programskega okolja Code Composer Studio ............... 66
Slika 10.9: Fotografija CAN omrežja dveh naprav ............................................................. 67
Slika 10.10: Oddajni in sprejemni okvir na vodilu .............................................................. 67
Slika 10.11: Napaka pri sprejemu ....................................................................................... 68
Slika 10.12: Standardni okvir CAN ..................................................................................... 69
Slika 10.13: Razširjeni okvir CAN ...................................................................................... 69
Slika 10.14: Merjenje odzivnega časa ................................................................................. 70
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
3
UPORABLJENI SIMBOLI
ik – tok na k – tem pretvorniku
Edc – energija na enosmerni zbiralki
pk – energija k – tega pretvornika
v – hitrost vozila
Vdiff – razlika napetosti na enosmerni zbiralki
UPORABLJENE KRATICE
HEV – hibridno električno vozilo
ICE – Internal Combustion Engine (motor z notranjim zgorevanjem)
CAN – Controller Area Network (področno omrežje krmilnikov)
eCAN – modul razširjenega področnega omrežja krmilnikov
DSP – digitalni signalni procesor
DSK – digitalni signalni krmilnik
ISO – International Standard Organization
ID – identifikator
CCS – Code Composer Studio
AC – Alternating Current (izmenični tok)
DC – Direct Current (enosmerni tok)
USB – Universal Serial Bus (univerzalno serijsko vodilo)
CANH – CAN High
CANL – CAN Low
GPIO – General Purpose Input/Output (splošno namenski vhod/izhod)
ADC – Analog to Digital Converter (analogno digitalni pretvornik)
PWM – Pulse Width Modulation (pulzno širinska modulacija)
RAM – Random Access Memory (Bralno pisalni pomnilnik)
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
4
JTAG – Joint Test Action Group
CMOS – Complementary Expansion
SPI – Serial Peripheral Interface
SCI – Serial Communication Interface
UART – Universal Asynchronous Receiver Transmitter
LED – Light Emitting Diode
ESD – Electrostatic Discharge
CSMA – Carrier Sense Multiple Access
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
1
1 Uvod
1.1 Opredelitev splošnega področja magistrskega dela
Živimo v obdobju, ko se tehnološke spremembe dogajajo zelo hitro in jih je zelo
veliko na vseh področjih. Pri tem še posebno izstopa avtomobilska industrija. Včasih je
avtomobil predstavljal razkošje, dandanes pa nujo, brez katere si težko predstavljamo
življenje. Tako nam trg ponuja ogromno modelov avtomobilov različnih cenovnih
razredov in znamk. Še vedno prevladujejo avtomobili z motorji z notranjim zgorevanjem, v
zadnjih letih pa opažamo porast električnih in hibridnih avtomobilov, ki že predstavljajo
resno konkurenco avtomobilom z motorji z notranjim zgorevanjem.
Racionalno razpolaganje z energijo in energijskimi viri je ena izmed tematik, ki se
pojavlja po celem svetu in v vseh gospodarskih panogah (avtomobilska industrija,
energetska industrija, kmetijstvo itd.). Cilj je doseči čim manjšo porabo virov in energije s
čim večjim izkoristkom.
V zadnjih 30-ih letih smo s pomočjo tehnološkega napredka in razvoja prišli v dobo, v
kateri imamo možnost razpolagati z različnimi viri energije na mnogo načinov. Prav tako
imamo možnost omejevanja porabe »umazanih« konvencionalnih virov energije (nafta,
bencin, olje itd.) zaradi hitrega napredka alternativnih tehnologij in virov energije (vetrne
elektrarne, hidroelektrarne, gorivna celica, biogoriva itd.) ter človeške ozaveščenosti do
varovanja okolja. Le tako si lahko omogočimo zdravo in udobno bivanje na našem planetu.
Korak k temu so vsekakor hibridna vozila, saj je glavna lastnost le-teh ravno manjša
poraba goriva oziroma energije pri enaki uporabnosti oziroma namembnosti. Beseda hibrid
v grobem poimenuje nekakšnega križanca med dvema vrstama. Zato lahko rečemo, da je
hibridno vozilo vsako vozilo, ki uporablja dva ali več različnih virov energije. Tako lahko
izkoristimo le najboljše lastnosti vsakega posameznega vira, kar pomeni prihranek energije
in s tem posledično tudi manjšo obremenitev za okolje. Izraz hibridno vozilo je zelo širok
pojem, vendar se bo v tem delu nanašal zgolj na hibridne avtomobile. Hibridni avtomobil v
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
2
našem primeru pomeni avtomobil na električni pogon s podporo konvencionalnega motorja
z notranjim zgorevanjem. Tako dobimo vozilo z večjim dometom pri manjši porabi, kar
preprosto rečeno pomeni večji izkoristek.
Hibridna in električna vozila so znana že dobro stoletje, vendar so tehnološke omejitve
zavirale uporabo in razvoj takšnih vrst vozil. Dandanes jih je vse več in njihova uporabnost
se kaže na vseh področjih. Prav zato smo se tudi mi odločili, da malce prispevamo k
njihovemu razvoju in promociji.
1.2 Opredelitev magistrskega dela
Osnovni namen magistrskega dela je raziskati področje razvoja in uporabe
hibridnih vozil v Sloveniji in po svetu, ter prispevati svoje znanje, čas in izkušnje v razvoj
lastnega hibridnega sistema, ki bo koristen tudi za druge uporabnike.
Izdelati je bilo potrebno platformo programske opreme za upravljanje z energijo v
serijskem hibridnem električnem vozilu in postaviti nadzorni sistem, ki zagotavlja ustrezne
krmilne signale posameznim komponentam ter zajema informacije o njihovem stanju. S
pomočjo simulacij in modelov, ki so približen posnetek realnega stanja, smo simulirali
preklapljanje med režimi delovanja in opazovali obnašanje celotnega sistema hibridnega
vozila. S pomočjo CAN vodila smo informacijsko povezali želene komponente ter
omogočili komunikacijo med njimi z ustrezno programsko in strojno opremo. Prav tako
smo pripravili ustrezno dokumentacijo programske opreme za prihodnje delo na projektu.
Delo temelji na predhodnem delu na projektu oziroma je njegova dopolnitev. V delu
smo se na edinstven način lotili reševanja problema (delovanja našega hibridnega sistema).
Pri načrtovanju smo morali slediti tudi nekaterim standardom. Eden od teh standardov je
CAN, ki je standardizirano komunikacijsko vodilo v avtomobilski industriji (izvedba je
sicer naša stvar, vendar se moramo držati nekaterih okvirjev). Pri sami logiki vodenja smo
imeli nekoliko bolj proste roke, saj se je bilo treba zanašati na lastne izkušnje in znanje.
Veliko časa in energije je bilo treba vložiti v preizkušanja, testiranja in tudi diskusijo, saj je
prav to namen takšnega dela.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
3
1.3 Struktura magistrskega dela
Magistrsko delo je v grobem razdeljeno na dva dela (teoretični in empirični
oziroma praktični del). V teoretičnem delu so opisana splošna dejstva o hibridnih vozilih,
njihovi zgodovini, konfiguracijah itd. V drugem poglavju teoretičnega dela je opisana
logika in koncept delovanja našega nadzornega sistema. Opisani so standardi in
programska oprema, ki zajema delovanje CAN komunikacije.
V praktičnem delu smo se zanašali predvsem na lastno interpretacijo problemov in
rešitev. Pri delu smo uporabljali predvsem programsko orodje Matlab/Simulink in tudi
programski jezik C/C++. Rezultate smo predstavili s pripadajočimi grafi simulacij in z
dejanskimi prikazi delovanja (npr. delovanje CAN vodila v realnem času).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
4
2 Hibridna električna vozila (HEV)
Pojem hibridno električno vozilo (HEV) se najpogosteje nanaša na vrsto vozila, ki
združuje pogonski sklop konvencionalnega motorja z notranjim zgorevanjem (ICE) in
pogonski sklop elektromotorja. Cilj hibridnega sistema je doseči čim manjšo porabo goriva
in s tem povezan čim manjši izpust toplogrednih plinov ter čim boljše karakteristike vožnje
(odzivnost, pospeševanje itd.). Kot električni viri energije se lahko uporabijo baterije,
superkondenzatorji ali pa oboji skupaj, kakor je tudi v našem sistemu.
Najpogostejša znana oblika hibridnega električnega vozila je hibridni osebni
avtomobil, obstajajo pa tudi avtobusi, razna terenska vozila, vlaki, mopedi itd. V nasprotju
s konvencionalnimi avtomobili z motorji z notranjim zgorevanjem je pri hibridnih vozilih
več možnosti za izboljšanje ekonomičnosti goriva in energije (npr. regenerativno zaviranje,
»Start & Stop« funkcija, optimizacija delovnega področja motorja z notranjim
zgorevanjem, zmanjšanje velikosti motorja z notranjim zgorevanjem).
Do leta 2000 smo poznali dve osnovni konfiguraciji hibridnih vozil (serijsko in
paralelno hibridno vozilo), vendar se je z razvojem število konfiguracij povečalo. Tako
danes poznamo štiri konfiguracije, ki so opisane v naslednjih poglavjih.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
5
3 Zgodovina hibridnih vozil
Splošno mnenje je, da so hibridna vozila nekaj novega, vendar to ne drži. Leta
1898, nekaj več kot deset let po tem, ko je Karl Benz izumil tako imenovan prvi sodobni
avtomobil, je glavni inženir v podjetju »Electric Storage Company« iz Philadelphije, Justus
B. Entz, testiral svoj izum. Ta izum ni bil nič drugega kot kombinirano vozilo z električnim
in bencinskim virom energije, ki je bilo zagotovo prvo vozilo s takšno konfiguracijo na
svetu. Žal je vozilo med testno vožnjo zajel ogenj in je bilo uničeno. Po tem dogodku Entz
iz neznanih razlogov ni več izdelal podobnega vozila. [1]
V zgodnjih letih so bili električni avtomobili, parni avtomobili in avtomobili z
motorji z notranjim zgorevanjem zelo konkurenčni. Razlog za združevanje električnih
pogonov in pogonov z notranjim zgorevanjem je bilo povečanje dometa vozila zaradi slabe
avtonomije baterij. Začetek 20. stoletja ni bil le začetek moderne avtomobilske industrije,
temveč tudi obdobje mnogih poskusov, konceptov in načrtov prvih hibridnih vozil. Lohner
– Porsche, Auto – Mixte, Mercedes – Mixte in Krieger so le nekateri primeri elektro-
bencinskih avtomobilov, ki so bili izdelani, vendar zaradi različnih okoliščin nikoli niso
postali priljubljeni.
Baker in Woods (proizvajalca električnih avtomobilov) sta leta 1917 neodvisno
razvila elektro-bencinski avtomobil. Woods`-ov avtomobil imenovan »Woods` Dual«, je
bil sestavljen iz sklopa (elektromotorja in bencinskega motorja), čigar maksimalna moč je
bila 10,4 kW. 4-valjni motor in elektromotor – generator sta bila vezana zaporedno v
sprednjem delu vozila. Med motorjema je bila nameščena magnetna sklopka, v zadnjem
delu vozila pa 24-celična, 48 V baterija oziroma akumulator. Takšna razporeditev je
omogočala vožnjo samo z motorjem z notranjim zgorevanjem, samo z elektromotorjem ali
z obojim hkrati. Vozilo je dosegalo maksimalno hitrost 56 km/h, kapaciteta baterije pa je
zadoščala za 48 km. Prav tako kot pri današnjih hibridnih avtomobilih, je bilo mogoče
zaradi generatorskega delovanja elektromotorja (npr. pri vožnji po hribu navzdol) energijo
regenerativno vračati v baterijo. Po eksperimentiranju in testiranju sta Baker in Woods
opustila razvoj hibridnih vozil, saj so bila ta vozila za tiste čase preveč kompleksna,
predraga za vzdrževanje ter pretežka v primerjavi z vozili z motorji z notranjim
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
6
zgorevanjem. Leta 1917 je Woods` prodal za 2950 $ avtomobilov, kar je precej več kot so
do takrat zaslužili s prodajo bencinskih avtomobilov. [1]
Literatura po letu 1917 ne omenja nadaljnjih hibridnih konceptov vse do obdobja
med letoma 1960 in 1970, ko so se inženirji in inovatorji ponovno odločili povečati domet
električnih avtomobilov. Veliko zanimivih konceptov je bilo predstavljenih v 70-ih in
poznejših letih. Tukaj lahko omenimo koncept Range Extender družbe »McKee
Engineering«. Pri vožnji v urbanih območjih je bilo vozilo možno voziti samo na elektriko
in ga polniti v navadnih 230 V vtičnicah, ko se je pojavila potreba po večjem dometu, pa
so preprosto priključili bencinski agregat, ki je bil nameščen v prikolici avtomobila. [1]
Do leta 1997, ko je Toyota Prius šla v prodajo na Japonskem, je bilo izdelanih več
prototipov ali manjših serij hibridnih avtomobilov. Prva generacija Priusa je postala prvo
serijsko hibridno vozilo. Toyota ima sedaj s tretjo generacijo Priusa prodanih že več kot
milijon hibridnih avtomobilov po svetu. Prav tako tudi skoraj vsi drugi proizvajalci
avtomobilov prodirajo na trg z različnimi modeli hibridnih avtomobilov (BMW, Lexus,
VW itd.).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
7
4 Konfiguracije hibridnih vozil
V tem poglavju so opisane štiri najpogostejše oblike konfiguracij hibridnih vozil.
Mehanska energija je označena s črnimi puščicami, medtem ko je električna energija
označena z rdečimi puščicami. Puščice prav tako prikazujejo možne smeri prehajanja
električne energije. Naše vozilo je serijsko hibridno vozilo. Dobro poznavanje
konfiguracije je ključno pri načrtovanju vodenja in samem vodenju hibridnega sistema.
4.1 Serijsko hibridno vozilo
Konfiguracijo serijskega hibridnega vozila je najlažje opisati kot električno vozilo
združeno s pomožnim virom energije (ICE), ki služi kot povečevalnik dometa (»range
extender«). Generator pretvarja mehansko energijo v električno, ki je usmerjena
neposredno v elektromotor ali pa se shranjuje v baterijo oziroma superkondenzator.
Elektromotor lahko v primeru regenerativnega zaviranja deluje kot generator (zaviranje z
elektromotorjem; vožnja po klancu navzdol). Ker motor z notranjim zgorevanjem ni
direktno povezan s pogonsko osjo in njegova izhodna moč ni neposredno povezana s
trenutno potrebo po energiji, ga lahko uporabljamo v katerikoli točki obratovanja
(optimalni točki obratovanja), s čimer bistveno zmanjšamo porabo goriva in emisije
toplogrednih plinov. Druga prednost takšne konfiguracije je v tem, da ne potrebujemo
sklopke, s čimer zmanjšamo mehanske izgube zaradi trenja. Serijsko hibridno vozilo tako
sestavljajo trije stroji: motor z notranjim zgorevanjem, elektromotor in generator, pri čemer
mora biti izhodna moč elektromotorja tolikšna, da premaguje vse upore pri vožnji vozila,
kar pa pomeni večjo težo vozila nasproti vozilom z motorji z notranjim zgorevanjem.
Shemo serijskega hibridnega vozila lahko vidimo na spodnji sliki (Slika 4.1Slika 4.1).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
8
MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM (ICE)
GENERATOR
BATERIJA
POGONSKI ELEKTROMOTOR/
GENERATOR
KONČNI POGON – KOLESA AVTOMOBILA
Slika 4.1: Shema serijskega hibridnega vozila [1]
4.2 Paralelno hibridno vozilo
Če lahko rečemo, da je serijsko hibridno vozilo električno vozilo z dodatnim
energijskim virom (ICE), lahko rečemo, da je paralelno hibridno vozilo konvencionalno
vozilo z motorjem z notranjim zgorevanjem, z dodatnim, s prenosom spojenim električnim
motorjem. Takšna konfiguracija omogoča, da vozilo poganja le motor z notranjim
zgorevanjem, le elektromotor ali pa oba hkrati, kot prikazuje spodnja slika (Slika 4.2).
Običajno z elektromotorjem pokrivamo območja, ko hitro potrebujemo zelo veliko
energije (npr. pri pospeševanju). Prednost takšne konfiguracije je, da ne potrebujemo
motorjev s tako veliko močjo kot pri serijskem hibridnem vozilu. Zato imamo le dva
motorja, ki pa sta manjša in lažja kot pri serijskem hibridnem vozilu. Slabost paralelnega
hibridnega vozila je potreba po sklopki, saj je motor z notranjim zgorevanjem dejansko
povezan s pogonsko gredjo.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
9
BATERIJA
MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM (ICE)
POGONSKI ELEKTROMOTOR/
GENERATOR
KONČNI POGON – KOLESA AVTOMOBILA
SKLOPKA
Slika 4.2: Shema paralelnega hibridnega vozila [1]
4.3 Kombinirano hibridno vozilo
Kot že pove samo ime, je kombinirano hibridno vozilo nekakšna kombinacija med
serijskim in paralelnim hibridnim vozilom, vendar ima več skupnega s paralelnim.
Kombinirano hibridno vozilo ima tako mehansko kot električno povezavo z dvema
električnima strojema; eden služi kot pogonski elektromotor in kot vir energije pri
regenerativnem zaviranju, drugi pa kot generator za polnjenje baterij ter na primer za
funkcijo »Start and Stop«. Primer kombiniranega hibridnega vozila je Toyota Prius.
Spodnja slika (Slika 4.3) prikazuje shemo kombiniranega hibridnega vozila. [1]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
10
MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM (ICE)
PLANETNO GONILO/MENJALNIK
GENERATOR
BATERIJA
POGONSKI ELEKTROMOTOR/
GENERATOR
KONČNI POGON – KOLESA AVTOMOBILA
Slika 4.3: Shema kombiniranega hibridnega vozila [1]
4.4 Kompleksno hibridno vozilo
Kompleksno hibridno vozilo je, kot že nakazuje ime, bolj kompleksna od ostalih
treh konfiguracij. Konfiguracija (Slika 4.4) je podobna kot pri kombiniranemu hibridnem
vozilu, vendar lahko vidimo dodatni elektromotor. Značilnost te konfiguracije je, da
imamo na vsaki pogonski osi svoj elektromotor, ki lahko služi kot motor ali generator. Ta
oblika konfiguracije omogoča, da tri pogonske naprave sočasno poganjajo vozilo. Med
zaviranjem tako oba elektromotorja (generatorski režim) omogočata polnjenje baterije.
Prav tako takšna konfiguracija pomeni pogon na vsa štiri kolesa. [1]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
11
MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM (ICE)
PLANETNO GONILO/MENJALNIK
GENERATOR
BATERIJA
POGONSKI ELEKTROMOTOR/
GENERATOR A
KONČNI POGON – KOLESA AVTOMOBILA
SPREDAJ
POGONSKI ELEKTROMOTOR/
GENERATOR B
KONČNI POGON – KOLESA AVTOMOBILA
ZADAJ
Slika 4.4: Shema kompleksnega hibridnega vozila [1]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
12
5 Klasifikacija hibridnih vozil glede na stopnjo hibridizacije
Pri tej klasifikaciji gre za razvrščanje HEV v skladu z njihovo stopnjo hibridizacije.
Ta razvrstitev je razdeljena na mikro (Micro), blaga (Mild) in polna (Full) hibridna vozila
(HV) ter se ne ukvarja z zgradbo in razporejanjem energije med komponentami.
5.1 Mikro hibridno vozilo (Micro Hybrid)
Najnižja stopnja hibridizacije, imenovana mikro hibrid, zajema vozila z motorji z
notranjim zgorevanjem, opremljena z majhnim električnim motorjem, ki omogoča »Start
and Stop« funkcijo. Z glavno gredjo je ponavadi povezan prek jermena ali pa je pritrjen
direktno nanjo in za svoje delovanje ne potrebuje visokoenergetskega vira ali zapletene
elektronike (napetost sistema je pod 42 V). Skupna električna moč za mikro hibridno
vozilo je omejena na približno 5 kW. [1]
5.2 Blago hibridno vozilo (Mild Hybrid)
Blago hibridno vozilo ima podobne lastnosti kot mikro hibridno vozilo, vendar sta
elektromotor in električni sistem pri blagem hibridu večja in močnejša. S tem so večje tudi
električne napetosti in moči, ki se gibljejo od 5–20 kW. Pri tej veji hibridnih vozil je že
implementirano regenerativno zaviranje s pomočjo EM (generatorski način), EM pa prav
tako zagotavlja dovolj navora za pomoč ICE med pospeševanjem. [1]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
13
5.3 Polno hibridno vozilo (Full Hybrid)
V polnem hibridnem vozilu so združene vse lastnosti značilne za hibridna vozila
(regenerativno zaviranje, »Start and Stop« funkcija, »Boost« funkcija). Napetost sistema in
moči so večje kot pri blagem hibridu (20 kW in več). Z večjimi močmi je omogočena
vožnja samo na električni pogon (čeprav le na kratkih razdaljah in zmernih hitrostih). [1]
START & STOP FUNKCIJA
REGENERATIVNO ZAVIRANJE
POMOČ PRI POSPEŠEVANJU
ELEKTRIČNI POGON
Mikro HV Blago HV Polno HV
Stroški nakupa
Prihranek goriva
Po
večanje
fun
kcion
alno
sti
Slika 5.1: Klasifikacija hibridnih vozil [1]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
14
6 Nadzorni sistem za upravljanje z energijo
Nadzorni sistem za upravljanje z energijo mora zagotavljati ustrezne krmilne
signale posameznim komponentam ter zajemati informacije o njihovem stanju
(temperature, toki, napetosti) in režimu delovanja. Cilj je v vsakem trenutku zagotoviti
zanesljivo distribucijo energije vsaki posamezni komponenti v sistemu. Ker je naš sistem
hibridni avtomobil, moramo prav tako zagotoviti varno in robustno delovanje v vsaki
možni nastali situaciji. Ker zadeve nismo mogli preizkusiti na realnem preizkuševališču,
smo se poskusili kar se da približati nekaterim situacijam. Tako smo definirali pet glavnih
stanj oziroma režimov, v katerih smo s pomočjo določenih pogojev preklapljali med njimi
ter opazovali vrednost napetosti na enosmerni zbiralki (DC linku) in tokove na
pretvornikih vseh enot v sistemu, kar bo opisano v naslednjih poglavjih.
6.1 Model sistema
Hibridni avtomobil oziroma njegov princip delovanja predstavlja kompleksen
sistem, saj imamo v vsakem trenutku možnost več različnih virov na eni strani ter
porabnikov energije na drugi strani. Od vsakega načrtovalca je odvisno, kako bo potekala
distribucija energije posameznim komponentam. Naš sistem je sestavljen iz štirih
pretvornikov (C1, C2, C3 in C4), priklopljenih na enosmerno zbiralko (Slika 6.1). Na vsak
pretvornik je priklopljena enota (baterija, superkondenzator, pogonski elektromotor in
podaljševalec dosega), ki deluje bodisi kot čist vir energije, bodisi čisto breme ali pa kar
oboje. Tako lahko glede na lastnosti priklopljene enote distribucija energije poteka
enosmerno ali dvosmerno. C1 predstavlja pretvornik baterije, C2 pretvornik
superkondenzatorja, C3 pa pogonskega elektromotorja. Vsi trije lahko delujejo dvosmerno,
kar pomeni da lahko te komponente delujejo kot vir ali kot breme, glede na potrebe in želje
načrtovalca. Pretvornik C4 predstavlja pretvornik podaljševalca dosega, ki lahko deluje
samo enosmerno, in sicer kot čist vir energije.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
15
C1DC/DC
NADZORNI SISTEM
C4AC/DC
C3AC/DC
C2DC/DC
CAN
GENERATOR3 - FAZNI VIR
MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM (ICE)
POGONSKI EM3 - FAZNI VIR/BREME
BATERIJAVIR/BREME
SUPERKONDENZATORVIR/BREME
Slika 6.1: Shema sistema
Celotna shema vodenja z vsemi podsistemi, ki so opisani v naslednjih poglavjih, je
predstavljena na spodnji sliki (Slika 6.2). Diagram stanj predstavlja centralni sistem
vodenja, ostali podsistemi pa predstavljajo sklop hibridnega vozila v obliki, ki je primerna
za fazo načrtovanja vodenja in razvoj platforme za nadzor energije.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
16
Slika 6.2: Shema sistema vodenja z vsemi pripadajočimi podsistemi
6.2 Modeli pretvornikov
Modeli pretvornikov predstavljajo idealne pretvornike, kar pomeni, da pretvorniki
delujejo brez napak. V modelih je simuliran vklop in izklop pretvornika s pomočjo časovne
zakasnitve ter prehodno obnašanje tokovno kontroliranega pretvornika ob normalnem
delovanju.
Model tokovno reguliranega dvosmernega pretvornika je prikazan na spodnji sliki
(Slika 6.3). V samem modelu lahko opazimo dve veji; ko pretvornik deluje kot vir energije
ali kot breme. Za potrebe načrtovanja vodenja smo modele predstavili kot člene 1. reda. Za
simulacijo vklopa in izklopa pretvornika smo uporabili časovne zakasnitve. Časovne
zakasnitve smo uporabili zaradi varnosti, saj zagotavljajo, da je tok na pretvorniku enak nič
preden preklopi iz enega v drugo stanje (npr. iz stanja, ko pretvornik deluje kot vir, v
stanje, ko deluje kot breme, ali obratno) [2].
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
17
Slika 6.3: Model dvosmernega pretvornika [2]
Na podoben način je modeliran tudi enosmerni pretvornik (Slika 6.4), v našem primeru kot
vir.
Slika 6.4: Model enosmernega pretvornika [2]
Vsi pretvorniki so priklopljeni na enosmerno zbiralko, katere napetost mora biti
regulirana, zato morajo imeti vsi pretvorniki, ki lahko delujejo kot viri, možnost napetostne
regulacije. Samo eden pretvornik mora biti napetostno reguliran, medtem ko so ostali
regulirani tokovno.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
18
Slika 6.5: Model napetostnega regulatorja [2]
Za zagotavljanje tokovnega ravnovesja na enosmerni zbiralki smo se ravnali po
dobro znani Kirchhoffovi formuli:
∑ 𝑖𝑘4𝑘=1 = 0 (6.1)
kjer ik predstavlja tok k – tega pretvornika iz oziroma na enosmerno zbiralko. Vsota vseh
tokov na enosmerni zbiralki je vedno 0.
Enačba za še boljšo interpretacijo in povezavo z izrazom upravljanje energije v hibridnem
sistemu je:
𝑑𝐸𝑑𝑐
𝑑𝑡= ∑ 𝑝𝑘
4𝑘=1 (6.2)
kjer Edc predstavlja energijo na enosmerni zbiralki, pk pa je energija k – tega pretvornika,
priklopljenega na zbiralko. Če pretvornik deluje kot vir energije, je tok iz pretvornika
pozitiven, medtem ko je negativen, če pretvornik deluje kot breme.
Na spodnji sliki je predstavljen model električnega podsistema (Slika 6.6).
Pretvorniki so predstavljeni kot idealni tokovni viri. Vrednost upora R predstavlja upornost
enosmerne zbiralke, kondenzator C pa je namenjen glajenju kratkotrajnih sunkov porabe.
Takšna oblika omogoča nadomestitev idealnih tokovnih virov z bolj natančnimi modeli
komponent, kar je zelo ugodno za nadaljnji razvoj in delo na projektu.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
19
Slika 6.6: Model električnega podsistema
Za podatek o energiji na komponentah smo sestavili preproste sheme, ki nam glede
na zahteve krmilnega sistema simulirajo oziroma podajajo razpoložljivo energijo (P_a) na
posameznih komponentah. Vhodni podatki v podsisteme so podatki, ki jih določa nadzorni
algoritem (diagram stanj).
Podatki, pomembni za vodenje baterije, so podatki o stanju, režimu delovanja
baterije (1 = baterija deluje kot vir in 0 = baterija deluje kot breme) ter stopnji
napolnjenosti baterije. Za vrednost razpoložjivega toka, ko baterija deluje kot vir, smo
izbrali vrednost 100 A, ko deluje kot breme, pa maksimalni polnilni tok 30 A (podatek
Load_On je v primerih delovanja kot breme nastavljen na 1). Podatke o razpoložljivih
tokovih in stanju baterije smo si za potrebe načrtovanja vodenja izmislili, v realnem
sistemu pa je potrebno te podatke meriti. Prav tako je za ohranjanje baterijskih
karakteristik potrebno posvetiti več pozornosti samemu polnjenju baterije (baterijo
moramo polniti s konstantnim tokom, dokler ne doseže nekega nivoja napetosti, potem pa
ponavadi preidemo na polnjenje s konstantno napetostjo ali z manjšim tokom).
Za podsistem superkondezatorja (Slika 6.7) smo uporabili enako strukturo kot pri
podsistemu baterije, s tem da je pri načrtovanju vodenja superkondenzatorja potrebno
upoštevati drugačne karakteristike kot pri bateriji (npr. lahko ga polnimo z višjim tokom
kot baterijo).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
20
Slika 6.7: Shema za nadzor akumulatorske baterije in superkondezatorja
Podsistem za nadzor pogonskega elektromotorja (Slika 6.8) prav tako zajema podatek o
stanju, v katerem deluje, in krmilni podatek, če elektromotor deluje kot vir napajanja ali
kot breme.
Slika 6.8: Shema za nadzor pogonskega elektromotorja
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
21
Pri nadzoru sklopa podaljševalca dosega (Slika 6.9) (ki edini lahko deluje kot čisti vir
energije) smo določili le podatek o razpoložljivem toku iz generatorja, ki ga v realnem
sistemu poganja motor z notranjim zgorevanjem (ICE), ki vedno deluje v območju
optimalnega izkoristka. Ta vrednost je v primeru normalnega delovanja konstantna.
Slika 6.9: Shema za nadzor sklopa podaljševalca dosega
6.3 Režimi delovanja in shema za upravljanje z energijo
Nadzorni program za upravljanje z energijo smo izdelali s pomočjo diagrama v
Matlabovem orodju Stateflow (Slika 6.10), v katerem smo definirali pet osnovnih stanj
oziroma režimov delovanja, ki bodo opisani v naslednjih poglavjih. Osnovi pogoj za
prehod med stanji je bila spremenljivka stanje, ki smo jo generirali s pomočjo bloka
»Repeating Sequence Stair«. Vsako stanje je trajalo 1 sekundo. Standby predstavlja stanje,
ko je sistem oziroma vozilo v mirujočem stanju oziroma stanju pripravljenosti in so vsi
parametri nastavljeni na osnovno vrednost 0. V stanju Standby je potreba po energiji enaka
nič in vse enote v sistemu so izklopljene.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
22
Slika 6.10: Stateflow diagram za upravljanje z energijo
Na prehodu v vsako stanje definiramo vrednosti, ki so značilne za tisto stanje. Tako
je z vsakim stanjem pogojeno, katera naprava v sistemu bo vklopljena (On), katera naprava
bo delovala kot breme (Load_On), katera kot vir (Source) in katera bo regulirala napetost
na enosmerni zbiralki (Voltage_ctr).
6.3.1 Stanje BATT
Stanje BATT (Slika 6.11) predstavlja delovanje sistema, ko je glavni vir energije
akumulatorska baterija (baterija prav tako skrbi za regulacijo napetosti na enosmerni
zbiralki) in porabnik pogonski elektromotor. Superkondenzator predstavlja pomožni
oziroma dodatni vir energije. V podstanju Battery_S baterija zagotavlja vso energijo
sistemu. Ko baterija ni zmožna zagotavljati potrebne energije (pogoj P_d > P_a[0]) in je
stanje napolnjenosti superkondenzatorja zadovoljivo (CapS > 1), zagotovimo preostanek
potrebne energije s pomočjo superkondenzatorja (podstanje Battery_HC).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
23
Režim delovanja BATT bi v praksi predstavljal enakomerno vožnjo, v primeru
nenadnega pospeševanja oziroma prehitevanja pa bi si pomagali s superkondenzatorjem, če
bi seveda bilo možno. To bi lahko predstavljalo nekakšno »Boost« funkcijo, ki je ena
izmed lastnosti polnega hibrida.
Slika 6.11: Stanje BATT s podstanji
6.3.2 Stanje CAP
Stanje CAP (Slika 6.12) predstavlja režim delovanja, ko je glavni vir energije
superkondenzator, breme pa je pogonski elektromotor. Podobno kot pri prejšnjem stanju,
imamo tudi tukaj opcijo zagotavljanja preostanka potrebne energije z baterijo.
Režim delovanja CAP bi v praksi predstavljal pospeševanje vozila iz mirujočega
stanja, saj je superkondenzator s svojimi lastnostmi (visoka dinamika) bolj primeren za
takšne situacije kot baterija (zaradi relativno visoke notranje upornosti dinamično
delovanje negativno vpliva na življenjsko dobo in izkoristek baterije).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
24
Slika 6.12: Stanje CAP s podstanji
6.3.3 Stanje REGEN
Stanje REGEN (Slika 6.13) oziroma regeneracija predstavlja režim delovanja, ko
pogonski elektromotor deluje kot glavni vir energije oziroma generator, bremeni pa sta
akumulatorska baterija in superkondenzator. V osnovi je regeneracija zasnovana tako, da v
primeru zaviranja vedno sprva polnimo superkondenzator, šele nato baterijo. Razlog za
takšno logiko je spet v karakteristikah kondenzatorja, saj v primeru zaviranja dobimo v
kratkem času veliko količino energije. V primeru, da je superkondenzator v trenutku
zaviranja že poln, polnimo baterijo, če je to seveda potrebno. V primeru, ko sta baterija in
superkondenzator napolnjena, prožimo mehansko zavoro (Mech_brake).
Stanje regeneracije je prav tako ena izmed glavnih lastnosti hibridnih vozil, saj
omogoča vračanje energije pri zaviranju. Regenerativno vračanje energije se v praksi
dogaja pri zaviranju s pedalom za zavoro ali pa pri zaviranju s pomočjo elektromotorja
(npr. pri vožnji po klancu navzdol).
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
25
Slika 6.13:Stanje REGEN s podstanji
6.3.4 Stanje RANGE_EX
Stanje RANGE_EX (Slika 6.14) predstavlja režim delovanja, ko je glavni vir
energije generator, ki je gnan z motorjem z notranjim zgorevanjem. Možni porabniki so
baterija, superkondenzator in pogonski elektromotor. Zato sta v tem stanju definirani tudi
dve podstanji ( REX_MOVE in REX_STOP), ki predstavljata situaciji, ko se vozilo giblje
(v > 0) ali ko miruje (v = 0). Tako v primeru, ko vozilo miruje, vedno najprej polnimo
superkondenzator, šele nato baterijo. Baterijo polnimo v primeru, če je superkondenzator
poln. V stanju REX_MOVE predstavlja glavno breme pogonski elektromotor. Ker motor z
notranjim zgorevanjem vedno deluje v območju optimalnih obratov, imamo na generatorju
vedno konstantni vir energije. Zato moramo v primeru, ko ne porabimo energije na
pogonskem elektromotorju, višek energije porabiti za polnjenje superkondenzatorja ali
baterije.
V praksi se med vožnjo v generatorskem načinu običajno uporabijo določene
omejitve (zmanjšana odzivnost plina, omejitev strmine pospeševanja), saj nam generator
predstavlja sekundarni vir energije in ni namenjen daljši in dinamični vožnji.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
26
Slika 6.14: Stanje RANGE_EX s podstanji
6.3.5 Simulacijski rezultati
Na spodnji sliki (Slika 6.15) lahko vidimo rezultate simulacije oziroma preklope
med stanji, definiranimi v simulaciji. Vsako stanje traja eno sekundo in je predstavljeno s
številko (0 – Standby, 1 – BATT, 2 - CAP, 3 – REGEN in 4 – RANGE_EX ). Časovni
potek preklopov med stanji lahko vidimo v prvem oknu. Za potrebe načrtovanja
upravljanja z energijo je edini pogoj za preklope med stanji predstavljal simulirani signal
stanje. V realnem sistemu so pogoji za prehajanje med stanji lahko pritisk pedala za plin
(predstavlja referenčno vrednost potrebe po energiji), izbira drugačnega profila vožnje,
napolnjenost baterije oziroma kondenzatorja itd. V oknih I_Conv1 – I_Conv4 lahko
vidimo obnašanje tokov na pretvornikih. Z modro črto je označen referenčni tok, medtem
ko je z rdečo črto prikazan dejanski tok na pretvornikih oziroma enosmerni zbiralki. Za
referenčno napetost na enosmerni zbiralki je izbrana vrednost 250 V.
V stanju 0 je tako vrednost toka na vseh pretvornikih enaka 0. Ko preidemo v
stanje 1, opazimo na pretvorniku I_Conv3 (pretvornik pogonskega elektromotorja)
negativen tok, ker pogonski elektromotor deluje kot breme. Na pretvorniku I_Conv1
(pretvornik baterije) tok naraste na vrednost, potrebno za premagovanje bremena. Pri
vklopu baterije opazimo manjši padec napetosti na enosmerni zbiralki (okno U_DC), kar je
normalno zaradi obnašanja regulatorjev in zaradi trenutne potrebe po energiji (v bistvu gre
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
27
za odziv na stopnico). Podobno stanje opazimo pri stanju 2, ko je glavni vir napajanja
superkondenzator. V stanju 3 (stanje regeneracije) pogonski elektromotor deluje kot vir
energije, zato je tok pozitiven, medtem ko baterija deluje kot breme in je tok negativen.
Baterija se polni, ker pogoji za polnjenje superkondenzatorja niso izpolnjeni. V stanju 4
(RANGE_EX) je glavno breme pogonski elektromotor (negativen tok na pretvorniku
pogonskega motorja). Ker z napajanjem pogonskega elektromotorja ne porabimo vse
energije, se preostanek energije porabi za polnjenje baterije oziroma superkondenzatorja,
če je ta prazen. Preklop v stanje 4 povzroči velik padec napetosti na enosmerni zbiralki.
Razlog za ta padec je tokovna omejitev regulatorja, ki je namenjena zaščiti pretvornika.
Ker je potreba po energiji maksimalna (napajanje pogonskega elektromotorja in polnjenje
baterije), regulator ne uspe zagotoviti potrebnega toka za regulacijo napetosti.
Slika 6.15: Rezultati simulacije preklopov med stanji
Z uporabo simulacije smo raziskali in preizkusili različne režime delovanja pod
različnimi pogoji. Tako je možno odpraviti večino napak in pomanjkljivosti v času
načrtovanja, da zagotovimo robusten in varen sistem za upravljanje energije oziroma
vodenje.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
28
7 CAN (Controller Area Network – področno omrežje
krmilnikov)
CAN je bil razvit v podjetju BOSCH v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, bolj
natančno leta 1986, in sicer kot nadgradnja klasičnih serijskih vodil. Zaradi hitrega,
zanesljivega in robustnega delovanja je hitro zasedel pomembno vlogo tako v avtomobilski
industriji kot tudi v drugih industrijskih panogah, predvsem v avtomatiki. Glavna razlika
med CAN in ostalimi tradicionalnimi omrežji, kot sta npr. USB in Ethernet, je v tem, da
prek CAN ne pošiljamo dolgih podatkovnih blokov pod nadzorom centralne krmilne enote,
ampak več krajših sporočil, kot so npr. napetost baterije, tok kondenzatorja ali hitrost
vozila na celotno omrežje, kar omogoča obstojnost podatkov v vsaki enoti v omrežju. [3]
Glavne lastnosti CAN:
Možnost več nadzornih naprav na vodilu (Multimaster): Ko je vodilo prosto,
lahko začne katerakoli enota, ki priključena nanj, oddajati sporočilo. Enota, ki
začne prva oddajati sporočilo, dobi pravico za oddajanje. V primeru, ko začneta
dve enoti sočasno oddajati sporočilo, dobi pravico do oddajanja tista, katere
identifikator (pozneje ID) ima najvišjo prioriteto.
Naključni dostop do vodila s procesom izogibanja trkom: Najvišja prioriteta je
določena z ID-jem. ID ne določa destinacije, kamor hočemo poslati sporočilo,
ampak določa prioriteto sporočila in s tem zaporedje, v katerem poteka dostop do
vodila. Ko torej dve ali več enot začnejo sočasno oddajati sporočilo, pride do
arbitraže (trkov) podatkov. Vsaka enota ima v svojem ID-ju unikaten bitni zapis
oziroma arbitražno polje. Enota, ki »zmaga« v arbitraži oziroma ima v arbitražnem
polju dominantno stanje, lahko oddaja sporočilo takoj, medtem ko druge enote
prenehajo s pošiljanjem podatkov in se postavijo v fazo sprejemanja.
Fleksibilnost in preprostost sistema: Preprosto dodajanje in odstranjevanje enot
iz omrežja brez programskih in strojnih sprememb ter brez sprememb v aplikacijski
plasti ali katerikoli drugi enoti v omrežju.
Visoke hitrosti prenosa podatkov: Gre za možnost nastavitve hitrosti (do 1Mb/s
pri sukanih paricah) glede na potrebe in velikost omrežja. Vse enote v omrežju
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
29
morajo imeti enako komunikacijsko hitrost (v nasprotnem primeru pride do napake
v omrežju). Hitrost je odvisna tudi od dolžine vodila, kot je prikazano na spodnji
sliki (Slika 7.1).
Slika 7.1: Podatkovne hitrosti v odvisnosti od dolžine vodila
Zaznavanje in odpravljanje napak: Vsaka enota v omrežju ima možnost
odkrivanja in odpravljanja napak. V primeru odkrite napake enota o njej takoj
obvesti vse druge naprave. Če pride do napake pri oddajanju sporočila, se oddajanje
prisilno prekine in enota obvesti vse naprave v omrežju o napaki ter poskuša s
ponovnim oddajanjem, dokler sporočilo ni poslano brez napak.
Povezljivost: CAN omogoča priklop poljubnega števila enot v omrežje. Edini
omejitvi sta časovni zamik prenosa sporočil in električna upornost vodnikov. Tako
je z večjim številom naprav zmanjšana hitrost prenosa podatkov.
CAN protokol so kaj kmalu po iznajdbi tudi standardizirali (leta 1993), tako da
danes poznamo CAN protokol kot del standarda ISO11898.
7.1 CAN standard
CAN je serijsko komunikacijsko vodilo, standardizirano s strani ISO (International
Standardization Organization). Sprva je bil razvit samo za avtomobilsko industrijo z
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
30
namenom zmanjšanja kompleksnosti ožičenja v avtomobilih in njegove nadomestitve s
preprostim dvožičnim vodilom, ter kot podpora porazdeljenemu sprotno-časovnemu
krmiljenju v avtomobilih. Zaradi velikih hitrosti prenosa, zmožnosti samostojnega
diagnosticiranja, popravljanja podatkovnih napak in velike odpornosti na elektromagnetne
motnje, se je CAN standard razširil tudi na druga področja (medicina, letalstvo, vesoljska
tehnologija in proizvodna industrija). [4]
CAN komunikacijski protokol ISO 11898 (Slika 7.3) opisuje, kako deluje prenos
informacij med napravami v omrežju ter skladnost protokola z večplastnim modelom OSI
(Open Systems Interconnection). Standardiziran je bil leta 1993. ISO 11898 definira dve
najnižji plasti (od sedmih obstoječih) ISO/OSI modela – to sta fizična plast (physical layer)
in podatkovno-povezovalna plast (data-link layer).
ISO/OSI plastni model (Slika 7.2) sam po sebi ni standard, ampak le priporočilo
mednarodne organizacije ISO o ureditvi komunikacijskega protokola za medsebojno
povezljivost dveh komunikacijskih sistemov. Za CAN komunikacijo je danes pomembna
tudi aplikacijska plast, ki je namenjena vzpostavitvi komunikacije z višje ležečim
specifičnim aplikacijskim protokolom (npr. CANopen, DeviceNET, CAN Kingdom).
Standard ISO 11898 ne zajema aplikacijske plasti. [4]
Slika 7.2: Struktura ISO/OSI modela [2]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
31
7.1.1 Fizična plast
Dejanska komunikacija med napravami povezanimi s fizičnim medijem je
definirana v najnižji, fizični plasti ISO/OSI modela. Fizično plast lahko razdelimo na dve
podplasti. V prvo podplast spadajo od medija odvisna določila, medtem ko v drugo plast
spadajo od medija neodvisna določila. Prva podplast zajema določila in standarde o
lastnostih fizičnih medijev, mehanskih priključkih medijev in obliki ter vrsti signalov.
Druga podplast pa opisuje postopke povezovanja računalnikov, krmilnikov ali drugih
naprav omrežja ter sinhronizacijo, zaščitno kodiranje in dekodiranje. [4]
Nekateri najbolj znani standardi fizične plasti v avtomobilski industriji so
naslednji [5]:
ISO11898-2 definira visoko hitrost (podatkovna hitrost do 1Mbit/s) dostopa
medija (oddajno/sprejemne naprave) na vodilo in nekatere značilnosti od
medija odvisnega vmesnika, kot sta dvožično vodilo in karakteristična
impedanca vodila 120 Ω.
ISO11898-3 definira nizke hitrosti in toleranco napak od medija odvisnih
vmesnikov oziroma naprav za izmenjavo digitalnih informacij med
elektronskimi krmilnimi napravami pri vozilih, ki uporabljajo CAN
komunikacijo pri hitrostih prenosa podatkov od 40 do 125 kbit/s.
ISO11898-5 definira fizično plast (uporaba v vozliščih) s hitrostjo prenosa
podatkov do 1Mbit/s. Opisuje nekatere lastnosti od medija odvisnih
vmesnikov, ki so skladne s standardom ISO 8802-2 in predstavlja razširitev
standarda ISO11898-2. Poudarek je na nizki porabi energije v stanju
pripravljenosti na vodilu oziroma ko na vodilu ne poteka komunikacija.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
32
APLIKACIJSKA PLAST
PODATKOVNO-POVEZOVALNA
PLAST
KRMILJENJE LOGIČNE POVEZAVE
DOSTOP DO FIZIČNEGA MEDIJA
FIZIČNA PLAST
FIZIČNO SIGNALIZIRANJE
PRIKLJUČEK FIZIČNEGA MEDIJA
OD MEDIJA ODVISEN VMESNIKODDAJNO/SPREJEMNA
NAPRAVA
CAN VODILO
DSP ali
mikrokrmilnik
krmilnik CAN
Slika 7.3: Struktura ISO11898 [3]
S CAN standardom je definirano fizično signaliziranje, medtem ko podplast
povezanosti fizičnega medija in podplast od medija odvisnega vmesnika nista definirani.
Tako lahko uporabnik izbira med različnimi oddajno/sprejemnimi napravami ter
transportnimi mediji, dokler izpolnjuje zahteve podplasti fizične signalizacije. Podplast
fizičnega signalizirjanja zajema kodiranje in dekodiranje podatkov, bitno usklajevanje in
sinhronizacijo. Podplast povezanosti fizičnega medija zajema karakteristike
oddajno/sprejemne naprave, podplast od medija odvisnega vmesnika pa priključke in vrsto
ožičenja. Mednarodna Organizacija ISO je zato standardizirala različne fizične plasti, ki
zajemajo podplasti od medija odvisnega vmesnika in podplast povezanosti fizičnega
medija za zagotavljanje kompatibilnosti med CAN sprejemniki in oddajniki. Shema
tipičnega CAN omrežja je prikazana na spodnji sliki (Slika 7.4). [4]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
33
VOZLIŠČE 1
DSP ali MIKROKRMILNIK
krmilnik CAN
ODDAJNO/SPREJEMNA NAPRAVA
CANH
CANL
VOZLIŠČE 2
DSP ali MIKROKRMILNIK
krmilnik CAN
ODDAJNO/SPREJEMNA NAPRAVA
VOZLIŠČE 3
DSP ali MIKROKRMILNIK
krmilnik CAN
ODDAJNO/SPREJEMNA NAPRAVA
VOZLIŠČE n
DSP ali MIKROKRMILNIK
krmilnik CAN
ODDAJNO/SPREJEMNA NAPRAVA
Slika 7.4: Shema tipičnega CAN omrežja [3]
7.1.2 Nivoji vodila po standardu ISO 11898
CAN standard določa dve logični stanji oziroma nivoja vodila. To sta recesivno in
dominantno stanje. ISO 11898 definira razliko napetosti za predstavitev recesivnega in
dominantnega stanja na vodilu. Recesivno oziroma dominantno stanje proizvaja
oddajno/sprejemna naprava. Oddajno/sprejemna naprava spada v podplast povezanosti
medija fizične plasti. Na spodnji sliki sta prikazani dominantno in recesivno stanje. [4]
Slika 7.5: Recesivno in dominantno stanje CAN vodila [4]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
34
7.1.3 Podatkovno-povezovalna plast
Podatkovno-povezovalna plast je druga plast v strukturi ISO/OSI modela in
služi za prenos okvirjev med dvema točkama. Osnova naloga podatkovno-
povezovalne plasti je, kot pove že ime, varen in transparenten prenos podatkov med
napravami v sistemu, sestavljanje podatkovnih okvirjev sporočil ter tudi odkrivanje
napak pri prenosu po prenosnem mediju. Kot lahko vidimo na spodnji sliki (Slika
7.6), lahko tudi podatkovno-povezovalno plast razdelimo v dve podplasti. Prva
podplast se imenuje krmiljenje logične povezave, katere naloge so filtriranje
sporočil, upravljanje z obremenitvami, javljanje preobremenitev, upravljanje s
povezavami in krmiljenje pretoka podatkov. Naloge druge podplasti, ki se imenuje
dostop do fizičnega medija, pa so uokvirjanje podatkov, zaznavanje in javljanje
napak, kodiranje okvirjev ter krmiljenje dostopa do vodila s pomočjo CSMA
protokolov (protokoli z vgrajenimi mehanizmi za detekcijo in razreševanje kolizij).
PODATKOVNO-POVEZOVALNA
PLAST
KRMILJENJE LOGIČNE POVEZAVE
DOSTOP DO FIZIČNEGA MEDIJA
Slika 7.6: Podplasti podatkovno povezovalne plasti
7.1.4 Podatkovni okvir CAN standarda
Pri CAN komunikaciji lahko po vodilu pošiljamo štiri vrste sporočil oziroma
okvirjev. To so podatkovni okvir (ang. Data frame), oddaljeni okvir (ang. Remote frame),
preobremenitveni okvir (ang. Overload frame) in okvir napake (ang. Error frame).
Najpogosteje rabljeni okvir je podatkovni okvir. Naloge ostalih okvirjih se koristijo le ob
točno določenih dogodkih, kot so napake, preobremenitve in zahteve. Na spodnji sliki
(Slika 7.7) je prikazana sestava podatkovnega okvirja. [4]
Podatkovni okvir je sestavljen iz naslednjih segmentov[4]:
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
35
zastavica za začetek okvirja (SOF ali ang. Start of Frame)
arbitražno polje (ang. Arbitration field);
krmilno polje (ang. Control field)
podatkovno polje (ang. Data field)
polje ciklične redundančne kode (CRC, ang. Cyclic Redundant Code field)
polje potrditve (ang. Acknowledge (ACK) field)
polje konca okvirja (EOF, ang. End of frame field)
Slika 7.7: Sestava podatkovnega okvirja CAN [4]
Naloga podatkovno-povezovalne plasti je sestavljanje podatkovnih okvirjev
sporočil. Skozi zgodovinski razvoj CAN komunikacije in z zviševanjem hitrosti ter
količine poslanih podatkov so se dogajale tudi nekatere spremembe na področju sestave
podatkovnih okvirjev. Tako poznamo prvo verzijo CAN standarda (ISO 11519) z nizkimi
hitrostmi prenosa (do 125 kbit/s) in uporabo standardnega 11-bitnega identifikatorja.
Druga verzija ISO11898:1993 prav tako zahteva uporabo 11-bitnega identifikatorja in
predpisuje hitrosti nad 125 kbit/s. To verzijo CAN standarda so poimenovali standardni
CAN verzija 2.0A. Nadgradnja le-tega je standard ISO11898:1995, ki so ga poimenovali
razširjeni CAN verzija 2.0B ali s kratico eCAN. Ta verzija prav tako predpisuje
podatkovne hitrosti nad 125 kbit/s in uporabo razširjenega 29-bitnega identifikatorja. Pri
našem delu smo se ravnali po zadnji verziji standarda. Glede na identifikator CAN 2.0A
tako omogoča 211
oziroma 2.048 različnih identifikatorjev, medtem ko razširjeni CAN
2.0B omogoča 229
oziroma okoli 537 milijonov različnih identifikatorjev sporočil. V
našem delu smo hkrati uporabljali obe obliki okvirjev. Na spodnjih slikah sta prikazani
sestavi obeh podatkovnih okvirjev CAN. [4]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
36
Slika 7.8: Standardni podatkovni okvir z 11-bitnim identifikatorjem (CAN verzija 2.0A)
[4]
Slika 7.9: Razširjeni podatkovni okvir z 29-bitnim identifikatorjem (CAN verzija 2.0 ali
eCAN) [4]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
37
8 Strojna oprema uporabljena za CAN komunikacijski sistem
8.1 Digitalni signalni krmilnik TMS320F28335
Digitalni signalni krmilniki so oblika mikrokrmilnikov, ki imajo prednosti
mikrokrmilnika ter digitalnega signalnega procesorja (DSP-ja). Tako dosežemo hitre
odzivne čase pri prekinitvah in dostop do različnih perifernih naprav ter možnost delovanja
v sprotnem času z možnostjo velikega števila matematičnih operacij.
Digitalni signalni krmilnik TMS320F28335 je implementiran na nadzorno karto, ki
je del eksperimentalnega paketa iz družine F283x (imenovana tudi Delfino) proizvajalca
Texas Instruments. Karta je prek 100-pinskega DIMM konektorja priklopljena na
priključitveno karto, na kateri imamo prek kontaktnih pinov dostop do GPIO, ADC in
PWM signalov. Na priključitveni karti imamo tudi dostop do reguliranih 3,3V in 5V
napetosti, ki smo jih potrebovali za napajanje oddajno/sprejemnih naprav in digitalnih
izolatorjev.
8.1.1 Digitalni signalni procesor TMS320F28335
Procesor TMS320F28335 je visoko integriran in zmogljiv procesor primeren tudi
za bolj zahtevne krmilne aplikacije. Procesor omogoča bogato periferijo z enoto za
računanje s plavajočo vejico (floating point) ter FLASH in RAM pomnilnikoma.
Glavne značilnosti procesorja TMS320F28335 so naslednje [6]:
visoko zmogljiva statična CMOS tehnologija
o 150 MHz (čas cikla 6,67 ns)
o nizka poraba
JTAG Boundary Scan podpora
visoko zmogljiv 32-bitni procesor
na čipu integriran spomin
krmiljenje sistema in ure
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
38
trije zunanji viri prekinitve
razširitveni blok perifernih prekinitev (PIE), ki podpira 45 perifernih prekinitev
trije 32-bitni časovniki
serijski periferni priključek (SPI, UART, SCI, eCAN)
12-bitni 16-kanalno analogno-digitalni pretvornik
do 56 namenskih vhodov/izhodov (GPIO)
nastavitve stanj nizke porabe energije in varčevanja z energijo (IDLE, STANDBY,
HALT)
razvojna orodja vključujejo ANSI C/C++ prevajalnik/zbirni jezik/povezavo, Code
Composer Studio IDE, DSP/BIOS in JTAG Scan krmilnike
8.1.2 Periferne naprave TMS320F28335
Na TMS320F28335 lahko najdemo več perifernih naprav oziroma modulov. To so
npr. modul analogno digitalnega pretvornika (ADC), moduli pulzno-širinske modulacije
(PWM), modul serijskega perifernega vmesnika (SPI), splošno namenski digitalni vhodi in
izhodi (GPIO), moduli, ki so nam služili za prižiganje LED diod, trije 32-bitni CPE
časovniki ter za nas najbolj pomembna modula razširjenega področnega omrežja
krmilnikov (eCANA in eCANB), ki sta v naslednjem poglavju tudi bolj podrobno opisana.
8.1.3 Enhanced Controller Area Network (eCAN) modul
Razširjen krmilnik področnega omrežja (eCAN) je implementiran v F28xxx
digitalni signalni procesor, ki je kompatibilen s standardom CAN 2.0B. Uporablja
preizkušen protokol za serijsko komunikacijo z ostalimi krmilniki v elektromagnetno
onesnaženih okoljih. Z 32 popolnoma nastavljivimi poštnimi predali (mailbox-i)
predstavlja eCAN modul večstranski in robustni serijski komunikacijski vmesnik [1]. Na
karti TMS320F28335 najdemo dva modula eCAN, in sicer eCANA in eCANB, ki sta
idealna za testiranje in razvoj aplikacij povezanih s CAN komunikacijo.
Glavne lastnosti eCAN modulov so naslednje [6]:
• popolna kompatibilnost s CAN protokolom verzije 2.0B
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
39
• bitne hitrosti do 1 Mbit/s
• 32 poštnih predalov, ki imajo naslednje lastnosti:
o nastavljivi kot sprejemni ali oddajni, odvisno od potrebe in želja
načrtovalca omrežja
o nastavljivi s standardnim (11-bitnim) ali razširjenim (29-bitnim)
identifikatorjem
o programirljivi sprejemni filter
o podpirajo daljinske in podatkovne okvirje
o podpirajo od 0 do 8 zlogov podatkov
o uporabljajo 32-bitno časovno oznako za oddajna in sprejemna sporočila
o ščitijo proti sprejemu novih sporočil
o omogočajo dinamično programiranje prioritete oddanega sporočila
o uporabljajo programirljivo prekinitveno shemo z dvema nivojema
prekinitev
o uporabljajo programirljivo prekinitev za sprejemna in oddajna sporočila
po definiranem izteku časa
• možnost nizke porabe v času neaktivnosti (low power mode)
• programirljivo zbujanje (wake-up) pri aktivnosti na vodilu
• avtomatski odziv na zahtevo sporočila
• avtomatski ponovni prenos okvirja v primeru izgube arbitraže ali napake
• 32-bitni števec časovnih oznak, ki je sinhroniziran s specifičnim sporočilom
• možnost samotestiranja (povratna zanka sprejema svoje oddajno sporočilo)
8.2 Oddajno/sprejemna naprava SN65HVD230
Oddajno/sprejemna naprava SN65HVD230 je namenski čip proizvajalca Texas
Instruments za uporabo v aplikacijah, v katerih obstaja potreba po CAN serijski
komunikaciji. Čip je namenjen za uporabo s 3,3 V digitalnimi signalnimi procesorji (DSP-
ji) s CAN krmilnikom (v našem primeru TMS320F28335) ali podobnimi napravami.
Oddajno/sprejemna naprava poleg CAN vodila predstavlja del fizične plasti v strukturi
standarda ISO11898 in je popolnoma v skladu s standardom. Glavna naloga O/S naprave je
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
40
merjenje razlike napetosti (Vdiff) na vodilu s pomočjo česar lahko določi recesivno ali
dominantno stanje na vodilu. Vsaka oddajno/sprejemna naprava v CAN komunikacijskem
sistemu predstavlja vozlišče, vsako vozlišče pa ponavadi predstavlja eno napravo ali senzor
v sistemu.
Slika 8.1: Razporeditev kontaktov na čipu SN65HVD230 [7]
Lastnosti oddajno/sprejemne naprave SN65HVD230 [7]:
napajalna napetost 3,3 V
signalne hitrosti do 1Mbit/s
ESD zaščita presega 16 kV HBM
visoka vhodna impedanca omogoča priključitev do 120 naprav na vodilo
izklopljena naprava ne moti vodila
popolna skladnost s standardom ISO11898
majhna poraba v stanju pripravljenosti (370 µA)
termalna zaščita
8.2.1 Izdelava vezja za oddajno/sprejemno napravo SN65HVD230
Za načrtovanje vezja oddajno/sprejemne naprave smo uporabili programsko
opremo Altium designer, tiskanino pa smo izdelali s klasično tehniko osvetljevanja in
jedkanja. Izdelali smo dve identični vezji za dve napravi (gospodar in suženj). Pri izbiri
komponent smo se držali proizvajalčevih podatkovnih listov (datasheet).
V obe vezji smo vključili 120 Ω zaključna upora, ker pri dveh napravah vsaka
naprava predstavlja končno točko v sistemu. Naloga zaključnih uporov je preprečiti
oziroma zmanjšati odboj (refleksijo) signalov, ki bi lahko vodila do motenj
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
41
komunikacijskih signalov. Poznamo več možnosti vezave zaključnih uporov. V našem
primeru smo uporabili standardno vezavo. Upor R5 (10 kΩ) predstavlja upor za nadzor
strmine izhodnega signala D, ki je proporcionalen toku na kontaktu tega signala. Omejitev
strmine je pomembna pri omejevanju elektromagnetnih emisij v omrežje. Proti ozemljitvi
smo vezali tudi gladilni kondenzator z kapacitivnostjo 4,7 µF. Digitalni signalni izolator
ISO7221A je namenjen galvanski ločitvi potencialov in zaščiti oddajno/sprejemne naprave
v primeru prenapetostnih nihanj, D1 in D2 LED diodi pa sta namenjeni indikaciji napajanja
na oddajno/sprejemni napravi in na izolatorju ISO7221A.
Napajalna napetost, uporabljena za napajanje čipa SN65HVD 230, je 3,3V, medtem
ko je napajalna napetost izolatorja ISO7221A 5 V. Obe priključni napetosti nam ponuja
eksperimentalni set TMS320C2000.
Slika 8.2: Shema vezja v orodju Altium designer
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
42
Slika 8.3: Tiskano vezje s pripadajočimi komponentami
8.2.2 Microchip CAN BUS Analyzer tool
CAN BUS Analyzer tool (Slika 8.4) je preprosto in poceni orodje za analizo in
razvoj CAN komunikacijskih omrežij in sistemov. Orodje je popolnoma kompatibilno s
standardoma CAN 2.0B in ISO11898-2. Na CAN omrežje ga lahko priklopimo preprosto s
pomočjo DB9 konektorja ali prek vijačnega terminala. Z uporabo orodja lahko poleg
spremljanja podatkov na CAN vodilu podatke oddajamo tudi s pomočjo 5V
oddajno/sprejemne naprave MCP2551, ki je integrirana v orodju.
Slika 8.4: Orodje CAN bus Analyzer
Na samem ohišju imamo več svetlečih diod (LED), ki nam prikazujejo stanje na
CAN vodilu. Tako lahko na diodah na desni strani ohišja gledamo, kdaj je sporočilo na
CAN vodilo oddano (CAN TX), kdaj sprejeto (CANRX) in kdaj pride do napake pri
pošiljanju sporočila (CAN ERR). Do napake pri pošiljanju sporočila je v našem primeru
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
43
prišlo, ko smo na vodilo oddajali sporočilo iz ene karte, na drugi strani pa ni bilo odgovora
o prejetem sporočilu, ker nismo vklopili karte ali pa smo imeli napako v programu. Na ta
način lahko hitro in brez osciloskopa preverimo dogajanje na vodilu. Za boljšo analizo
moramo vklopiti uporabniški vmesnik ali pa prek vijačnih priključkov priklopiti osciloskop
in opazovati promet na CAN vodilu. Prek vijačnega priključka 2 se lahko priklopimo
direktno v omrežje ter aktivno oddajamo in sprejemamo sporočila, katerih lastnosti
nastavimo v uporabniškem vmesniku. LED diode na levi strani ohišja nam služijo kot
indikacija napajanja (napajanje je možno prek USB-kabla ali 9-24V namenskega
napajalnika) in indikacija USB komunikacije s PC-jem.
Orodje nam omogoča izvajanje naslednjih funkcij [8]:
spremljanje prometa na CAN vodilu
oddajanje sporočil na CAN vodilo; funkcija enojnega pošiljanja sporočila,
periodičnega pošiljanja ali periodičnega pošiljanja z omejitvijo ponovitev
skupinsko oddajanje sporočil v določenem zaporedju
shranjevanje rezultatov v pregledni obliki z vsemi potrebnimi podatki
uporaba integriranega 120 Ω zaključnega upora po potrebi
Prek uporabniškega vmesnika (Slika 8.5) imamo vpogled na dogajanje na CAN.
Obstajata dva načina spremljanja podatkov. Eden način je »Rolling trace«, ki nam
posreduje vse podatke na CAN v zaporedju kot se pojavljajo, medtem ko nam »Fixed
trace« zabeleži samo koliko različnih podatkov se prenaša prek vodila. V obeh oknih lahko
opazujemo vsebino podatkov, ID ter časovno periodo pošiljanja in sprejemanja podatkov.
Za prikaz podatkov lahko izberemo šestnajstiški ali desetiški prikaz.
Za oddajanje sporočil smo uporabili okno »Transmit«, ki se nahaja v zavihku
»Tools«. Za oddajanje sporočila moramo nastaviti ID sporočila in vsebino sporočila, v
primeru, da želimo poslati več sporočil hkrati, pa tudi periodo ter število ponovitev.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
44
Slika 8.5: Grafični vmesnik orodja CAN bus Analyzer
Okno »Hardware setup« nam omogoča dostop do nastavitev orodja CAN bus
Analyzer tool. V prvem oknu nastavimo hitrost prenosa podatkov, v drugem izberemo
način delovanja orodja, v tretjem oknu pa po potrebi omogočimo delovanje zaključnega
upora (v primeru, da nam orodje predstavlja zadnjo enoto v sistemu). Sami zaključnega
upora nismo uporabili, saj smo zaključne upore integrirali v vezji, ki smo ju pripravili za
oddajno/sprejemni napravi SN65HVD230.
V našem primeru smo orodje Can Bus Analyzer priključili v omrežje CAN prek
DB9 konektorja, kot je prikazano na spodnji sliki (Slika 8.6). Tako je orodje predstavljalo
tretjo enoto oziroma napravo poleg naprav gospodar in suženj, katerih delovanje je opisano
v naslednjih poglavjih. Prav tako smo na orodje prek vijačnega priključka 2 (kontakta 4 =
Rx in 5 = Tx) priklopili tudi osciloskop, prek katerega smo opazovali oddana in sprejeta
sporočila vseh enot, priključenih na CAN vodilo. Medtem ko je potekala komunikacija
med gospodarjem in sužnjem, smo z orodjem generirali naključna sporočila z različnimi
naslovi (ID-ji) in vsebino, ter jih kot testna sporočila pošiljali na CAN vodilo. Pošiljamo
lahko tako sporočila s standardnim identifikatorjem kot tudi z razširjenim, če pred ID
številom zapišemo črko »x«. Kot lahko vidimo na sliki posnetka grafičnega vmesnika
(Slika 8.5), smo v tem primeru generirali sporočilo s standardnim identifikatorjem 200, ki
smo ga vpisali v polje ID. V polje DLC (Data Length Code) smo vpisali želeno dolžino
sporočila. Možne vrednosti podatkov so od 0 do 8 zlogov (do 64 bitov), glede na potrebe in
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
45
želje načrtovalca. V našem primeru je bila dolžina sporočila 4 zloge, od katerih je vsak
zlog predstavljal celo število (števila 1, 2, 3 in 4). V polje Period smo zapisali število 100,
kar pomeni, da je sporočilo oddano vsakih 100 msek. V polje Repeat smo vpisali vrednost
50, kar pomeni, da je bilo sporočilo s klikom na gumb Send poslano na CAN omrežje 50-
krat. V oknu za spremljanje prometa smo nato opazovali pošiljanje sporočila na CAN
omrežje ter pošiljanje podatkov (Rx) iz naprav gospodar in suženj. Glede na to, da smo
sporočila iz orodja pošiljali samo kot primer testa, ti podatki niso bili pomembni oziroma
uporabni za samo izvajanje programa vodenja enote baterijskega sklopa. Glavni namen
uporabe orodja CAN Bus Analyzer je bila analiza in odpravljanje napak na omrežju CAN.
Naprava GOSPODAR
DSP (TMS320F28335)
krmilnik CAN
Oddajno/Sprejemna naprava
SN65HVD230
CANH
CANL
CAN Bus Analyzer tool NapravaSUŽENJ
Zaključna upora integrirana v vezja
oddajno/sprejemnih naprav
DSP (TMS320F28335)
krmilnik CAN
Oddajno/Sprejemna naprava
SN65HVD230
RxDx USB
Slika 8.6: Shema omrežja CAN s priključenim orodjem CAN Bus Analyzer
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
46
9 Razširjena CAN (eCAN) komunikacija v Matlab/Simulinku
Za načrtovanje in izdelavo razširjene komunikacije CAN smo uporabili programski
paket MATLAB/Simulink, saj omogoča preprosto interakcijo z napravami iz družine
C2000 (v našem primeru digitalni signalni krmilnik TMS320F28335) proizvajalca Texas
Instruments, ker so knjižnice za delo s temi procesorji integrirane v samem
MATLAB/Simulinku. Tako lahko prek knjižnice Embedded Coder (Slika 9.1) po potrebi
dostopamo do grafičnih blokov, ki so namenjeni konfiguraciji in vodenju vseh perifernih
naprav na krmilni karti TMS320F28335. V naslednjih poglavjih bodo opisani vsi bloki, s
pomočjo katerih smo vzpostavili komunikacijo CAN v realnem času.
Slika 9.1: Knjižnica Embedded Coder
Pri sestavljanju programa v MATLAB/Simulinku je potrebno paziti na osnovno
konfiguracijo in nastavitve parametrov za naš ciljni sistem, saj se v primeru napačnih
nastavitev program ne prevede pravilno in ne generira primerne kode. Z uporabo bloka
Target Preferences tako konfiguriramo strojno opremo in nastavimo podatke za
generiranje kode. Ko v model dodamo blok Target Preferences (Slika 9.2), se nam
avtomatsko odpre okno, v katerem določimo, s katerim programskim okoljem, na kateri
karti in na katerem procesorju bomo izvajali program. V našem primeru je programsko
okolje Code Composer Studio 3.3, karta iz družine C2000 proizvajalca Texas Instruments
in procesor TMS320F28335, ki je integriran na tej karti. Kot podatek frekvence sistemske
ure smo pustili privzeto vrednost za naš procesor. S spreminjanjem te vrednosti ne moremo
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
47
vplivati na dejansko vrednost frekvence sistemske ure na procesorju. Podatek o frekvenci
je potrebno vpisati le za namen pravilnega generiranja kode. V zavihku Memory lahko
dostopamo do fizičnega pomnilnika na karti, v zavihku Section pa lahko uporabnik določi,
kje bodo locirani odseki programa v pomnilniku. Za naprave, ki so podprte s strani
MATLAB/Simulinka, so parametri teh dveh zavihkov nastavljeni samodejno, in sicer
glede na izbrano strojno opremo.
Slika 9.2: Blok »Target preferences«
V zavihku Peripherals (Slika 9.3) lahko dostopamo do nastavitev vseh perifernih
naprav, ki jih podpira DSP. Če želimo dostopati do razširjenega CAN omrežja, moramo
obkljukati oblaček Enhanced CAN mode. Prav tako lahko po želji določimo, na katerem
kontaktu bomo sprejemali in oddajali sporočila. Privzeti nastavitvi na modulu eCANA sta
(Tx) GPIO31 za oddajni kontakt in (Rx) GPIO30 za sprejemni kontakt, na modulu eCANB
pa sta to kontakta GPIO8 in GPIO10. S spreminjanjem parametrov TSEG1, TSEG2 in
BRP lahko vplivamo na nastavitve bitne hitrosti sistema CAN.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
48
Slika 9.3: Nastavitve modula eCANA
Za potrebe izvajanja programa v realnem sistemu moramo prav tako nastaviti
nekatere parametre v Configuration parameters (Slika 9.4). Za tip solverja (numerična
metoda integracije) moramo izbrati Fixed-step in pa diskretni solver, ki ne dopušča
nikakršnih zveznih stanj.
Slika 9.4: Okno Configuration Parameters
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
49
Z blokoma eCAN Receive in eCAN Transmit konfiguriramo poštne predale na
željenem modulu. Vsak modul (eCANA in eCANB) ima možnost konfiguracije 32 poštnih
predalov. Vsak poštni predal lahko deluje kot sprejemni ali oddajni.
V zavihku Module izberemo modul, na katerem želimo konfigurirati poštni predal.
Izbiramo lahko med CAN_A in CAN_B. V oknu Mailbox number vpišemo številko
poštnega predala, ki ga želimo konfigurirati. V Message identifier vpišemo 29-bitni
identifikator za razširjeni CAN ali 11-bitni identifikator za standardni CAN. Izbiramo
lahko med binarnim (bin2dec(' ')), heksadecimalnim (hex2dec(' ')) ali celoštevilskim
zapisom identifikatorja. V oknu Sample time določimo čas tipanja, če je bilo sporočilo
sprejeto. V našem primeru smo vse sprejemne bloke obravnavali v prekinitvenih rutinah, ki
se izvajajo asinhrono glede na izvajanje programa, zato mora biti ta čas nastavljen na -1
(inherited, podedovan). Če ga nastavimo na katerokoli drugo vrednost, se nam program ne
prevede in nam javi napako. V oknu Data type izberemo tip podatkov, ki jih želimo
prejemati. Na voljo imamo celoštevilske spremenljivke tipa uint8/16/32 ali
CAN_MESSAGE TYPE. V našem primeru smo uporabili podatke CAN_MESSAGE
TYPE, saj je to edina možnost, ki jo lahko uporabimo, če uporabljamo bloka CAN Pack in
CAN Unpack, ki sta opisana v naslednjih poglavjih. Vrednost Initial Output definira
začetno vrednost v modulu pred prejetjem sporočila. Z obkljukanim oblačkom Output
message length nam blok ponudi tretji izhod, ki nam javlja dolžino sporočila v bitih, z
obkljukanim zadnjim oblačkom pa sprožimo prekinitveno rutino ob prejetem sporočilu.
Izbiramo lahko med dvema globalnima prekinitvenima registroma CANGIF0 in CANGIF1
na vsakem modulu.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
50
Slika 9.5: Blok za konfiguracijo sprejemnega poštnega predala
Blok za konfiguracijo oddajnega poštnega predala (Slika 9.6) ima dodano možnost
Enable blocking mode, ki omogoči pošiljanje sporočil tako dolgo, dokler ne prejme
informacije o uspešnem prenosu sporočila.
Slika 9.6: Blok za konfiguracijo oddajnega poštnega predala
Blok Hardware Interrupt (Slika 9.7) omogoča konfiguracijo in asinhrono proženje
prekinitev. Na karti imamo možnost dostopa do 96 prekinitev, od katerih je 58 zasedenih.
Ostale prekinitve so namenjene delu z vsemi perifernimi napravami na razvojni karti. S
tem blokom vplivamo direktno na registre za prekinitve želenih perifernih naprav. V
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
51
našem primeru smo uporabljali prekinitve, ki smo jih prožili pri prejetem sporočilu na
modul eCANA ali eCANB.
V okno CPU interrupt numbers in PIE interrrupt numbers vpišemo vrednost
prekinitvenega vektorja (Slika 9.8), s katerim definiramo, na kateri periferni enoti bomo
prožili prekinitev. V oknu Simulink task priorities določimo prioritete izvajanja prekinitev.
Nižja številka pomeni višjo prioriteto izvajanja, kar pomeni, da se bo prekinitvena rutina s
prioriteto 30 izvedla pred prekinitvijo s prioriteto 33. Zastavica »preemption« pomeni, da
je izvajanje prekinitvene rutine mogoče prekiniti, če je rutina »non-preemptible«, ni
prekinljiva.
Slika 9.7: Blok za konfiguracijo in razvrščanje prekinitvenih rutin
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
52
Slika 9.8: Prikaz prekinitvenih rutin s CPU in PIE prekinitvenimi vektorji [9]
S pomočjo bloka CAN Pack (Slika 9.11) omogočimo pretvorbo signalov v obliko,
primerno za CAN sporočilo. Kot vhod v blok lahko uporabimo katerikoli signal (raw data,
manually specified signals in CANdb specified signals). Pri podatkih raw data je za vhod v
blok zahtevana nepredznačena osem-bitna celoštevilska vrednost spremenljivke (uint8).
Vrsta podatkov CANdb specified signals nam omogoča uvoz podatkovne baze s sporočili
in definicijo signalov. V našem primeru smo uporabili vrsto podatkov manually specified
signals. Glede na to, koliko signalov definiramo, toliko različnih vhodov nam ponudi blok.
V našem primeru so to bili signali V_Batt (napetost na bateriji), I_batt (tok na bateriji),
I_load_Batt (tok na bateriji, ko deluje kot breme) in msq_req (signal sužnju za pošiljanje
želenih podatkov). Izhodni signal iz bloka predstavlja CAN sporočilo. V polje »Name«
vtipkamo želeno ime signala, v polju Identifier type izberemo standardni ali razširjeni
podatkovni okvir, v polju Identifier pa številko identifikatorja v celoštevilski (npr. 250) ali
heksadecimalni vrednosti z uporabo hex2dec funkcije.
V oknu Length definiramo dolžino sporočila, ki je lahko dolgo največ 8 zlogov
oziroma 64 bitov. Vrednost, ki jo definiramo v tem oknu, mora biti popolnoma enaka
vrednosti dolžine vseh signalov, ki jih definiramo v tabeli. Pri izbiri podatkov moramo
tako upoštevati dolžine le-teh. Na spodnji sliki (Slika 9.9) lahko vidimo primer sporočila o
informaciji na bateriji, ki ga pošlje naprava suženj. Sporočilo je sestavljeno iz štirih
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
53
podatkov, ki so definirani kot celoštevilske predznačene (signed) in nepredznačene
(unsigned) spremenljivke. Vsak podatek smo definirali kot posamezen zlog dolžine 8
bitov, razen podatka msg_req, ki je dolg le 1 bit. Dolžina podatka msg_req je 1 bit, ker je
njegova vrednost lahko le 1 ali 0. Pri izbiri dolžine podatkov je potrebno vedeti kakšne
podatke bomo pošiljali, da ne obremenjujemo procesorja po nepotrebnem. Prav tako je
potrebno pri definiciji podatka presoditi, kako natančno meritev dejansko potrebujemo.
Tako v primeru našega podatka Vbatt (napetost na bateriji) ni smiselno definirati dolžino
podatka z 32 biti, saj vemo, da bo napetost na bateriji znašala največ 230V in najmanj
vrednost večjo od 0V pri kateri še ne pride do uničenja baterije, te vrednosti pa pokrijemo
z dolžino osmih bitov ali manj. Če operiramo s števili s plavajočo vejico z enojno
natančnostjo (tip single), je dolžina podatka 32 bitov, pri podatkih s plavajočo vejico z
dvojno natančnostjo (tip double) pa 64 bitov. Pri operiranju s števili s plavajočo vejico se
je pri definiciji podatkov potrebno ravnati po standardu IEEE, ki je tehnični standard za
računanje s plavajočo vejico. Pri operiranju z matematično zahtevnejšimi funkcijami je
dobro upoštevati omejitve procesorja. Procesor TMS320F28335 omogoča operiranje s
plavajočo vejico z enojno natančnostjo. Za prikaz delovanja in samo testiranje nismo
uporabljali podatkov s plavajočo vejico, ampak smo uporabili le celoštevilske
spremenljivke.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
54
Slika 9.9: Sporočilo s podatki stanja na bateriji
Okence Remote frame nam omogoča uporabo oddaljenega okvirja. Pri definiciji
signala v tabeli signalu določimo ime, začetni in končni bit ter dolžino (št. bitov) sporočila.
V oknu Byte order izberemo način zlaganja podatkov (Big Endian ali Little
Endian). V našem primeru smo izbrali način zlaganja podatkov Little Endian, kar pomeni,
da se pri shranjevanju podatkov v pomnilnik na prvo mesto zapiše najmanj pomemben
zlog (LSB) in na zadnje mesto najbolj pomemben zlog (MSB). Pri metodi Big Endian je
zadeva ravno obratna, in sicer se najmanj pomemben zlog zapiše na zadnje mesto, medtem
ko se najbolj pomemben zlog napiše na prvo mesto v pomnilniku. Pomembno je, da na
sprejemni in oddajni strani izberemo enako metodo zlaganja podatkov, saj v nasprotnem
primeru na sprejemni strani ne moremo prebrati podatkov. V našem primeru noben signal
ni presegel dolžine enega zloga, ker smo za prikaz delovanja uporabili samo celoštevilske
spremenljivke (tipa int8 in uint8), zato izbira metode ni bila pomembna za samo delovanje
in izvajanje programa.
V oknu Data type izberemo tip podatkov, ki jih želimo prenašati. Izbiramo lahko
med predznačenimi ali nepredznačenimi celoštevilskimi spremenljivkami tipa signed in
unsigned ter med realnimi spremenljivkami tipa single in double. V našem primeru so bili
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
55
vsi podatki definirani kot predznačena cela števila (tip int) in nepredznačena cela števila
(tip unsigned int).
Z nastavitvijo Multiplex type izberemo, kako pogosto zajemamo signale v CAN
sporočilo glede na časovni korak (v našem primeru Standard, ki omogoča zajemanje
podatkov v vsakem časovnem koraku). Signal označen z možnostjo Multiplexor je prav
tako poslan v vsakem časovnem koraku, s tem da je pod določenim pogojem poleg njega
poslan tudi signal, pri katerem označimo možnost Multiplexed. Pogoj nastavimo v oknu
Multiplex value. Samo en signal je lahko definiran kot Multiplexor.
Na spodnji sliki (Slika 9.10) smo definirali tri signale. Signal A je poslan v vsakem
časovnem koraku (Standard). Signal B je definiran kot Multiplexor, kar pomeni, da bo
poslan prav tako v vsakem časovnem koraku, s tem da je njegova vrednost pogoj za Signal
C, ki bo poslan s signalom B, ko bo njegova vrednost 10 (okno Multiplex value).
Slika 9.10: Signali z možnostmi nastavitev Multiplex type
Prav tako imamo možnost omejitve fizične vrednosti signala (Min in Max) in
pretvorbe fizičnega signala v raw value s pomočjo parametrov Factor in Offset.
Slika 9.11: CAN Pack blok
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
56
S pomočjo bloka CAN Unpack (Slika 9.12) na sprejemni strani omogočimo branje
signalov iz prejetega CAN sporočila. Nastavitve signalov morajo biti popolnoma enake
njihovim definicijam v bloku CAN Pack, sicer sprejem ni pravilen. CAN Unpack blok nam
poleg nastavitev sporočila omogoča tudi dodatne izhode, prek katerih lahko spremljamo
vrednost identifikatorja, status oddaljenega okvirja, dolžino sporočila, status o prejetem
sporočilu, status o napaki na vodilu in čas.
Slika 9.12: CAN Unpack blok
S pomnilniškimi bloki vplivamo na registre fizičnega pomnilnika našega
procesorja. S pomočjo blokov definiramo, kam bomo podatke shranili (lokacija je
predhodno definirana) in od kod jih bomo po potrebi jemali. Memory Allocate blok (Slika
9.13) dodeli spremenljivki, ki jo definiramo v bloku Memory copy (Variable name), mesto
v fizičnem pomnilniku. Za spremenljivko moramo določiti ime ter tip in dolžino podatkov,
ki jih želimo shraniti. V našem primeru smo uporabili le to funkcijo, blok pa nam po
potrebi omogoča tudi dostop do pomnilniškega odseka, ki ga definiramo v bloku Target
Preferences ter poravnavanje spremenljivk (Variable alignment), če je to potrebno.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
57
Slika 9.13: Blok Memory Allocation
V našem primeru smo uporabili dve obliki blokov Memory Copy (Slika 9.14). Na
eni strani blok, čigar vrednost smo kopirali iz bloka CAN Unpack (copy from input port) in
na drugi strani blok, v katerem smo klicali spremenljivko (copy from specified adress), ki
smo jo definirali v prvem bloku in njene podatke pošiljali na izhod drugega bloka oziroma
na vhod CAN Pack bloka. Za bloke, ki smo jih uporabili v prekinitvenih rutinah, smo
morali zaradi asinhronega izvajanja prekinitev nastaviti čase tipanja na -1. Pri blokih, ki
smo jih uporabljali za klicanje vrednosti, smo za čas tipanja nastavili vrednost na 1 ms, kar
pomeni, da je blok vsako milisekundo bral vrednost v fizičnem pomnilniku.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
58
Slika 9.14: Blok Memory Copy
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
59
10 Programiranje komunikacije CAN v Matlab/SIMULINK –
u in prikaz delovanja
CAN je multimaster vodilo, kar pomeni, da lahko vsaka naprava deluje kot
gospodar, če je prioriteta sporočila, ki ga želi oddati, višja kot prioritete ostalih naprav, ki
želijo dostopati do vodila. V našem primeru smo imeli za namen testiranja priklopljeni dve
napravi, od katerih je ena delovala kot gospodar in je imela funkcijo naprave za nadzor in
krmiljenje celotnega sistema, druga pa kot suženj, ki je na podlagi zahtevanih podatkov od
gospodarja izvrševala pošiljanje podatkov. Druga naprava (suženj) je vsako sekundo
oddala podatek o stanju, ki je imel najvišjo prioriteto, in je simuliral pogojni podatek za
preklop med stanji na karti gospodar.
V tem delu smo pripravili komunikacijo, pri kateri je prva naprava (prvi
sprejemno/oddajni modul) predstavljala nadzorni sistem, druga naprava pa sklop baterijske
enote s senzorji v našem hibridnem avtomobilu. Za prikaz delovanja smo iz druge naprave
pošiljali namišljene podatke, kot sta napetost in tok na bateriji. Po želji bi lahko pošiljali
tudi katerikoli drugi podatek iz nekega senzorja na baterijskem sistemu. Za tako malo
podatkov smo se odločili, ker je namen platforme predstaviti možnosti delovanja, ne pa
opisati natančen sistem, dve napravi pa sta dovolj za testiranje in razvoj komunikacijskega
sistema CAN.
10.1 Opis delovanja naprave gospodar
Naprava gospodar vsako sekundo prejme podatek o stanju. Vsaki trenutek, ko
prejme podatek o stanju, se sproži prekinitvena rutina, ki prebere vrednost s poštnega
predala, ki je nastavljen za sprejem podatka o stanju. Na podlagi prejetega podatka o stanju
prožimo digitalne izhode na razvojni karti F28335 in prek LED vmesnika opazujemo
preklope med stanji. Podatek o stanju 1 zapišemo v pomnilniški blok Stanje (Memory
copy), ki shrani vrednost direktno v fizični pomnilnik. Prebran podatek (iz spominskega
bloka Stanje 1) o stanju 1 sproži podsistem (Enabled Subsystem), ki predstavlja pošiljanje
nadzornih podatkov (zelena barva) za baterijo glede na zahtevo gospodarja. To pomeni
naslednje: če pridemo v režim delovanja BATT, na baterijo pošljemo podatek o režimu
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
60
delovanja baterije (1 = baterija deluje kot vir), podatek o vklopu baterije, podatek, da
regulator baterije deluje kot napetostni, in podatek msg_req, ki je sprožilec za pošiljanje
želenih podatkov na karti suženj. Ko gospodar zahteva podatke o stanju na bateriji, se
sproži nova prekinitvena rutina, ki prebere vrednost na poštnem predalu, konfiguriranem
za sprejem podatkov o dogajanju na bateriji. Prav tako prejme podatek o sprejetem
sporočilu msg_rec, ki proži digitalne izhode na LED vmesniku. S tem je komunikacijski
krog zaključen.
Slika 10.1: Prikaz programske zasnove za napravo gospodar
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
61
Na spodnji sliki (Slika 10.2) so prikazani podsklop prekinitvene rutine za poštni predal
Stanje, konfiguracija digitalnih izhodov za proženje LED vmesnika in zapis vrednosti
stanja 1 v spominski blok Stanje.
Slika 10.2. Prekinitvena rutina za branje poštnega predala stanje
Na spodnji sliki (Slika 10.3) je prikazan podsklop prekinitvene rutine, v kateri se preberejo
vrednosti podatkov z baterije in se zapišejo v spominske bloke, s pomočjo katerih prožimo
diode na LED vmesniku.
Slika 10.3: Prekinitvena rutina za branje poštnega predala s podatki z baterije
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
62
Na spodnji sliki (Slika 10.4) je prikazan podsistem, prožen s podatkom stanje = 1. Diagram
stanj (stateflow) smo uporabili kot prikaz možnosti programiranja s tem orodjem na
realnem sistemu. V diagramu stanj smo definirali samo dve stanji, ki nam glede na vhodni
podatek prožita izhod 1 ali 0. Ko je stanje 1, dobimo na izhodu 1, kar pomeni, da se bodo
prenašali podatki z neko vrednostjo, če je pa stanje različno od 1, se prenašajo podatki z
vrednostjo 0. V našem primeru do tega scenarija ne more priti, saj imamo v višjem nivoju
kot pogoj vstopa v ta podsistem stanje 1.
Slika 10.4: Prožen (enabled) podsistem za pošiljanje zahteve o podatkih na bateriji
10.2 Opis delovanja naprave suženj
Ko naprava suženj sprejme podatek msg_req, se sproži prekinitvena rutina, ki bere
vrednost na poštnem predalu, nastavljenem za sprejem krmilnih podatkov za baterijo iz
naprave gospodar. Na podlagi krmilnih podatkov se določi režim delovanja baterije ter se
izvede zapis vrednosti toka in napetosti oziroma razpoložljive moči baterije v spominske
bloke. Na podlagi podatka msg_req (pri prejemu sporočila iz gospodarja se zapiše v
pomnilnik) se prav tako proži podsistem (Slika 10.5) za pošiljanje informacij nazaj na
gospodarja.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
63
Slika 10.5: Prikaz programske zasnove za napravo suženj
Na spodnji sliki (Slika 10.6) je prikazan podsistem prekinitvene rutine za branje
podatkov iz poštnega predala, nastavljenega za sprejem krmilnih podatkov za baterijo iz
gospodarja. Za vrednost napetosti in toka smo izbrali konstantne vrednosti tipa int
(integer), po potrebi pa je možno izbrati katerikoli tip podatkov, ki jih podpirata bloka CAN
pack oziroma CAN unpack, ki sta opisana v prejšnjih poglavjih. Na podlagi podatka o
napetosti smo nato s pomočjo pogojnega bloka IF določili opisno vrednost napetosti na
bateriji (0 = battery low, 1 = batery OK or full or low, 2 = battery OK), kot smo jo
uporabljali pri simulaciji algoritma vodenja. Glede na podatek o režimu delovanja baterije
pa smo pošiljali podatek o razpoložljivem toku baterije (v primeru delovanja baterije kot
vir je tok pozitiven, v primeru delovanja kot breme pa je tok negativen). Na podlagi teh
podatkov smo prožili diode na LED vmesniku.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
64
Slika 10.6: Podsistem prekinitvene rutine za branje podatkov iz poštnega predala za
sprejem krmilnih podatkov iz naprave gospodar
Na spodnji sliki (Slika 10.7) je prikazan podsistem, prožen s podatkom msg_req. Ko na
vhod bloka (na enable) dobimo signal msg_rec = 1, se sproži pošiljanje podatkov, ki jih s
pomočjo pomnilniških blokov kličemo iz fizičnega pomnilnika. Če na izhodu iz
podsistema ne postavimo vrednosti pomnilniškega bloka msg_rec na 0, zadnja vrednost v
pomnilniku msg_req ostane na 1, kar povzroči, da se podsistem za pošiljanje izvaja v
neskončnost, to pa pomeni pošiljanje podatkov tudi, ko zahteva ni bila poslana.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
65
Slika 10.7: Podsistem, prožen s podatkom msg_req za pošiljanje želenih podatkov nazaj na
gospodarja
10.3 Prikaz delovanja
Z ukazom Build model sprožimo prevajanje modela iz Simulinka v C kodo, ki jo s
pomočjo programskega okolja Code Composer Studio (CCS) prenesemo na krmilniško
karto in jo izvajamo na procesorju TMS320F28335, ki je implementiran na tej karti.
Program se generira v pregledno drevesno strukturo v uporabniškem vmesniku CCS (Slika
10.8). Tako imamo pregled in dostop do konfiguracijskih delov programa, kot tudi do
glavnega programa main. S tem imamo omogočeno razhroščevanje in po želji tudi
poseganje v program glede na potrebe.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
66
Slika 10.8: Uporabniški vmesnik programskega okolja Code Composer Studio
Na sliki (Slika 10.9) je fotografija sistema, na katerem smo preizkušali CAN
komunikacijo. S številkami so označene enote, ki so opisane v prejšnjih poglavjih. S
številko 1 je označena naprava gospodar, na katero je priklopljen LED vmesnik za
spremljanje podatkov, ki jih pošiljamo z naprave suženj, ki pa je označena s številko 2. S
številkama 3 in 4 sta označeni oddajno/sprejemni napravi SN65HVD230, s številko 5
orodje CAN bus Analyzer, s številko 6 pa CAN vodilo (preplet žic). Ker sta naš sistem
predstavljali dve neodvisni napravi, smo morali programa izvajati na ločenih računalnikih.
S pomočjo osciloskopa smo analizirali dogajanje na CAN vodilu. Tako smo posneli nekaj
različnih stanj, ki so prikazana na spodnjih slikah.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
67
Slika 10.9: Fotografija CAN omrežja dveh naprav
Na sliki (Slika 10.10) sta prikazana oddajni (modra) in sprejemni (rdeča) CAN okvir.
Osciloskop je bil priklopljen na D (driver) kontakt naprave gospodar in R (reciever)
kontakt naprave suženj. Pri oddajnem signalu lahko opazimo zadnji bit, ki ga sprejemni
signal nima. To je bit, ki se imenuje EOT (End of Transmission) bit ali bit, ki javlja konec
oddajanja okvirja.
Slika 10.10: Oddajni in sprejemni okvir na vodilu
1
2 3
4
5
6
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
68
Na sliki (Slika 10.11) lahko vidimo napako na CAN vodilu, in sicer napako pri sprejemu.
Naprava oddaja sporočilo tako dolgo, dokler ne dobi odgovora o prejetem sporočilu. Do
napake je prišlo, ker smo na sprejemni napravi narobe vpisali vrednost identifikatorja v
blok za sprejem, zato se komunikacija ni izvedla.
Slika 10.11: Napaka pri sprejemu
Na spodnjih slikah je prikazana razlika med posnetim standardnim okvirjem z 11-bitnim
identifikatorjem (Slika 10.12) in razširjenim okvirjem z 29-bitnim identifikatorjem (Slika
10.13). Takoj lahko opazimo razliko v dolžini sporočila, kljub enakim podatkom, ki jih
prenaša. Modra črta predstavlja signal CAN high, rdeča pa CAN low. Razlika v napetostih
(Vdiff) med CAN_H in CAN_L je cca. 1,8 V, kar ustreza CAN standardu, ki narekuje, da
mora ta napetost znašati več kot 1,5 V za določitev dominantnega stanja na vodilu.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
69
Slika 10.12: Standardni okvir CAN
Slika 10.13: Razširjeni okvir CAN
Na sliki (Slika 10.14) je prikazana meritev časa od poslane zahteve po podatkih do sprejete
vrednosti na digitalnem izhodu. Z rdečo črto je prikazan okvir, v katerem smo iz karte
gospodar poslali zahtevo po podatkih o napetosti in toku na bateriji. Z modro črto je
označen vklop digitalnega izhoda po prejetem podatku iz sužnja. Izmerjeni čas je bil 682
µs. Meritev smo ponovili večkrat in pri vseh meritvah je bil ta čas v rangu 1 ms.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
70
Slika 10.14: Merjenje odzivnega časa
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
71
11 Sklep
V magistrskem delu smo raziskali področje delovanja hibridnih vozil, njihove
konfiguracije, zgodovino ter sam način vodenja in komunikacije med komponentami. Za
optimalno delovanje hibridnega vozila je za načrtovalca sistema potrebno dobro
poznavanje komponent in njihovih zmogljivosti, poznavanje zmožnosti in omejitev izbrane
konfiguracije ter sposobnost predvidevanja morebitno nastalih situacij v različnih režimih
delovanja.
V prvem delu magistrskega dela smo se spoznali z osnovnimi pojmi in
komponentami hibridnih vozil. Na podlagi teh informacij smo izdelali algoritem vodenja
za serijsko hibridno vozilo. V tej fazi razvoja smo definirali le stanja, ki so najbolj značilna
za takšno konfiguracijo. V nadaljnjem razvoju bo tako možno po potrebi dodati še več
stanj, ki jih bo potreboval načrtovalec sistema. Prav to je v končni fazi zanimivo, saj lahko
vsak posameznik določi, na kakšen način bo hibridno vozilo delovalo in kako bo potekala
distribucija energije do posameznih komponent. Ker projekt še ni v stopnji možnosti
priklopa in preizkusa na realnem sistemu, smo s simulacijo, izdelano v Matlab/Simulinku,
preizkušali delovanje sistema pod različnimi pogoji. Platforma programske opreme za
upravljanje z energijo tako vsebuje možnost simuliranja delovanja pretvorniških enot pod
različnimi pogoji ter možnost simulacije z bolj natančnimi modeli komponent, ki jih v
sklopu tega projekta nismo izdelali. Z natančnimi modeli komponent lahko poleg algoritma
vodenja simuliramo tudi obnašanje vsake posamezne komponente (polnjenje/praznjenje
akumulatorskih baterij, poraba goriva motorja z notranjim zgorevanjem itd.). Prav tako
lahko s pomočjo simulacij pravilno dimenzioniramo celotni sistem in preprečimo
morebitne napake pri preizkusu na realnem preizkuševališču oziroma vozilu.
V drugem delu je bila realizirana CAN komunikacija med dvema napravama.
Dobra distribucija krmilnih podatkov je za kompleksni sistem, kot je hibridno vozilo,
velikega pomena. Za programiranje procesorja TMS230F28335 smo uporabili knjižnice
Matlab/Simulinka, ki so kompatibilne za delo z napravami tega tipa proizvajalca Texas
Instruments. V Simulinku smo s pomočjo programskih blokov pripravili programski kodi,
ki smo ju s pomočjo programskega okolja CCS uporabili pri delovanju v realnem času. Pri
tem smo prek Simulinka dostopali do razširjenega eCAN modula ter ostalih perifernih enot
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
72
(GPIO, PWM) ki nam jih ponuja procesor. Tako smo pokazali možnost blokovnega
programiranja, ki za načrtovalca predstavlja drugačno ter tudi bolj prijazno okolje za
izdelavo programa in same logike delovanja. CAN komunikacijo smo poskusili pripraviti
tako, da jo je možno takoj povezati z algoritmom vodenja, saj smo pripravili dve napravi,
od katerih ena predstavlja komponento akumulatorske baterije, ki je sestavni del našega
vozila in predstavlja eno enoto v sistemu vodenja. Tako lahko na isti princip dodamo še
ostale tri naprave (podaljševalec dometa, generator in pogonski elektromotor) in zadeve
preizkusimo na realnem preizkuševališču. Definirati bo potrebno le podatke, ki jih želimo
spremljati in jih po potrebi dodati tudi v shemo vodenja.
S pomočjo orodja CAN bus Analyzer proizvajalca Microchip smo predstavili
poceni in preprosto možnost uporabe orodja za analizo CAN omrežij, saj nam uporabniški
vmesnik omogoča vpogled na dogajanje v CAN omrežju brez uporabe dragih osciloskopov
in podobnih naprav.
V sklopu magistrskega dela je tako realizirana platforma za razvoj vodenja in
komunikacije hibridnega avtomobila ter pripravljena vsa potrebna dokumentacija za
nadaljnje delo. V prihodnosti bo potrebno algoritem vodenja preizkusiti na realnem
sistemu z vsemi komponentami ter vse enote povezati v CAN komunikacijsko omrežje.
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
73
12 Literatura
[1] E. Grunditz , E. Jansson : Modeling and Simulation of a Hybrid Electric Vehicle for
Shell Eco – marathon and Electric Go – kart, Master of Science Thesis in Electric
Power Engineering, Department of Energy and Environment, CHALMERS
UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, Performed at Division of Electric Power
Engineering and QRTECH LAB, Göteborg 2009, Sweden; Dostopno na
http://www.chalmers.se/en/staff/Pages/emma-grunditz.aspx [10.9.2013]
[2] M. Rodič, M. Truntič, D. Drevenšek, M. Milanovič: Power management approach
for hybrid multi-input/multi-output converter, 14th International Power Electronics
and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2010, 6-8 Sept., 2010, CDROM,
Paper No. RS-136, pp. T6-6 - T6-13.
[3] S. Corrigan: Introduction to the Controller Area Network (CAN); SLOA101A,
Avgust 2002, revidirano Julij 2008, Dostopno na:
http://www.ti.com/lit/an/sloa101a/sloa101a.pdf [4.11.2014]
[4] I. Majcen: Brezžično področno vodilo CAN, Maribor: Fakulteta za elektrotehniko,
računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, 2008. Dostopno na:
http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=9112 [4.11.2014]
[5] ISO11898: Wikipedia, Dostopno na http://en.wikipedia.org/wiki/ISO_11898
[4.11.2014]
[6] Dušan Gleich, Marko Malajner, Iztok Majcen, Karl Benkič: Navodila za vajo 5 pri
predmetih Sistemi daljinskega vodenja in Komunikacije v avtomatiki; Fakulteta za
elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Laoratorij za
obdelavo signalov in daljinskega vodenja, april 2007. Dostopno na:
https://www.yumpu.com/sl/document/view/27708531/navodila-za-vajo-laboratorij-
za-obdelavo-signalov-in-daljinska- [4.11.2014]
[7] Texas Instruments: 3.3-V CAN transcievers; SLOS346K, Marec 2001, revidirano
Februarja 2011 Dostopno na: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd230.pdf
[4.11.2014]
[8] Microchip Technology Inc.: CAN bus analyzer user's guide DS51848B; 2011.
Dostopno na: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51848B.pdf
[4.11.2014]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
74
[9] Texas Instruments: TMS320F28335, TMS320F28334, TMS320F28332,
TMS320F28235, TMS320F28234, TMS320F28232 Digital Signal Controllers
(DSCs); SPRS439M, Junij 2007, revidirano Avgust 2012. Dostopno na:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tms320f28335.pdf [4.11.2014]
[10] M.Vajs: Izdelava programske opreme za štiri-kvadrantno vodenje PMSM s
pomočjo Matlab/Simulinka, Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in
informatiko Univerze v Mariboru, 2012. Dostopno na: http://dkum.uni-
mb.si/IzpisGradiva.php?id=38822 [4.11.2014]
[11] C. Farcas, D. Petreus, I. Ciocan and N. Palaghita: Modeling and Simulation of
Supercapacitors; Department of Applied Electronics, Faculty of Electronics,
Telecommunications and Information Technology, Technical University of Cluj-
Napoca, Cluj-Napoca, Romania;SIITME2009 – 15th International Symposium for
Design and Technology of Electronics Packages; Dostopno na
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5407373&url=http%3A%2
F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D5407373
[4.11.2014]
[12] M. Knauff, J. McLaughlin, Dr. C. Dafis in ostali: Simulink Model of a Lithium-Ion
Battery for the Hybrid Power System Testbed; Dostopno na
http://power.ece.drexel.edu/Students/Knauff/Simulink%20Model%20of%20a%20L
ithium-
Ion%20Battery%20for%20the%20Hybrid%20Power%20System%20Testbed.pdf
[4.11. 2014]
[13] D. McDonald: Electric Vehicle Drive Simulation with MATLAB/Simulink;
Dostopno na
http://people.cst.cmich.edu/yelam1k/asee/ASEE_North_Central_Section/Events_fil
es/Full%20Papers/McDonald.pdf [4.11.2011]
[14] A.Jarushi and N. Schofield: Modelling and Analysis of Energy Source
Combinations for Electric Vehicles; Dostopno na
https://www.escholar.manchester.ac.uk/uk-ac-man-scw:123309 [4.11.2014]
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
75
13 Priloge
Priloga A: Naslov in kratek življenjepis avtorja
Priloga B: izjava o ustreznosti zaključnega dela 2x, izjava o avtorstvu, izjava o istovetnosti
tiskane in elektronske verzije zaključnega dela in objavi osebnih podatkov diplomantov
Priloga C: CD s programsko opremo naprav gospodar in suženj, ter s programsko opremo
za izvedbo simulacij
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
76
Priloga A
Naslov avtorja
Mitja Osek
Žibernik 21
3250 Rog. Slatina
Kratek življenjepis:
Rojen: 18.5.1988, v Celju
Šolanje: 2. OŠ Rogaška Slatina
Šolski center Rogaška Slatina (program gimnazija)
UM FERI (1. bolonjska stopnja smer mehatronika)
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
77
Priloga B
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
78
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
79
Napajalni in pogonski sistem serijskega hibridnega vozila – platforma programske opreme za upravljanje z energijo
80