美国太阳能挑战:在中西部一场艰苦的战斗

发布的坦尼娅Kuruvilla,2021年11月22日

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            在今日的帖子里,山姆Reinsel加入我们谈论的美国太阳能挑战。交给你了,山姆。
           

            与电动汽车行业的前沿,创新和能源效率的新方法可能会成为下一个生产汽车的大战场。你不需要费力就能发现今天车辆推到极致。汽车就像光年一正在推动效率的局限性和技术在他们的太阳能电池板直接在车辆上的使用。

            团队在光年才开始完全从头开始:他们开始他们的太阳能之旅作为学生参与太阳能汽车比赛。这些种族之一美国太阳能挑战:ASC 2021年就结束了,在看到今年reddit发布详细的路线从堪萨斯到圣达菲,我想调查多少额外工作的太阳能汽车将需要做的落基山脉的边缘。

            如果你不熟悉太阳能赛车,这是一个有趣的工程挑战。团队必须建立他们的车辆严格法规限制该地区的太阳能电池板(这也限制了他们可以多少能量捕获结果)。车辆穿越现实的道路在1000 +公里越野集会上几天,只被允许使用他们捕捉来自太阳的能量来维持。下面的分析我只是冰山一角的战略和规划为这些比赛,除了所有的工程工作。

制图课程

            首先,请记住,张贴在reddit的路线(https://www.reddit.com/r/solarracing/comments/oij0sc/asc_2021_route_map/)不是官方路线(最终改变基于任何建筑或其他问题),但这是一个奇妙的地方开始看看两队将会反对。有一些问题,已经与它当我推倒.kml文件,所以它不是完美的。估计总里程时,然而,我最终~ 0.1英里内每条腿比官方路线的书,所以我的目的这是不够好。

            在我们做任何事情的之前,我们应该先抓住从谷歌地图的路线。我下载它作为.kml文件,我读到MATLAB使用文件交换的提交大约只要我一直使用MATLAB: kml2struct//www.tatmou.com/matlabcentral/fileexchange/35642-kml2struct
           

            通过这个函数我们可以将我们的数据开始分析路线,即分为9段(3选循环)和情节在一个基本的地图:

              ascFile = kml2struct (“ASC 2021. kml”);
             

              lineSegs = ascFile (strcmp ({ascFile.Geometry},“行”));
             

图

              gx = geoaxes;
             

              持有在
             

              为印第安纳州= 1:元素个数(lineSegs)
             

              geoplot (gx lineSegs(印第安纳州). lat lineSegs .Lon(印第安纳州),“线宽”5)
             

              结束
             

              geobasemap (gx“街道”)
             

            这给了我们一个很好的概述的路线,但这并不比在谷歌地图上。开始一个更好看的能源需求上升,我们需要得到一个数字高程图的区域。

找到合适的地图

            简化工作流程(和避免下载文件到我工作的所有pc)我使用webmap进口映射工具。首先,我需要寻找任何webmap服务器在该地区海拔数据。我也要过滤我的搜索,以确保我得到高程数据:

              layerSearch = wmsfind (“高度”,“searchfield”,“layername”,“Latlim”(30、45),“Lonlim”(-110、90));
             

              确保你= layerSearch.servers;
             

              thisServer = WebMapServer(确保你{5});
             

              能力= getCapabilities (thisServer);
             

              层= capabilities.Layer (11);
             

              请求= WMSMapRequest(层,thisServer);
             

            一旦我有服务器的列表和层搜索条件相匹配的,我可以开始寻找webmap有我所需要的东西。这里有一些试验和错误,我保证我满意我拉的地图,但我最终选定了一个https://elevation.nationalmap.gov/我想找到一个更好的粒度的高程数据,但是现在这个有我所需要的东西。现在我只需要构建请求数据。我需要指定层的地图我希望(在本例中,我只需要一个),经度和纬度限制我的请求,数据的分辨率,我会回来。我选定了一个3000×3000的形象,主要是由于性能原因我弱的机器。

              thisServer = WebMapServer(确保你{4});
             

              能力= getCapabilities (thisServer);
             

              层= capabilities.Layer (11);
             

              请求= WMSMapRequest(层,thisServer);
             

              请求。Latlim = 40 [35];
             

              请求。Lonlim = (-106 - -94);
             

              请求。ImageHeight = 3000;
             

              请求。ImageWidth = 3000;
             

              请求。ImageFormat =“图像/ jpeg”;
             

              = getMap (thisServer request.RequestURL);
             

              R = request.RasterReference;
             

            现在我有高程数据,我可以创建一个新版本的地图。对于这个webmap传回的数据作为一个图像而不是海拔数据本身,所以我需要把它从灰度图像(值0到255不等)实际的高程数据。我发现自己经常写这样的重新映射,所以我有另一个文件的文件交换,我用来避免重写这段代码每次我需要它。//www.tatmou.com/matlabcentral/fileexchange/61213-mapfun-value-fromlow-fromhigh-tolow-tohigh
           

            我喜欢这样的实用程序文件以避免重写常见功能,避免拼写错误或把我的公式。下面我写的代码,但是一旦完成我们可以划分与高程数据:

图

              wm = worldmap(右);
             

              %一个例子使用mapfun文件交换
             

              % mapElevation = mapfun(双((:,:1)),0,255,-60.3041,3922.47);
             

              %和手工版:
             

              mapElevation =(双((:,:1))- 0)。* (3922.47 - -60.3041)。/ (255 - 0)+ -60.3041;
             

              geoshow (mapElevation, R,“DisplayType”,“texturemap”)
             

              colormap涡轮增压
             

              c = colorbar;
             

              c.Label。字符串=“高程,m”;
             

              持有在
             

              为印第安纳州= 1:元素个数(lineSegs)
             

              geoshow (lineSegs(印第安纳州). lat lineSegs .Lon(印第安纳州),“线宽”3,“颜色”,兰德(1、3))
             

              结束
             

              持有从
             

            这清楚地表明太阳能汽车有相当大的垂直爬在他们前面,这需要大量的能量来克服。不像日常通勤,电动汽车可能会弥补一些额外的艰苦繁重与再生制动背下山的路上,太阳能汽车甚至没有回程的事情。最激烈的高程变化的任何部分发生在段E,在车辆需要爬近一公里。如果我们放大部分的高程图我们可以看到最高程变化的领域将包括更多的细节:

            看着高程变化在整个路线,人们最容易爬的这一部分征税(尽管这里,平均道路等级并不严重,只是更加一致)。

对能源消耗的影响

            最终,我的好奇心是多少需要更多的能量来克服地形平坦的道路,这不仅需要映射高程,但运行它通过一个汽车模型。我没有任何个人的近似太阳能汽车,所以我使用一个常见的电动汽车作为我的基础比较。它不会是正确的总能量消耗(我们说几千英镑的额外重量在我的模型),但应该给我们一个比较体面的多少高程变化的影响所需的能量。

            因为我只是寻找一个基准,而不是使用成熟的汽车模型,我建立了一个可配置的一些常见的电动汽车的功率损耗模型。我们讨论了这种模型在车辆模型系列,如果你感兴趣的话你应该看看这些视频://www.tatmou.com/videos/matlab -和-模金宝app型-赛车-休闲-车辆-建模-部分1 -模型- 1502466996305. - html
           

            确保模型是足够准确的,我比较发表EPA能源消耗数据在主要城市和高速公路开车周期。这些数字不相当一样的标签燃油经济性在窗口贴纸你看到经销商:标签需要多个驱动周期和一些修正因素来确定更真实的结果。EPA数据我使用原始的,未经调整的数据个别周期,这是更好的比较作为我们的模型的能耗也将调整。我powerloss模型并不完美:对于一些电动车我只能在~ 15%左右,其他人则在2 - 3%的大多数驱动周期。最后几%会打扰我如果我是构建一个更加复杂,高保真模型:但是我的快速分析我觉得满意,接近了。

            多少更多的权力才能爬上落基山脉的丘陵地带吗?我跑2模拟:一年级的考虑,一个没有。由此产生的权力差异是相对温和的:通常只有几千瓦的区别。部分E,明显高于年级平均我们的峰值近35 kw的额外的权力

            多少对能源消费的影响呢?模拟,我看见一个总7千瓦时的能源消耗增加,左右没有品位5%左右以上运行。而不是大幅增加,在太阳能赛车5%的背景下,更多的能量(所有来自太阳!)是重要的。

            我的模型的一个限制是,我重用美国HWFET认证周期速度剖面,因为我还没有找到一个简单的源限速。我认为使用GPS路线来估计道路曲率调整目标车辆速度作为替代方法生成一个速度跟踪但决定集中精力提高功率损耗模型与我相反。即使有限速,太阳能汽车本身非常简化车辆严格限制他们的权力,所以他们不能加速或维持高速客运车辆可以相同的方式。

            还有许多其他因素团队必须考虑沿线:云覆盖,如何路线位置对太阳、风速、和许多更多。每个玩到策略需要每个团队完成事件:但愿你可以看到从我这里介绍如何探索开始考虑这些方面以相对简单的方式,用很少的数据需要开始得出结论我们需要考虑高层战略决策。

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类别:: 汽车

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