Predictive energy management of hybrid electric vehicles with uncertain torque demand forecast for on-road operation

• Prädiktives Energiemanagement von Hybridfahrzeugen mit unsicherer Vorausschau des Fahrerwunschmoments für den realen Straßeneinsatz

Joševski, Martina; Abel, Dirk (Thesis advisor); Andert, Jakob Lukas (Thesis advisor)

Aachen (2018)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Disseration wird der Entwurf und die Implementierung eines echtzeitfähigen Schätzungs- und Regelungskonzepts für Parallelhybridfahrzeuge untersucht, das für den realen Straßeneinsatz geeignet ist. Die Ziele der Regelung sind dabei die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs, die verbesserte Ladungserhaltung der Batterie, die Erhöhung des Fahrkomforts im Sinne der Minimierung von Gangwechseln sowie Ein- und Ausschaltvorgängen der Verbrennungskraftmaschine (VKM), die Maximierung der Rekuperation sowie die möglichst verzugsfreie Bereitstellung des Fahrerwunschmoments. Das Regelungskonzept basiert dabei auf einer modellbasierten prädiktiven Regelung (MPR). Während MPR-basierte Regelungskonzepte für das Energiemanagement von Hybridfahrzeugen in den letzten 15 Jahren im Allgemeinen schon umfassend untersucht wurden, stellen MPR-basierte Strategien für den realen Straßeneinsatz ein aktives Forschungsfeld dar. Für die Ermittlung des zukünftigen (unsicheren) Fahrerwunschmoments kommt ein Schätzer zum Einsatz, der auf Methoden des maschinellen Lernen basiert und Telematikdaten, wie z.B. Geschwindigkeitsbeschränkungen entlag der Fahrtroute, verwendet.Unter Verwendung von stochastischen und robusten Methoden ist das Regelungskonzept explizit darauf ausgelegt, die Abweichungen des prädizierten vom tatsächlichen Fahrerwunschmoments (d.h. die Unsicherheiten der Prädiktion), so wie sie im realen Straßeneinsatz vorhanden sind, zu berücksichtigen. Diese Abweichungen können mit einer signifikanten Verschlechterung der Performance sowie mit einer Verletzung von Nebenbedingungen des Energiemenagements einhergehen. Das Regelungskonzept ist dabei hierarchisch organisiert und besteht aus einem High-Level Regler, der über einen längeren Zeithorizont die Kraftstoffeffizienz, die Gangwahl und das Ein-/Ausschalten der VKM optimiert, sowie einem Low-Level Regler, der die möglichst verzugsfreie Bereitstellung des Fahrerwunschmoments über einen kurzen Zeithorizont sicherstellt.Zur Validierung des vorgestellten Konzepts wird eine umfassende Simulationsstudie unter Verwendung von dSPACE Automotive Simulation Models durchgeführt. Das Konzept ist gemäß Zielsetzung echtzeitfähig, modular und für den realen Straßeneinsatz geeignet.