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Main Title: Modellbasierte Optimalsteuerung im Energiemanagement des Kraftfahrzeugs
Translated Title: Vehicle energy management by means of model-based optimal control
Author(s): Appelt, Christian
Advisor(s): Tsatsaronis, George
Drückhammer, Jens
Referee(s): Tsatsaronis, George
Bäker, Bernard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Diese Arbeit demonstriert an mehreren Steuerungsproblemen im Energiemanagement des Kraftfahrzeugs die flexible Anwendbarkeit der Dynamischen Programmierung (DP). In Kombination mit einem Modell der Fahrzeuglängsdynamik werden verschiedene Optimierungsprobleme des Antriebs zur Minimierung des Energieverbrauchs gelöst. Zweck der Steuerungsoptimierung ist zum einen die Potenzialabschätzung eines gegebenen Systems, zum anderen die Abstimmung einer Steuerungsfunktion für den Einsatz im Steuergerät des Fahrzeugs. Diese Berechnungsmethode steht Funktionenoptimierungen in Form von Heuristiken bzw. parameter-variativen Steuerungsstrategien gegenüber. Deren Optimalität ist oft nicht sichergestellt, wodurch sich deren Bewertung auf eine Abschätzung begrenzt. Aufgrund der globalen Optimalität der Dynamischen Programmierung ist die Wirksamkeit einer untersuchten Steuerungsstrategie direkt auf das Steuerungs- optimum bilanzierbar und somit bewertbar. Die folgenden drei Steuerungsprobleme werden bearbeitet. • Minimierung von Zeit- und Energieverbrauch durch Wahl der Fahrzeuggeschwindigkeit • Minimierung des Kraftstoffverbrauchs durch die Ansteuerung eines Wärmespeichersystems im Thermomanagement von Motor und Getriebe • Minimierung des Kraftstoffverbrauchs durch die Ansteuerung von Hybridantriebssträngen Dabei handelt es sich um Steuerungsaufgaben, deren Einfluss auf den Energieverbrauch des Fahrzeugs wesentlich ist. Somit ist eine gute Ausgangsbasis hinsichtlich der notwendigen Mess- und Simulations- genauigkeit zur Validierung der Berechnungsmethode sichergestellt. In allen Fällen wird auf ein vielfach echtzeitfähiges Fahrzeugmodell zurückgegriffen. Ein quasistatischer, inverser Modellansatz ermöglicht aufgrund der Zeitkonstanten in der Fahrzeuglängsdynamik einen ausreichend geringen Rechenaufwand. In Kombination mit dem Optimierungsverfahren der Dynamischen Programmierung wird das globale Optimum des gewünschten Steuersignals bzgl. einer gegebenen Kostenfunktion erzeugt. Im Anschluss wird eine Steuerstrategie aus den Erkenntnissen dieser Optimierung generiert oder verbessert.
Using several examples of energy management problems, the flexible usage of dynamic programming (DP) is demonstrated. Combined with a model of the vehicle’s longitudinal dynamics multiple powertrain control problems for minimizing fuel consumption are solved. The purpose of solving these control problems is a determination of the system’s fuel-savings potential on the one hand and, on the other hand, the adjust- ment of a control strategy for an online vehicle operation. By this means the computation method represents a contrary approach to heuristics and parameter variation of given control strategies. Their optimality con often not be assured, which limits their evaluation to an estimation. Due to the global optimality of the dynamic programming method the effectiveness of a developed control strategy can directly be specified refered to the optimal control potential. The following three control problems are being examined: • Minimization of time and energy consumption by controlling the vehicle’s velocity • Minimization of fuel consumption by controlling a heat-storage system’s heating up support of the engine and gearbox • Minimization of fuel consumption by controlling the torque split of a hybrid powertrain The above control problems have been choosen due to their significant impact on the vehicle’s energy consumption. In this way requirements for the simulation and measurement accuracy can be kept on an acceptable level and the process of validating the calculation method can be guaranteed. A multiple realtime capable vehicle model is applied to every example of use. The quasi-static, inverse modelling approach enables an acceptable low computational effort due to the time constants in the automotive field of longitudinal dynamics. In combination with the optimization method dynamic programming, the optimal control signal is generated. Subsequently a control strategy is developed or an existing control strategy is improved by using these optimal control findings.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-57151
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4498
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4201
Exam Date: 11-Jul-2014
Issue Date: 8-Oct-2014
Date Available: 8-Oct-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Dynamische Programmierung
Hybridsteuerung
Kraftfahrzeug
Kraftstoffverbrauch
Modellbasiert
Optimalfahrweise
Optimalsteuerung
Thermomanagement
Dynamic programming
hybrid powertrain control
automotive vehicle
fuel consumption
model based
optimal driving profile
optimal control
thermal management
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 3 Prozesswissenschaften » Institut für Energietechnik » Publications

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