Distance‐oriented hierarchical control and ecological driving strategy for HEVs

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/163948/1/els2bf00154.pd

STRATEGI PENGGUNAAN SUMBER DAYA PADA PLUG-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE (PHEV) TIPE PARALEL MENGGUNAKAN METODE FUZZY LOGIC

Teknologi Plug In Electric Vehicle (PHEV) sebagai solusi penghematan penggunaan bahan bakar dengan menggunakan listrik sebagai salah satu sumbernya. Strategi konfigurasi yang digunakan harus tepat untuk meningkatkan efisiensi PHEV. Banyak penelitian menggunakan kecerdasan buatan sebagai strategi konfigurasi. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui strategi penggunaan sumber daya pada PHEV tipe parallel dengan menggunakan metode fuzzy logic. Penelitian menggunakan simulasi pada MATLAB dengan membuat pemodelan prius PHEV. Strategi Konfigurasi akan bergantung pada kecepatan, akselerasi dan SoC. Ketika menggunakan motor, kecepatan awal dari nilai torsi akan naik, nilai torsi akan menurun dengan bertambahnya kecepatan kendaraan. Oleh karena itu, nilai torsi diperlukan pada kecepatan kendaraan dan pengaturan diperlukan untuk menyesuaikan nilai torsi. Nilai output yang diperoleh akan menentukan sumber daya yang digunakan pada PHEV. Hasil penelitian meningkatkan efisiensi sebesar 3,35

REAL-TIME PREDICTIVE CONTROL OF CONNECTED VEHICLE POWERTRAINS FOR IMPROVED ENERGY EFFICIENCY

The continued push for the reduction of energy consumption across the automotive vehicle fleet has led to widespread adoption of hybrid and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) by auto manufacturers. In addition, connected and automated vehicle (CAV) technologies have seen rapid development in recent years and bring with them the potential to significantly impact vehicle energy consumption. This dissertation studies predictive control methods for PHEV powertrains that are enabled by CAV technologies with the goal of reducing vehicle energy consumption. First, a real-time predictive powertrain controller for PHEV energy management is developed. This controller utilizes predictions of future vehicle velocity and power demand in order to optimize powersplit decisions of the vehicle. This predictive powertrain controller utilizes nonlinear model predictive control (NMPC) to perform this optimization while being cognizant of future vehicle behavior. Second, the developed NMPC powertrain controller is thoroughly evaluated both in simulation and real-time testing. The controller is assessed over a large number of standardized and real-world drive cycles in simulation in order to properly quantify the energy savings benefits of the controller. In addition, the NMPC powertrain controller is deployed onto a real-time rapid prototyping embedded controller installed in a test vehicle. Using this real-time testing setup, the developed NMPC powertrain controller is evaluated using on-road testing for both energy savings performance and real-time performance. Third, a real-time integrated predictive powertrain controller (IPPC) for a multi-mode PHEV is presented. Utilizing predictions of future vehicle behavior, an optimal mode path plan is computed in order to determine a mode command best suited to the future conditions. In addition, this optimal mode path planning controller is integrated with the NMPC powertrain controller to create a real-time integrated predictive powertrain controller that is capable of full supervisory control for a multi-mode PHEV. Fourth, the IPPC is evaluated in simulation testing across a range of standard and real-world drive cycles in order to quantify the energy savings of the controller. This analysis is comprised of the combined benefit of the NMPC powertrain controller and the optimal mode path planning controller. The IPPC is deployed onto a rapid prototyping embedded controller for real-time evaluation. Using the real-time implementation of the IPPC, on-road testing was performed to assess both energy benefits and real-time performance of the IPPC. Finally, as the controllers developed in this research were evaluated for a single vehicle platform, the applicability of these controllers to other platforms is discussed. Multiple cases are discussed on how both the NMPC powertrain controller and the optimal mode path planning controller can be applied to other vehicle platforms in order to broaden the scope of this research

Stratégies de gestion d’énergie pour véhicules électriques et hybride avec systèmes hybride de stockage d’énergie

Les véhicules électriques et hybrides font partie des éléments clés pour résoudre les problèmes de réchauffement de la planète et d'épuisement des ressources en combustibles fossiles dans le domaine du transporte. En raison des limites des différents systèmes de stockage et de conversion d’énergie en termes de puissance et d'énergie, les hybridations sont intéressantes pour les véhicules électriques (VE). Dans cette thèse, deux hybridations typiques sont étudiées • un sous-système de stockage d'énergie hybride combinant des batteries et des supercondensateurs (SC) ; • et un sous-système de traction hybride parallèle combinant moteur à combustion interne et entraînement électrique. Ces sources d'énergie et ces conversions combinées doivent être gérées dans le cadre de stratégies de gestion de l'énergie (SGE). Parmi celles-ci, les méthodes basées sur l'optimisation présentent un intérêt en raison de leur approche systématique et de leurs performances élevées. Néanmoins, ces méthodes sont souvent compliquées et demandent beaucoup de temps de calcul, ce qui peut être difficile à réaliser dans des applications réelles. L'objectif de cette thèse est de développer des SGE simples mais efficaces basées sur l'optimisation en temps réel pour un VE et un camion à traction hybride parallèle alimentés par des batteries et des SC (système de stockage hybride). Les complexités du système étudié sont réduites en utilisant la représentation macroscopique énergétique (REM). La REM permet de réaliser des modèles réduits pour la gestion de l'énergie au niveau de la supervision. La théorie du contrôle optimal est ensuite appliquée à ces modèles réduits pour réaliser des SGE en temps réel. Ces stratégies sont basées sur des réductions de modèle appropriées, mais elles sont systématiques et performantes. Les performances des SGE proposées sont vérifiées en simulation par comparaison avec l’optimum théorique (programmation dynamique). De plus, les capacités en temps réel des SGE développées sont validées via des expériences en « hardware-in-the-loop » à puissances réduites. Les résultats confirment les avantages des stratégies proposées développées par l'approche unifiée de la thèse.Abstract: Electric and hybrid vehicles are among the keys to solve the problems of global warming and exhausted fossil fuel resources in transportation sector. Due to the limits of energy sources and energy converters in terms of power and energy, hybridizations are of interest for future electrified vehicles. Two typical hybridizations are studied in this thesis: • hybrid energy storage subsystem combining batteries and supercapacitors (SCs); and • hybrid traction subsystem combining internal combustion engine and electric drive. Such combined energy sources and converters must be handled by energy management strategies (EMSs). In which, optimization-based methods are of interest due to their high performance. Nonetheless, these methods are often complicated and computation consuming which can be difficult to be realized in real-world applications. The objective of this thesis is to develop simple but effective real-time optimization-based EMSs for an electric car and a parallel hybrid truck supplied by batteries and SCs. The complexities of the studied system are tackled by using Energetic Macroscopic Representation (EMR) which helps to conduct reduced models for energy management at the supervisory level. Optimal control theory is then applied to these reduced models to accomplish real-time EMSs. These strategies are simple due to the suitable model reductions but systematic and high-performance due to the optimization-based methods. The performances of the proposed strategies are verified via simulations by comparing with off-line optimal benchmark deduced by dynamic programming. Moreover, real-time capabilities of these novel EMSs are validated via experiments by using reduced-scale power hardware-in-the-loop simulation. The results confirm the advantages of the proposed strategies developed by the unified approach in the thesis