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Optimierungsbasiertes vorausschauendes Energiemanagement von Plug-in-Hybridfahrzeugen

  • Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer optimierungsbasierten Betriebsstrategie von Plug-In-Hybridfahrzeugen (PHEV), welche basierend auf Vorausschauinformationen die Freiheitsgrade Lastpunktverschiebung und Motor-An/Aus-Entscheidung kraftstoffoptimal einstellt. Der Hauptfokus der Arbeit liegt dabei auf der Entwicklung einer echtzeitfähigen Strategie für Serienfahrzeuge. Hierfür wird ein neuartiger Ansatz auf Basis des Minimumprinzips nach Pontryagin (PMP) vorgestellt, durch welchen die Freiheitsgrade des PHEV kraftstoffoptimal eingestellt werden können. Dabei werden Informationen über die vorausliegende Strecke effizient berücksichtigt. Die Qualität der in der Realität verfügbaren Vorausschaudaten stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, da dadurch zwei in der Praxis besonders relevante Aspekte auftreten: 1) Bei der Verwendung von PMP können durch das besonders starke Auftreten sogenannter Singularitäten die Randbedingungen des Optimalsteuerungsproblems nicht exakt eingehalten werden. Um dieses Problem zu lösen, wurde in dieser Arbeit eine neuartige, PMP basierte Methodik entwickelt. 2) Die für die Optimierung zur Verfügung stehenden Informationen sind zwangsweise unsicher, und das reale Fahrzeugverhalten weicht von dem der Navi-Vorausschau ab. Um mit dieser Unsicherheit umgehen zu können, wurde in dieser Arbeit eine Feedback-Struktur entwickelt, welche eine Anpassung der Strategie auf ein abweichendes Fahrzeugverhalten ermöglicht. Des Weiteren wurde eine Verallgemeinerung der vorgestellten PMP-Methodik entwickelt, wodurch eine Integration von Motorstartkosten und externen Anforderungen an die Motor-An/Aus-Entscheidung ermöglicht werden kann. Zu diesem Zweck wurde eine Kombination von Dynamischer Programmierung und PMP betrachtet. Die entwickelten Strategien wurden sowohl in der Simulation wie auch auf einem Prüfstand analysiert und validiert. Abschließend wurde hierfür ein Vergleich mit regelbasierten Betriebsstrategien vorgestellt. Dabei konnte ein deutlicher Verbrauchsvorteil durch die Verwendung der entwickelten, optimierungsbasierten Betriebsstrategie ausgewiesen werden.

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Metadaten
Author:Roland Schmid
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-68142
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6814
Advisor:Naim Bajcinca
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/04/28
Year of Publication:2022
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/03/07
Date of the Publication (Server):2022/04/29
Number of page:XVI, 129
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)