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.