Fuel-Efficient Look-Ahead Control for Heavy-Duty Vehicles with Varying Velocity Demands
Tid: Fr 2020-06-12 kl 14.00
Plats: Disputation in Zoom: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_Atk97qAwS9OiEW8dTC0Fyg (English)
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Manne Held , Reglerteknik
Opponent: Professor Ardalan Vahidi, Clemson University
Handledare: Jonas Mårtensson, Reglerteknik, Integrated Transport Research Lab, ITRL; Oscar Flärdh, Scania CV AB
Abstract
Bränsleförbrukningen för tunga fordon kan sänkas genom att använda information om framtida vägförhållanden för att styra fordonen. De flesta fordonstillverkare erbjuder idag prediktiva farthållare för motorvägskörning, där information består av data för väglutning och fordonets hastighet endast har små variationer. Denna avhandling behandlar körfall där hastighetsvariationerna är stora, som för t.ex. fordon i distributionsdrift eller gruvfordon. För sådana fordon är andra typer av information viktiga, som t.ex. hastighetsbegränsningar och kurvatur. Genom att formulera köruppdraget som ett optimalt styrproblem, tas bränsleeffektiv styrning fram.
För det första visas hur framförhållningsinformation kan användas för att sätta bivillkor i det optimala styrproblemet. Utifrån en hastighetsreferens från en körcykel skapas en hastighetskorridor, vilken består av en övre och en undre gräns för den tillåtna hastigheten. För att förhindra att hastigheten i lösning avviker för mycket från ett normalt körsätt används data från verklig lastbilskörning när bivillkoren sätts. Här visas också hur kurvatur och hastighetsbegränsningar kan användas tillsammans med begränsningar på fordonets aktuatorer och anpassning för körbarhet när hastighetskorridoren skapas.
För det andra används en fordonsmodell baserad på krafter för att hitta energiminimerande hastighetsstyrning. Styrproblemet löses med hjälp av Pontryagins maximum princip för att undersöka energibesparingarna för olika inställningar på hastighetskorridoren. Problemet formuleras sedan på receding-horizon form och en modellprediktiv regulator används för att undersöka horisontlängdens inverkan på energiförbrukningen. Tid och fas för trafikljus läggs sedan till den tillgängliga informationen för att hitta den optimala körstrategin vid körning bland trafikljus.
För det tredje utökas fordonsmodellen till att innehålla drivlinekomponenter via två olika ansatser. I den första ansatsen används en Boleansk variabel för att representera huruvida drivlinan är öppen eller stängd. Detta gör att fordonet kan frirulla, vilket sparar bränsle genom att minska släpförlusterna i motorn. Problemet formuleras som ett blandat kvadratiskt heltalsproblem. I den andra ansatsen modelleras hela drivlinan, med en bränslemussla för motorn och förlustmodell för växellådan baserade på tidigare mätningar. Problemet löses genom dynamisk programmering med övergångar mellan tillstånd genom växlingar, frirullning och släpning.
För det fjärde används optimal styrning för att implementera en regulator för drivlinestyrning i en Scania-lastbil. Problemet löses först offline, vilket ger trajektorier för hastighet och frirullning. Dessa används sedan online i fordonet som referens till befintliga regulatorer för momentstyrning och växelval. Experiment med bränslemätning ger 16% uppmätt bränslebesparing mot 18% besparing från lösningen till det optimala styrproblemet.