Improving System Design and Power Management for Hybrid Hydraulic Vehicles Minimizing Fuel Consumption

Im Fokus dieser Arbeit steht die optimale Gestaltung und Steuerung von hybridhydraulischen Fahrzeugen, um die gewunschten Eigenschaften des Systems, namlich Kraftstoffverbrauch und Fahrbarkeit zu verbessern. Trotz unterschiedlich optimaler und suboptimaler Power-Management-Strategien sind typische Probleme im Umgang mit der Echtzeit-Anwendbarkeit von Power-Management-Strategien, speziell Rechenlast und Lastzyklus-Anforderungen noch diskutierte Themen in diesem Zusammenhang. Basierend auf den Modellen der hydraulischen Komponenten und Teilsysteme werden typische hydraulische Hybridfahrzeugtopologien entwickelt, verifiziert und mit Simulationsergebnissen aus technischer Software fur die Modellierung der Hydrauliksysteme verglichen. Die parametrischen Modelle konnen fur die Umsetzung des typischen optimalen Power-Management Strategien verwendet werden. Der Kern der Arbeit ist die Entwicklung, Anwendung, Optimierung und Auswertung von Druckregelstrategien, Power-Management-Strategien, sowie die Optimierung des Systemdesigns. Obwohl regelbasierte Druckregelstrategien suboptimale Ansatze darstellen, werden Kraftstoffverbrauch und Fahrverhalten in Form von Referenz Geschwindigkeits-Trackings als wichtigste Kriterien fur eine angemessene Bewertung und den Vergleich von optimierten Power-Management-Strategien im Rahmen dieser Arbeit berucksichtigt. Um eine Online-Optimale Power-Management-Strategie zu entwickeln, sind drei Arten von Multi-objective Multi-parametric optimalen Steuerungsprobleme entwickelt und im System angewendet worden. Hierbei werden verschiedene Optimierungsalgorithmen wie Dynamic Programming (DP), Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II) und Model Predictive Control (MPC) angewendet. Der Hauptgrund fur die Entwicklung von DP-basierten Leistungsverwaltungen ist die Entwicklung eines Off-line Power Management, um die Leistung von anderen entwickelten Algorithmen zu bewerten. Anschliesend wird eine Instantaneous Optimized Power Management (IOPM) auf der Grundlage quasi-statischer Modelle des Systems entwickelt, welche auf dem momentanen Leistungsbedarf in jedem Zeitschritt basiert. Die entwickelten Power Management Strategien verbessern erheblich die gewunschten Systemeigenschaften, namlich Effizienz und Fahrbarkeit Regelbasierte Druckregelstrategien sowie IOPM zeigen eine vergleichbare Performance. Basierend auf den entwickelten Off-line Power Management Strategien wird ein globaler Optimierungsansatz fur die gleichzeitige Optimierung von Design-und Steuerungsparametern in diesem Beitrag entwickelt. Mit diesem Ansatz kann eine optimale Systemauslegung und deren Regelparameter an die angegebene Topologie fur eine beliebige Fahrzeugklasse erreicht werden.