Gestión energética en vehículos híbridos eléctricos para la reducción de consumo y emisiones Contaminantes mediante técnicas óptimas y métodos estocásticos

Abstract

[EN] The increasing fuel price and strict emissions regulations are leading the increase in complexity of engines with innovative constructive solutions such as low and high pressure EGR, in-cylinder pressure measuring, alternative after treatment devices or new combustion modes. In addition, the engine is progressively integrated in more complex powertrain systems. In this context, the hybrid electric vehicle has been gaining presence during the last decade due to its improved fuel efficiency and disposability of alternative energy sources (e.g. plug-in hybrids or range extender vehicles). The complexity of hybrid powertrains offers a chance to apply the optimal control theory to its energy management system. Therefore, the appropriate control actuations are selected in order to minimize an objective function, such as fuel consumption, emissions level or a combination of them. In this sense, the present work proposes an optimal control methodology for hybrid electric vehicles energy management under the evaluation of fuel consumption and emissions level. Accordingly, an analysis on the vehicular side is done, evaluating the impact on fuel and economy of powertrain sizing using optimal techniques, and performing a stochastic study of driving conditions to improve the online implementation of an optimal controller. Finally, the applied methods are also implemented to the control of a turbocharged diesel engine to drive the switch between HP- and LPEGR in an optimal fashion.

[ES] El creciente precio del combustible y las normativas cada vez más estrictas llevan a los motores a una mayor complejidad con soluciones constructivas innovadoras como EGR de alta y baja presión, medida de presión en cámara, sistemas de post tratamiento alternativos o nuevos modos de combustión e incluso integrando progresivamente los motores en plantas motrices más complejas. En este contexto, los vehículos híbridos eléctricos han ganado presencia durante la última década debido a su eficiencia y el uso de fuentes de energía alternativas (p.e. híbridos enchufables o range extenders). La complejidad de las plantas motrices híbridas ofrece la oportunidad de aplicar la teoría de control óptimo a su sistema de gestión energética. Así, se seleccionan las actuaciones de control apropiadas para minimizar una función objetivo, bien sea el consumo de combustible, las emisiones o una combinación de ellas. En este sentido, el presente trabajo propone una metodología de control óptimo para la gestión de vehículos híbridos eléctricos atendiendo al consumo de combustible y las emisiones. De este modo, se ha realizado un análisis en la parte vehicular del sistema, evaluando el impacto del dimensionado de la planta motriz mediante técnicas óptimas en el consumo y la economía, y realizando un estudio estocástico de las condiciones de conducción para mejorar la implementación de un controlador óptimo en tiempo real. Finalmente, los métodos aplicados también se han implementado en el control de un motor diésel sobrealimentado para la gestión del EGR de alta y baja presión de manera óptima.