Energy Management Strategies for Diesel Hybrid Electric Vehicle
Lois de gestion de l’energie pour le véhicule hybride Diesel
IFP Energies nouvelles, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852
Rueil-Malmaison Cedex – France
e-mail: olivier.grondin@ifpen.fr – laurent.thibault@ifpen.fr – carole.querel@ifpen.fr
* Corresponding author
This paper focuses on hybrid energy management for a Diesel Hybrid Electric Vehicle (HEV) with a parallel architecture. The proposed strategy focuses on the reduction of Nitric Oxides (NOx) emissions that represents a key issue to meet diesel emissions standards. The strategy is split in two separated functions aiming at limiting the NOx in steady-state and transient operating conditions. The first functions, control the torque split between the engine and the electric motor. This energy management is based on the Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) where an additional degree of freedom is introduced to tune the optimization tradeoffs from the pure fuel economy case to the pure NOx limitation case. The second function adapts the torque split ratio between the motor and the engine, initially computed from the optimal control strategy during transient operations where NOx are produced. The engine torque correction relies on mean value models for the EGR system dynamics and for the NOx formation. This paper applies a methodology based on Software in the Loop (SiL) and Hardware in the Loop (HiL) simulations in order to understand the system performance according to the powertrain configurations and also to tune the proposed energy management strategy. The simulation results are confirmed by experiments performed on Hybrid-Hardware in the Loop (Hy-HiL) test bench. This work shows the potential of using the hybrid architecture to limit NOx emissions by choosing the best operating point and by limiting the engine dynamics. The NOx reduction has limited impact on fuel consumption.
Résumé
Cet article présente une stratégie de gestion de l’énergie pour un véhicule hybride parallèle muni d’une motorisation Diesel. Cette stratégie est consacrée à la réduction des émissions d’oxydes d’azote (NOx) dont la dépollution constitue une problématique majeure pour l’homologation des véhicules Diesel. La stratégie comporte deux fonctions distinctes visant à limiter les émissions de NOx en régime stabilisé et en régime transitoire. La première fonction agit sur la répartition de couple entre le moteur thermique et la machine électrique. L’approche ECMS (Equivalent Consumption Minimization Strategy, ou stratégie de minimisation de la consommation équivalente) est utilisée pour gérer la réparation de couple et dans notre cas elle intègre dans la fonction coût un compromis entre la consommation et les émissions de NOx. La seconde fonction corrige la répartition de couple issue de l’ECMS mais uniquement en régime transitoire et afin de réduire les pics d’émissions de NOx. L’adaptation de la répartition de couple repose sur des modèles moyens du système EGR et de la formation des NOx. Cet article présente le principe de ces stratégies et leur comportement est analysé grâce à un simulateur représentatif des émissions polluantes. Ces résultats sont complétés par des essais expérimentaux sur un banc moteur HiL (Hardware in the Loop). Ce travail montre qu’il est possible de limiter les émissions de NOx par le biais de l’hybridation en adaptant le choix du point de fonctionnement du moteur et en réduisant les sollicitations transitoires pendant lesquelles les NOx sont produits. La réduction des émissions de NOx n’est pas obtenue au détriment de la consommation.
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