Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimal Speed and Powertrain Control of a Heavy-Duty Vehicle in Urban Driving
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Automatic Control. KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Centres, Integrated Transport Research Lab, ITRL.ORCID iD: 0000-0003-2923-986X
2017 (English)Licentiate thesis, monograph (Other academic)
Abstract [sv]

A major challenge in the transportation industry is how to reduce the emissions of greenhouse gases. One way of achieving this in vehicles is to drive more fuel-efficiently. One recently developed technique that has been successful in reducing the fuel consumption is the look-ahead cruise controller, which utilizes future conditions such as road topography. In this this thesis, similar methods are used in order to reduce the fuel consumption of heavy-duty vehicles driving in environments where the required and desired velocity vary. The main focus is on vehicles in urban driving, which must alter their velocity due to, for instance, changing legal speed restrictions and the presence of intersections. The driving missions of such vehicles are here formulated as optimal control problems. In order to restrict the vehicle to drive in a way that does not deviate too much from a normal way of driving, constraints on the velocity are imposed based on statistics from real truck operation.

In a first approach, the vehicle model is based on forces and the cost function involves the consumed energy. This problem is solved both offline using Pontryagin's maximum principle and online using a model predictive controller with a quadratic program formulation. Simulations show that 7 % energy can be saved without increasing the trip time nor deviating from a normal way of driving.

In a second approach, the vehicle model is extended to include an engine and a gearbox with the objective of minimizing the fuel consumption. A fuel map for the engine and a polynomial function for the gearbox losses are extracted from experimental data and used in the model. This problem is solved using dynamic programming taking into consideration gear changes, coasting with gear and coasting in neutral. Simulations show that by allowing the use of coasting in neutral gear, 13 % fuel can be saved without increasing the trip time or deviating from a normal way of driving.

Finally, an implementation of a rule-based controller into an advanced vehicle model in highway driving is performed. The controller identifies sections of downhills where fuel can be saved by coasting in neutral gear.

Abstract [sv]

En stor utmaning för transportsektorn är hur utsläppen av växthusgaser ska minskas. Detta kan åstadkommas i fordon genom att köra bränslesnålare. En nyligen utvecklad teknik som har varit framgångsrik i att minska bränsleförbrukningen är framförhållningsreglering, som använder framtida förhållanden så som vägtopografi. I denna avhandling används liknande metoder för att minska bränsleförbrukningen i tunga fordon som kör i miljöer där önskad och tvingad hastighet varierar. Fokus ligger framförallt på fordon i stadskörning, där hastigheten måste varieras beroende på bland annat hastighetsbegränsningar och korsningar. Denna typ av körning formuleras här som optimala reglerproblem. För att hindra fordonet från att avvika för mycket från ett normalt körbeteende sätts begränsningar på tillåten hastighet baserat på statistik från verklig körning.

Problemet angrips först genom att använda en fordonsmodell baserad på krafter och en kriteriefunktion innehållande energiförbrukning. Problemet löses både offline med Pontryagin's maximum princip och online med modellprediktiv reglering baserad på kvadratisk programmering. Simuleringar visar att 7 % energi kan sparas utan att öka körtiden eller avvika från ett normalt körbeteende.

Problemet angrips sedan genom att utöka fordonsmodellen till att också innehålla motor och växellåda med målet att minimera bränsleförbrukningen. Specifik bränsleförbrukning och en polynomisk approximation av förlusterna i växellådan är extraherade från experiment och används i simuleringarna. Problemet löses genom dynamisk programmering som tar hänsyn till växling, släpning och frirullning. Simuleringar visar att 13 % bränsle kan sparas utan att öka körtid eller avvika från normalt körbeteende genom att tillåta frirullning.

Slutligen görs en implementering av en regelbaserad regulator på en avancerad fordonsmodell för ett fordon i motorvägskörning. Regulatorn identifierar sektioner med nedförsbackar där bränsle kan sparas genom frirulllning.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2017.
Series
TRITA-EE, ISSN 1653-5146 ; 2017:141
Keyword [en]
Autonomous vehicles, model predictive control, optimal control, heavy-duty vehicles, trucks, powertrain control, fuel
National Category
Control Engineering
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-215116ISBN: 978-91-7729-563-1 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-215116DiVA, id: diva2:1146361
Presentation
2017-11-09, L1, Drottning Kristinas väg 30, Stockholm, 10:15 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
VINNOVA
Note

QC 20171011

Available from: 2017-10-11 Created: 2017-10-02 Last updated: 2017-10-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5903 kB)67 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5903 kBChecksum SHA-512
f2efe8060f495115aeab5f2a0ab748fa77d23d6f522c8a72ba6660d7ac5e09e2497f7939d5302edd29c99a3e08ff96555a67f2a77a4aeb91af90cc347e84c457
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Held, Manne
By organisation
Automatic ControlIntegrated Transport Research Lab, ITRL
Control Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 67 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 373 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf