Common energetic macroscopic representation and unified control structure for different hybrid electric vehicles

par Keyu Chen

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Alain Bouscayrol et de Alain Berthon.

Soutenue le 05-05-2010

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Représentation énergétique macroscopique et structure de commande communes pour différents véhicules électriques et hybrides


  • Résumé

    Le domaine du transport, l’un des plus grands secteurs d’énergie, doit affronter des défis importants tels que la sécurité énergétique, le changement climatique et les problèmes de la pollution. Pour répondre à cela, les Véhicules Électriques et Hybrides (VEHs) deviennent une option intéressante. L'un des problèmes clés liées au développement des VEHs est la conception de la commande de ce type de système complexe, lequel est composé de plusieurs sources et sous-systèmes. En utilisant la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) qui est une représentation graphique basée sur l’énergie, une structure de commande peut être déduire directement par inversion du modèle. L’objectif de cette thèse est d’établir une REM commune capable de décrire différentes architectures de VEHs. A partir de cette REM, une structure de commande générale est obtenue. Cette structure de commande peut être utilisée pour l’étude de VEH série, parallèle et mixte, en changent seulement différents valeurs de paramètres. Cette REM permet de mieux comprendre les flux de puissance principaux des différent VEHs. En utilisant une approche descendante, la modélisation et la commande des différent VEHs ont été réalisées de manière générale, même si ces VEHs peuvent être très différents les uns des autres en termes de structure. Le temps requis pour la conception de la commande peut être ainsi considérablement réduit. Qui plus est, avec la même structure de commande, les différents VEHs peuvent être comparés plus facilement. La structure commune a été validée expérimentalement sur un émulateur de véhicule hybride série. Différentes gestions énergétiques plus efficaces de VEHs pourraient être développées et comparées. De ce fait, le coût de fabrication, la consommation de carburant et l’émission de CO2 peuvent être réduites.


  • Résumé

    The transportation domain, one of the largest energy sectors, is currently facing huge challenges, including energy security, climate change and pollution problems. To meet these challenges, Hybrid Electric Vehicles (HEVs) have become an interesting option. One of the key issues related to HEV development is the control design of such complex systems, which are composed of multiple sources and subsystems. Using Energetic Macroscopic Representation (EMR), an energy based graphical description, the inversion-based control structure of the system can be deduced directly. The objective of this thesis is to establish a common EMR which can describe different HEVs. From this common EMR, a unified control scheme is deduced, which can be used for the study of series, parallel, and series-parallel HEVs, by simply setting different parameter values. The common EMR offers a better understanding of the main power flows of different HEVs. Using this top-down approach, the modeling and control design of different HEVs have been achieved in a general way, despite the fact that HEVs can be very different from each other in terms of structure. The time required for control design can be significantly reduced. Furthermore, given the same control structure, different HEVs could be easily compared. Experimental results have been validated the control scheme commune using a Hardware-in-the-loop simulation for a series HEV in a real-time environment. Based on this work, more efficient energy managements of HEVs could be achieved and compared, and thus to reduce HEV manufacturing costs, fuel consumption and CO2 emissions.


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