Automated generation and solving of OCPs from object-oriented models. Towards optimal control for the CVEM of the SwissTrolley plus

This thesis, carried out in the framework of the ISOTHERM project, describes the implementation of the first model and the first offline optimal control strategy for the complete vehicle energy management (CVEM) of the SwissTrolley plus. This includes the management of the hybrid propulsion system, as well as the HVAC management for passenger comfort and components cooling. For this purpose, an automated dynamic optimization pipeline with complete separation between model and optimization algorithm has been developed, and an object-oriented model of the SwissTrolley plus has been defined using Modelica. The increased effort necessary to implement the model and the algorithms in an abstract reusable way is rewarded with flexibility and modularity in the use of the pipeline. Preliminary quantitative results are promising and justify further research. The simulations show that the consumption in the overall system in winter scenarios can be reduced by up to 7 % without compromising on thermal comfort. This figure has been obtained comparing a simulation with a simple control heuristic with a simulation using the offline optimal control trajectory.

Il presente lavoro di tesi, svolto nell'ambito del progetto ISOTHERM presso l'istituto IDSC del Politecnico di Zurigo, riguarda la modellazione e lo sviluppo della prima strategia di controllo ottimo offline del complete vehicle energy management (CVEM) per il SwissTrolley plus. Il modello sviluppato include il sistema di propulsione ibrido e il sistema di condizionamento che garantisce il comfort a bordo e il corretto raffreddamento dei componenti. A questo scopo è stato sviluppato un software automatico di ottimizzazione dinamica con completa separazione tra la definizione del modello e l'algoritmo utilizzato. È stato inoltre costruito e parzialmente validato un modello ad oggetti del SwissTrolley plus utilizzando il linguaggio Modelica. Il maggior sforzo necessario per implementare in modo astratto e riutilizzabile il modello e gli algoritmi è giustificato dall'incremento di flessibilità e modularità in fase di utilizzo. I risultati preliminari ottenuti mostrano che il consumo del sistema completo può essere ridotto fino al 7 % negli scenari invernali senza compromettere il comfort a bordo. Questo valore è stato ottenuto confrontando il risultato di una simulazione con un semplice sistema di controllo euristico e quello di una simulazione che utilizza una policy di controllo ottimo offline.