Model predictive control per la gestione energetica di un trattore ibrido parallelo

Hybrid vehicles have been the subject of growing interest in recent years as they can represent a less polluting and more efficient alternative to traditional vehicles. The purpose of this thesis is to realize an energy management strategy based on Model Predictive Control to be implemented on a parallel hybrid agricultural tractor. A peculiarity of the tractor is that it is equipped with a control regulator which aim is to follow the reference speed, set by the driver, by acting on the torque delivered by the combustion engine. The control unit is therefore responsible for processing the torque of the electric motor such as to optimize the vehicle’s energy management. The controller is an NMPC as it is based on the nonlinear model of the system and it is built through experimental tests on the mechanical components of interest. Several analysis on the parameters of the optimizator have been carried out in order to guarantee its functioning in real-time. Two solutions are presented for vehicle operation in Charge Depleting mode and Charge Sustaining mode, evaluating their performances over the same driving cycle.

I veicoli ibridi sono oggetto di crescente interesse negli ultimi anni in quanto possono rappresentare un’alternativa meno inquinante e più efficiente rispetto ai tradizionali veicoli. Lo scopo di questa tesi è quello di realizzare una strategia di Energy Management basata sul Model Predictive Control da poter essere utilizzata su un trattore agricolo di tipo ibrido parallelo. Peculiarità del veicolo è l’essere equipaggiato di un regolatore atto a inseguire il riferimento di velocità, imposto dal guidatore, agendo sulla coppia erogata dal motore termico. L’unità di controllo proposta è quindi incaricata di elaborare la coppia del motore elettrico tale da ottimizzare la gestione energetica del veicolo. Il controllore è un NMPC poichè basato sul modello nonlineare del sistema, costruito attraverso prove sperimentali sugli organi meccanici di interesse. Diverse analisi sui parametri dell’ottimizzatore sono state svolte al fine di garantirne il funzionamento in Real-Time. Vengono presentate due soluzioni per il funzionamento del veicolo in modalità Charge Depleting e Charge Sustaining, valutandone le performance su di uno stesso ciclo di guida.