IT202100020744A1 - Method of modeling a powertrain and controlling the modeled powertrain - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Della domanda di brevetto avente titolo: ?Metodo di modellamento di un gruppo propulsore e di controllo del gruppo propulsore modellato? Of the patent application entitled: ?Method of modeling a powertrain and control of the modeled powertrain?
Campo dell?invenzione Field of invention
La presente invenzione riguarda un metodo ed un sistema per il controllo di propulsori, in particolare nel campo dei veicoli industriali e commerciali. Nello specifico, un controllo ottimo in tempo reale viene utilizzato per ottimizzare il funzionamento del motore a combustione in modo predittivo. L'interazione tra il motore e il sistema di post-trattamento (ATS) ? considerata esplicitamente durante il controllo ottimo in tempo reale. The present invention relates to a method and system for controlling propulsors, particularly in the field of industrial and commercial vehicles. Specifically, real-time optimal control is used to optimize combustion engine operation in a predictive way. The interaction between the engine and the after-treatment system (ATS) ? explicitly considered during optimal real-time control.
Stato dell?arte State of art
A causa della legislazione sempre pi? severa sulle emissioni inquinanti e della spinta a ridurre il consumo di carburante e le emissioni di CO2 dei veicoli, il funzionamento del gruppo propulsore deve essere gestito con attenzione. L'obiettivo ? quindi ridurre al minimo il consumo di carburante rispettando i limiti legislativi sugli inquinanti. Because of the legislation more and more? strict on pollutant emissions and the drive to reduce fuel consumption and CO2 emissions of vehicles, the operation of the powertrain must be managed carefully. The target ? therefore reduce fuel consumption to a minimum while respecting the legislative limits on pollutants.
I moderni motori a combustione hanno una moltitudine di input di controllo del motore che influiscono sul loro funzionamento, ad es. consumo di carburante, emissioni inquinanti, entalpia di scarico, ecc. Modern combustion engines have a multitude of engine control inputs that affect their operation, e.g. fuel consumption, polluting emissions, exhaust enthalpy, etc.
Oggi, la taratura del motore e dell'ATS viene generalmente eseguita individualmente e la loro interazione non viene considerata durante la fase di esecuzione. Inoltre, gli ingressi di controllo motore sono generalmente fissati ad un'unica taratura, oppure viene specificato un numero limitato di tarature fisse (generalmente due o tre). Di conseguenza, il funzionamento del motore non pu? essere ottimizzato per le condizioni attuali dell?ATS o per la specifica missione di guida durante il funzionamento. Per garantire che i limiti di inquinamento siano sempre rispettati, le tarature fisse del motore devono essere selezionate in modo conservativo. Per missioni di guida in cui ? pi? facile rispettare i limiti di inquinamento, ad es. poich? la temperatura dell'ATS ? elevata e le reazioni chimiche al suo interno sono efficienti, il funzionamento del motore viene scelto in modo troppo conservativo con conseguente consumo eccessivo di carburante. Today, engine and ATS calibration is usually done individually and their interaction is not considered during the run phase. Also, the motor control inputs are usually fixed to a single setting, or a limited number of fixed settings (usually two or three) are specified. Consequently, the operation of the engine can not? be optimized for the current conditions of the ATS or for the specific driving mission during operation. To ensure that pollution limits are always met, fixed engine settings should be selected conservatively. For driving missions where ? more easy to comply with pollution limits, e.g. because? the temperature of the ATS ? high and the chemical reactions within it are efficient, the engine operation is chosen too conservatively resulting in excessive fuel consumption.
Sommario dell?invenzione Summary of the invention
Lo scopo principale della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per la modellazione e il controllo del gruppo propulsore del gruppo propulsore modellato, che superi i problemi/inconvenienti di cui sopra. The main purpose of the present invention ? is to provide a method for powertrain modeling and control of the modeled powertrain, which overcomes the above problems/shortcomings.
Per sfruttare appieno il potenziale del propulsore del veicolo lungo una missione, il funzionamento del motore ? adattato all'operativit? dell?ATS e alla missione in tempo reale. L'obiettivo del problema di controllo ? ridurre al minimo il consumo di carburante del veicolo, mentre i suoi vincoli includono il rispetto dei limiti legislativi sugli inquinanti e il rispetto dei limiti dei singoli componenti della catena cinematica. Ci? si ottiene considerando le informazioni predittive sulla missione in un modello di controllore predittivo in tempo reale. Questo controllore, di seguito viene chiamato controllore supervisore. Esso ottimizza il funzionamento del gruppo propulsore per l'attuale operativit? dell?ATS e la missione di guida in modo ottimo per il problema di controllo sopra indicato e passa i riferimenti ai controllori di basso livello del motore che quindi impostano gli ingressi di controllo del motore. To fully exploit the potential of the vehicle's engine along a mission, the operation of the engine ? adapted to the operation? of the ATS and the mission in real time. The goal of the control problem ? minimize the fuel consumption of the vehicle, while its constraints include compliance with the legislative limits on pollutants and compliance with the limits of the individual components of the kinematic chain. There? it is achieved by considering predictive mission information in a real-time predictive controller model. This controller is referred to as the supervising controller hereinafter. It optimizes the operation of the powertrain for the current operation? of the ATS and the drive mission optimally for the above control problem and pass references to the low level engine controllers which then set the engine control inputs.
In generale, la risoluzione di questo problema di controllo ottimo ? molto impegnativa, a causa dell'elevata dimensionalit? del problema derivante dai numerosi input di controllo del motore che devono essere considerati. Inoltre, tenendo conto dei limiti operativi del motore, ad es. pressione massima del cilindro, complica ulteriormente il problema. Di conseguenza, il problema di controllo ottimo in questa forma ? considerato troppo complesso per essere risolto in tempo reale durante il funzionamento. In general, the resolution of this optimal control problem ? very demanding, due to the high dimensionality? of the problem resulting from the many motor control inputs that must be considered. Furthermore, taking into account the operating limits of the motor, e.g. maximum cylinder pressure, further complicates the problem. Consequently, the optimal control problem in this form ? considered too complex to be solved in real time during operation.
Di seguito viene quindi descritta una pre-ottimizzazione del motore offline per semplificare il problema che deve essere risolto in tempo reale. Attraverso una tale preottimizzazione offline del funzionamento del motore, durante la fase di sviluppo vengono escluse tutte le combinazioni non realizzabili (limiti del motore) e tutte le combinazioni subottimali degli input di controllo del motore. Il problema del controllo ottimo che deve essere risolto in tempo reale utilizzando la limitata potenza di calcolo disponibile sul veicolo diventa molto pi? semplice. Pertanto, il presente metodo si basa su una preottimizzazione, effettuata off-line, e un controllo on-line basato sulla pre-ottimizzazione. Therefore, an offline engine pre-optimization is described below to simplify the problem that needs to be solved in real time. Through such an offline pre-optimization of the motor operation, all unfeasible combinations (motor limits) and all suboptimal combinations of the motor control inputs are excluded during the development phase. The problem of optimal control that must be solved in real time using the limited computing power available on the vehicle becomes much more complex. simple. Therefore, the present method is based on a pre-optimization, performed off-line, and an on-line check based on the pre-optimization.
Nella forma di realizzazione preferita dell'invenzione, vengono considerati cinque ingressi di controllo del motore. Successivamente, viene formulata una preottimizzazione del motore multi-obiettivo. L'obiettivo ? quindi ridurre al minimo il consumo di carburante e le emissioni di NOx del motore, nonch? massimizzare l'entalpia fornita all'ATS, poich? la capacit? di riduzione dei NOx aumenta con la temperatura dell'ATS. Durante la preottimizzazione, viene assicurato che tutti i limiti meccanici, termici, di guidabilit?, emissioni e comfort del motore siano soddisfatti. Di conseguenza, invece di dover ottimizzare gli input di controllo del motore e considerare i limiti del motore in tempo reale, la complessit? del problema si riduce a quella di trovare l'entalpia desiderata fornita all'ATS e le emissioni di NOx, queste sono chiamate di seguito ?strategia del motore?. Si noti che invece di dover ottimizzare cinque input di controllo del motore, il problema si riduce a quello di trovare due input di strategia del motore e che non ? necessario considerare in tempo reale i limiti operativi del motore. Questa semplificazione facilita la risoluzione in tempo reale del problema di controllo ottimale. In the preferred embodiment of the invention, five motor control inputs are considered. Next, a multi-target engine pre-optimization is formulated. The target ? therefore minimize fuel consumption and NOx emissions of the engine, as well as? maximize the enthalpy supplied to the ATS, since? the capacity? NOx reduction rate increases with ATS temperature. During pre-optimization, it is ensured that all mechanical, thermal, driveability, emissions and comfort limits of the engine are met. As a result, instead of having to optimize the motor control inputs and consider the motor limits in real time, the complexity? of the problem boils down to finding the desired enthalpy supplied to the ATS and the NOx emissions, these are hereinafter referred to as ?engine strategy?. Note that instead of having to optimize five motor control inputs, the problem boils down to finding two motor strategy inputs and that is not the case. it is necessary to consider in real time the operating limits of the motor. This simplification facilitates real-time resolution of the optimal control problem.
Infine, viene proposta una struttura del controllore in cui un controllore supervisione predittivo, di alto livello, risolve in tempo reale il problema di controllo ottimo preottimizzato. Di seguito vengono presentate tre opzioni su come questo controllore di alto livello interagisce con i controllori di livello inferiore. Finally, a controller framework is proposed in which a high-level predictive supervisory controller solves the preoptimized optimal control problem in real time. Three options for how this high-level controller interacts with lower-level controllers are presented below.
Il metodo presentato pu? essere esteso a un numero arbitrario di input di controllo del motore. La preottimizzazione risulter? sempre in una riduzione dell'ordine dal numero considerato di input di controllo del motore, al numero di input di ?strategia del motore?. A causa dell'approccio sistematico e basato su modelli del metodo, esso pu? essere facilmente trasferito a motori di diverse dimensioni, input di controllo del motore, limiti, ecc. The presented method can be extended to an arbitrary number of motor control inputs. Will the pre-optimization result? always in a reduction of the order from the considered number of engine control inputs, to the number of ?engine strategy? inputs. Due to the systematic and model-based approach of the method, it can be easily transferred to motors of different sizes, motor control inputs, limits, etc.
Questi ed altri scopi vengono raggiunti per mezzo delle rivendicazioni allegate, che descrivono forme di realizzazione preferite dell'invenzione, formanti parte integrante della presente descrizione. These and other objects are achieved by means of the attached claims, which describe preferred embodiments of the invention, forming an integral part of the present description.
Breve descrizione delle figure Brief description of the figures
L'invenzione risulter? pienamente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, data a titolo meramente esemplificativo e non limitativo, da leggere con riferimento alle figure allegate, in cui: Will the invention result? fully clear from the following detailed description, given by way of example and not of limitation, to be read with reference to the attached figures, in which:
- La Fig. 1 mostra il processo di pre-ottimizzazione della presente invenzione, - Fig. 1 shows the pre-optimization process of the present invention,
- la Fig. 2 mostra un esempio di controllo in tempo reale basato sul processo di pre-ottimizzazione di figura 1; - Fig. 2 shows an example of real-time control based on the pre-optimization process of Figure 1;
- la Fig. 3 illustra il razionale della procedura di preottimizzazione oggetto della presente invenzione; - Fig. 3 illustrates the rationale of the pre-optimization procedure object of the present invention;
- La Fig. 4 mostra un fronte di Pareto tridimensionale risultante dalla pre-ottimizzazione e corrispondente allo schema nella parte inferiore della figura 3 per un esempio di velocit? del motore, coppia del motore e temperatura ATS. - Fig. 4 shows a three-dimensional Pareto front resulting from the pre-optimization and corresponding to the diagram in the lower part of figure 3 for an example of speed? engine speed, engine torque and ATS temperature.
Gli stessi numeri e lettere di riferimento nelle figure designano parti uguali o funzionalmente equivalenti. The same reference numbers and letters in the figures designate identical or functionally equivalent parts.
Secondo la presente invenzione, il termine "secondo elemento" non implica la presenza di un "primo elemento", primo, secondo, ecc. sono utilizzati solo per migliorare la chiarezza della descrizione e non devono essere interpretati in modo limitativo. According to the present invention, the term "second element" does not imply the presence of a "first element", first, second, etc. they are used only to enhance the clarity of the description and are not to be interpreted in a limiting manner.
Descrizione dettagliata di varianti preferite Detailed description of favorite variants
Secondo la presente invenzione, l'obiettivo generale ? sviluppare un controllore di supervisione predittivo basato sull'ottimizzazione in tempo reale. Tuttavia, come sopra descritto, il controllo ottimo in tempo reale richiede la risoluzione di un complesso problema di ottimizzazione, spesso intrattabile per la scelta standard degli ingressi di controllo. According to the present invention, the general objective is develop a predictive supervisory controller based on real-time optimization. However, as described above, optimal real-time control requires the resolution of a complex optimization problem, often intractable due to the standard choice of control inputs.
Secondo la presente invenzione, viene descritta una preottimizzazione fuori linea che si traduce in una riduzione dell'ordine del modello e rende il problema di controllo ottimo trattabile per l'ottimizzazione in tempo reale. According to the present invention, an offline preoptimization is disclosed which results in a reduction of the model order and makes the optimal control problem tractable for real-time optimization.
La pre-ottimizzazione offline include i sei passaggi mostrati nella Figura 1. Il sesto passaggio ? facoltativo e quindi rappresentato con linee tratteggiate. Offline pre-optimization includes the six steps shown in Figure 1. The sixth step ? optional and therefore represented with dotted lines.
La figura 2, invece, illustra un esempio di un metodo di controllo in tempo reale basato sulla pre-ottimizzazione descritta di seguito. Figure 2, on the other hand, illustrates an example of a real-time control method based on the pre-optimization described below.
La Figura 3 riassume l'idea nell'ambito della presente preottimizzazione. Figure 3 summarizes the idea in the context of this preoptimization.
Come si pu? vedere, vengono considerati alcuni input di controllo del motore come SOI, pressione rail, posizione VGT (variable geometry turbocharger), posizione (valvola) EGR (Ricircolazione di gas esausti), posizione flap di scarico (disposto tra il turbocompressore e l'ATS) e vengono acquisite le uscite corrispondenti inclusi consumo di carburante, motore-NOx ed entalpia forniti all'ATS. How can you? see, some engine control inputs are considered such as SOI, rail pressure, VGT (variable geometry turbocharger) position, EGR (Exhaust Gas Recirculation) (valve) position, exhaust flap position (located between the turbocharger and the ATS) and the corresponding outputs including fuel consumption, engine-NOx and enthalpy supplied to the ATS are acquired.
Durante la preottimizzazione, viene identificato il fronte di Pareto attraversato dalle tre variabili di interesse, ovvero l'entalpia fornita all'ATS, le emissioni di NOx a motore spento e il consumo di carburante. Per descrivere il funzionamento del motore sul fronte di Pareto, l'entalpia fornita all'ATS e le emissioni di NOx in uscita motore sono considerate come input che possono essere ottimizzati dal controllore, mentre il consumo di carburante risultante ? considerato come l'output modello avente ordine di complessit? ridotta. During the pre-optimization, the Pareto front crossed by the three variables of interest is identified, namely the enthalpy supplied to the ATS, the NOx emissions with the engine off and the fuel consumption. To describe the engine operation on the Pareto front, the enthalpy supplied to the ATS and the NOx emissions at the engine output are considered as inputs that can be optimized by the controller, while the resulting fuel consumption ? considered as the output model having order of complexity? reduced.
Dovrebbe essere chiaro che il controllore in tempo reale, o semplicemente controllore, ? un'entit? hardware e software implementata tramite l'unit? di controllo del motore ECU. Tuttavia, da un punto di vista del metodo, il controllo corrisponde al controllore in tempo reale. Inoltre, come descritto di seguito, il controllo prevede un controllore supervisore, di alto livello, e uno o pi? controllori di basso livello. It should be understood that the real-time controller, or simply controller, ? an entity? hardware and software implemented through the unit? engine control ECU. However, from a method point of view, control is the real-time controller. Furthermore, as described below, the control provides for a high level supervisory controller and one or more low-level controllers.
Le variabili cerchiate, ovvero velocit? motore, coppia motore e temperatura ATS, sono considerate input esogeni rilevanti per il funzionamento, ma non possono essere scelti direttamente dal controllore in tempo reale. Questa idea si concretizza operativamente nella descrizione della procedura di pre-ottimizzazione. The variables circled, or speed? engine, engine torque and ATS temperature, are considered exogenous inputs relevant for operation, but cannot be chosen directly by the real-time controller. This idea is implemented operationally in the description of the pre-optimization procedure.
La Figura 4 mostra il risultato della pre-ottimizzazione per un esempio di velocit? del motore, coppia del motore e temperatura ATS. Il grafico nella figura di sinistra mostra il fronte di Pareto dato dalle variabili scalate e ruotate introdotte pi? avanti nella presente descrizione. Il grafico a destra mostra il fronte di Pareto corrispondente trasformato di nuovo in valori fisicamente significativi che vengono mostrati normalizzati. Piuttosto che considerare l'intera operazione possibile nel controllore in tempo reale, l'operativit? del motore ? limitata al fronte di Pareto mostrato e identificato mediante la preottimizzazione. Di conseguenza, la complessit? del problema di controllo che deve essere risolto dal controllore supervisore pu? essere drasticamente ridotta, senza alcuna perdita di ottimalit?. Figure 4 shows the result of the pre-optimization for an example of speed? engine speed, engine torque and ATS temperature. The graph in the left figure shows the Pareto front given by the scaled and rotated variables introduced more? further on in this description. The graph on the right shows the corresponding Pareto front transformed back into physically significant values which are shown normalized. Rather than considering the entire operation possible in the real-time controller, the operation? of the engine ? limited to the Pareto front shown and identified by preoptimization. Consequently, the complexity of the control problem that must be solved by the supervisor controller can? be drastically reduced, without any loss of optimality.
Di seguito viene fornita una spiegazione di ogni passaggio della pre-ottimizzazione: An explanation of each pre-optimization step is provided below:
Passo 1: eseguire le misurazioni al banco di prova del motore. Il motore funziona allo stato stazionario e tutti i valori di interesse vengono registrati. In queste misurazioni, tutti gli ingressi di controllo del motore vengono eccitati e la velocit? e la coppia del motore vengono variate. L'eccitazione deve coprire l'intero range di funzionamento, cio? non deve essere limitata alle variazioni di una variabile alla volta, ma deve essere eseguita un'eccitazione globale di tutte le possibili combinazioni. Step 1: Perform engine test bench measurements. The engine runs in steady state and all values of interest are logged. In these measurements, all motor control inputs are energized and the speed? and the motor torque are varied. The excitation must cover the entire operating range, the cio? it must not be limited to variations of one variable at a time, but a global excitation of all possible combinations must be performed.
Nell'esempio di realizzazione del metodo, gli input di controllo del motore considerati sono In the example embodiment of the method, the motor control inputs considered are
- l'inizio dell'iniezione di carburante (SOI) , - the start of fuel injection (SOI) ,
- la pressione rail carburante (pRail), - the fuel rail pressure (pRail),
- la posizione dell'attuatore della turbina a geometria variabile (uVGT), - the position of the variable geometry turbine (uVGT) actuator,
- la posizione della valvola di ricircolo dei gas di scarico (uEGR), e - the position of the exhaust gas recirculation (uEGR) valve, e
- la posizione della valvola allo scarico (uFlap). - the position of the valve at the exhaust (uFlap).
Gli esperimenti sono progettati in base al metodo Design of Experiments (DoE) e tutti gli input di controllo del motore sopra, cos? come la velocit? (ne) e la coppia (Te), vengono variati contemporaneamente. ? possibile implementare metodi di test automatizzati per acquisire tali i punti di misurazione. I metodi di test automatizzati sono ben noti all'esperto del ramo. The experiments are designed according to the Design of Experiments (DoE) method and all the above motor control inputs, so? how the speed? (ne) and the torque (Te), are changed simultaneously. ? You can implement automated test methods to capture these measurement points. Automated test methods are well known to those skilled in the art.
- Passo 2: sviluppo dei modelli del motore. I modelli del motore sono sviluppati e calibrati utilizzando le misurazioni precedentemente effettuate. Ci? consente di caratterizzare il comportamento del motore in corrispondenza di combinazioni di input di controllo del motore che non sono state esplicitamente misurate al banco di prova. Di conseguenza, ? possibile ridurre al minimo il numero di misurazioni da eseguire al banco di prova. Questi modelli vengono quindi utilizzati dalla pre-ottimizzazione nei passaggi successivi e devono restituire le uscite rilevanti per il controllore di supervisione e ulteriori uscite che vengono confrontate con i limiti di funzionamento del motore. - Step 2: development of engine models. Engine models are developed and calibrated using previously made measurements. There? allows characterizing engine behavior at combinations of engine control inputs that have not been explicitly measured on the test bench. Consequentially, ? possible to minimize the number of measurements to be performed at the test stand. These models are then used by the pre-optimization in the subsequent steps and should return the relevant outputs to the supervisory controller and further outputs which are compared to the motor operating limits.
Nell'esempio di realizzazione del metodo, le uscite di interesse per il controllore di supervisione sono il consumo di carburante, il flusso di massa di NOx in uscita dal motore, il flusso di massa di scarico e la temperatura di scarico. Esempi di ulteriori uscite che limitano il funzionamento del motore sono la pressione di picco del cilindro o la temperatura del collettore di scarico. Vengono utilizzati modelli di processo gaussiano (GP), come In the example embodiment of the method, the outputs of interest to the supervisory controller are fuel consumption, NOx mass flow leaving the engine, exhaust mass flow and exhaust temperature. Examples of additional outputs that limit engine operation are peak cylinder pressure or exhaust manifold temperature. Gaussian process (GP) models are used, such as
Per modellare le uscite individuali del motore. For modeling individual engine outputs.
Sebbene la valutazione di questi modelli sia computazionalmente costosa, la loro forma non parametrica consente la descrizione di dati arbitrari, senza conoscenze pregresse. Questa ? una propriet? molto utile per il compito da svolgere. Although the evaluation of these models is computationally expensive, their nonparametric form allows the description of arbitrary data, without prior knowledge. This ? a property? very useful for the task at hand.
Tutti i modelli GP vengono mappati direttamente dallo spazio dell'attuatore all'uscita, ovvero gli ingressi di controllo del motore vengono utilizzati direttamente come ingressi dei modelli GP. Di conseguenza, i limiti dell'attuatore vengono considerati esplicitamente impostando i limiti sugli ingressi. All GP models map directly from the actuator space to the output, i.e. the motor control inputs are used directly as GP model inputs. Consequently, the limits of the actuator are explicitly considered by setting the limits on the inputs.
- Passo 3: identificazione delle combinazioni possibili di input di controllo del motore. Nelle prime due fasi, sono state considerate misurazioni e modelli globali, il che significa che la velocit? e la coppia del motore, nonch? gli input di controllo del motore sono stati considerati come input. Da qui in poi, il regime e la coppia del motore saranno considerati come input esogeni che non possono essere ottimizzati. I seguenti passaggi della preottimizzazione verranno eseguiti per ogni punto su una griglia di velocit? del motore e coppia individualmente. I modelli di motore sviluppati in precedenza vengono valutati per tutte le possibili combinazioni degli ingressi di controllo del motore e sia per le uscite rilevanti per il controllore di supervisione che per le ?ulteriori output?. Questi ultimi vengono confrontati con un elenco di limiti al funzionamento del motore precedentemente specificato per ogni punto in cui vengono valutati i modelli. - Step 3: Identification of the possible combinations of motor control inputs. In the first two phases, global measurements and models were considered, which means that the speed? and the torque of the engine, as well as? engine control inputs were considered as inputs. From here on, engine speed and torque will be treated as exogenous inputs that cannot be optimized. Will the following pre-optimization steps be performed for each point on a speed grid? engine and torque individually. Previously developed motor models are evaluated for all possible combinations of motor control inputs and for both the relevant outputs for the supervisory controller and for ?further outputs?. These are compared to a previously specified list of engine operating limits for each point where the models are evaluated.
Questi limiti includono limiti meccanici, come un limite superiore sulla pressione di picco del cilindro, nonch? limiti termici, come un limite superiore sulla temperatura di scarico, per evitare danni al motore. Inoltre, per soddisfare le aspettative del guidatore, ? necessario considerare i limiti di guidabilit?, come un limite inferiore sulla risposta alla coppia, e i limiti di comfort, come un limite superiore sulla rumorosit? del motore. I limiti di emissione, come un limite superiore per l'emissione di particolato, devono essere considerati per garantire un funzionamento pulito. I limiti qui indicati dovrebbero essere visti come esempi, piuttosto che un elenco esaustivo. These limits include mechanical limits, such as an upper limit on peak cylinder pressure, as well as thermal limits, such as an upper limit on the exhaust temperature, to prevent engine damage. Furthermore, to meet the driver's expectations, ? It is necessary to consider the limits of driveability, such as a lower limit on torque response, and the limits of comfort, such as an upper limit on noisiness? of the engine. Emission limits, such as an upper limit for particulate matter, must be considered to ensure clean operation. The limits shown here should be seen as examples, rather than an exhaustive list.
Se una combinazione di input di controllo del motore produce "ulteriori output" che soddisfano i limiti di funzionamento del motore, viene considerato un candidato per la successiva ottimizzazione e viene memorizzato. In caso di violazione di uno o pi? dei limiti definiti, l'operazione corrispondente viene considerata non fattibile e la combinazione di input di controllo del motore viene scartata. If a combination of motor control inputs produces "more outputs" that meet the motor's operating limits, it is considered a candidate for further optimization and is stored. In case of violation of one or more? defined limits, the corresponding operation is considered not feasible and the motor control input combination is discarded.
Passo 4: identificazione delle combinazioni di input di controllo del motore Pareto-ottimali. Tra tutte le possibili combinazioni di input di controllo del motore identificate nel passaggio precedente, vengono selezionate e memorizzate quelle che sono Pareto-ottimali rispetto a un'ottimizzazione multi-obiettivo. Step 4: Identification of Pareto-optimal motor control input combinations. Among all the possible motor control input combinations identified in the previous step, those that are Pareto-optimal with respect to a multi-objective optimization are selected and stored.
Secondo l'invenzione gli obiettivi sono: According to the invention the objectives are:
- ridurre al minimo il consumo di carburante, - minimize fuel consumption,
- ridurre al minimo le emissioni di NOx a motore spento, e - massimizzare l'entalpia fornita all'ATS. - minimize NOx emissions with the engine off, and - maximize the enthalpy supplied to the ATS.
L'entalpia fornita all'ATS ? data come The enthalpy supplied to the ATS ? given as
In cui si Where
? il flusso di massa dei gas di scarico, ? the mass flow of the exhaust gases,
? il calore specifico dei gas di scarico ? the specific heat of the exhaust gases
la temperatura dei gas di scarico e the temperature of the exhaust gases e
? la temperatura dell'ATS. ? the temperature of the ATS.
Poich? dipende dalla temperatura ATS attuale, la temperatura dell?ATS influenza il funzionamento ottimo del motore e deve essere considerata come un ulteriore input esogeno durante la pre-ottimizzazione del motore (analogo alla velocit? del motore e alla coppia). In altre parole, ? necessario trovare la combinazione ottima di input di controllo del motore per il punto di lavoro definito dal regime del motore ne, dalla coppia del motore Te e dalla temperatura ATS ?ATS. because depends on the current ATS temperature, the ATS temperature influences the optimal operation of the engine and must be considered as an additional exogenous input during engine pre-optimization (similar to engine speed and torque). In other words, ? It is necessary to find the optimum combination of engine control inputs for the duty point defined by engine speed ne, engine torque Te and ATS temperature ?ATS.
Dalle combinazioni di input di controllo motore fattibili precedentemente identificate, vengono identificati i punti non dominati nelle quantit? di interesse, ovvero i punti Pareto-ottimali. From the previously identified feasible motor control input combinations, are the non-dominated points identified in the quantities? of interest, i.e. the Pareto-optimal points.
Passaggio 5: adattamento di un modello per descrivere il fronte di Pareto. Questo modello ? adattato in modo da caratterizzare il frontale di Pareto e sar? valutato dal controllore in tempo reale. Step 5: Fitting a model to describe the Pareto front. This model ? adapted in order to characterize the front of Pareto and sar? evaluated by the controller in real time.
Nell'esempio di realizzazione del metodo, utilizziamo tabelle di ricerca per questo modello. Per rendere l'interpolazione pi? robusta, i valori fisici che descrivono il fronte di Pareto vengono scalati utilizzando i rispettivi valori minimo e massimo alla velocit? del motore, alla coppia del motore e alla temperatura ATS correnti. In the method implementation example, we use lookup tables for this model. To make the interpolation more? robust, the physical values that describe the Pareto front are scaled using the respective minimum and maximum values at the speed? engine speed, engine torque, and ATS temperature.
I valori in scala sono etichettati con J e sono dati come Scaled values are labeled J and are given as
Inoltre, poich? la superficie di Pareto presenta gradienti Furthermore, since the Pareto surface has gradients
netti a bassi valori JNOx, ovvero viene applicata una trasformazione delle coordinate per rendere pi? semplice il processo di adattamento. Il nuovo frame di coordinate viene trovato utilizzando una rotazione attorno all'asse JHd di ? = 45?. I punti originali, definiti da JHd, JNOx e Jfuel, vengono mappati ai punti definiti da JHd,rot, JNOx,rot e Jfuel,rot. net to low JNOx values, or rather a transformation of the coordinates is applied to make it more? the adaptation process is simple. Is the new coordinate frame found using a rotation about the JHd axis of ? = 45?. The original points, defined by JHd, JNOx and Jfuel, are mapped to the points defined by JHd,rot, JNOx,rot and Jfuel,rot.
La Figura 4 mostra il frontale di Pareto adattato. Il grafico a sinistra mostra il fronte di Pareto dato dalle variabili scalate e ruotate. Il grafico di destra mostra il corrispondente fronte di Pareto trasformato di nuovo in valori fisicamente significativi per una velocit? del motore, una coppia del motore e una temperatura ATS esemplificativi. Le unit? fisiche sono normalizzate per la leggibilit?. Figure 4 shows the adapted Pareto frontal. The graph on the left shows the Pareto front given by the scaled and rotated variables. The right graph shows the corresponding Pareto front transformed back into physically meaningful values for a speed? example engine speed, engine torque, and ATS temperature. The units? physics are normalized for readability.
Alla fine, viene memorizzato un modello globale 5D, che restituisce il consumo di carburante come = f(ne, Te, Finally, a global 5D model is stored, which returns the fuel consumption as = f(ne, Te,
L'input della strategia del motore precedentemente definito "NOx in uscita dal motore" ? dato dal flusso di massa di NOx in uscita dal motore nel modello finale. The engine strategy input previously defined as "NOx exiting engine" ? given by the mass flow of NOx out of the engine in the final model.
Durante la valutazione della mappa da parte del controllore in tempo reale, vengono trovati prima i valori scalati e ruotati. Successivamente, questi vengono trasferiti di nuovo a valori fisicamente significativi utilizzando l'inverso dei passaggi mostrati sopra. When the controller evaluates the map in real time, the scaled and rotated values are found first. Afterwards, these are transferred back to physically meaningful values using the reverse of the steps shown above.
La mappa della superficie di Pareto ? data da una griglia (JHd,rot, JNOx,rot) e dai risultanti valori Jfuel,rot. Per definizione, i limiti sugli input della mappa sono The Pareto surface map? given by a grid (JHd,rot, JNOx,rot) and the resulting Jfuel,rot values. By definition, the limits on map inputs are
Oltre alla mappa del costo del carburante, dobbiamo anche descrivere i limiti della regione ammissibile. Ci? si ottiene memorizzando un limite inferiore e superiore di JNOx,rot In addition to the fuel cost map, we also need to describe the limits of the eligible region. There? is obtained by storing a lower and upper bound of JNOx,rot
a seconda di JHd,rot e del punto di lavoro, ovvero regime motore, coppia motore, temperatura ATS. Nella Figura 4, questi limiti sono rappresentati dalle rispettive linee nere. depending on JHd,rot and duty point, i.e. engine speed, engine torque, ATS temperature. In Figure 4, these limits are represented by their respective black lines.
In sintesi il modello di ordine ridotto ottenuto tramite la pre-ottimizzazione contiene i seguenti elementi: In summary, the low-order model obtained through pre-optimization contains the following elements:
? valori min/max dipendenti dal punto di operazione ? min/max values depending on the operating point
per (6 array di ricerca 3D) for (6 3D search arrays)
? limiti inferiore/superiore dipendenti dal punto di operazione JNOx,rot,min/max = f(JHd,rot)(24D-lookup-array) ? operation point dependent lower/upper limits JNOx,rot,min/max = f(JHd,rot)(24D-lookup-array)
? mappa del costo del carburante dipendente dal punto di operazione Jfuel,rot = f(JHd,rot, JNOx,rot) (15D-lookup-array) A bassi carichi, ovvero Te al di sotto di una certa soglia di coppia TT, non viene considerata alcuna ottimizzazione del motore e viene invece utilizzata una calibrazione motore fissa. ? fuel cost map depending on the operation point Jfuel,rot = f(JHd,rot, JNOx,rot) (15D-lookup-array) At low loads, i.e. Te below a certain torque threshold TT, there is no No engine optimization is considered and a fixed engine calibration is used instead.
- Passo 6 (opzionale) Sviluppo della mappatura inversa per ottenere input di controllo del motore per ogni punto sul fronte di Pareto. - Step 6 (optional) Development of inverse mapping to obtain motor control inputs for each point on the Pareto front.
Sebbene il modello sviluppato nei passaggi precedenti possa catturare il funzionamento del motore Paretoottimale, non pu? restituire direttamente i corrispondenti input di controllo del motore o qualsiasi valore intermedio di interesse, come la pressione del collettore di aspirazione o il flusso di massa di scarico, che potrebbe essere richiesto da una struttura di controllo in tempo reale. Nell'esempio di realizzazione del metodo, ? richiesta la conoscenza del flusso massico di scarico, poich? questo ? necessario per valutare il modello di riduzione di NOx dell'ATS, quindi ? richiesto il Passo 6. Se tuttavia la descrizione del fronte di Pareto ? sufficiente per catturare completamente tutte le variabili di interesse, questo passo pu? essere evitato. Although the model developed in the previous steps can capture the operation of the Paretooptimal engine, it cannot? directly return the corresponding engine control inputs or any intermediate value of interest, such as intake manifold pressure or exhaust mass flow, that might be required by a real-time control facility. In the method implementation example, ? required knowledge of the exhaust mass flow, since? This ? necessary to evaluate the model of reduction of NOx of the ATS, therefore ? Step 6 is required. However, if the description of the Pareto front ? sufficient to fully capture all variables of interest, this step can? be avoided.
Pertanto, nel caso in cui la struttura di controllo in tempo reale richieda gli input di controllo del motore o i valori intermedi, viene eseguito il passo 6. Therefore, in case the real-time control structure requires motor control inputs or intermediate values, step 6 is performed.
L'obiettivo ? quindi quello di associare gli input di controllo del motore(?SOI, prail, uvgt, uegr, uflap) a ciascun punto sul fronte paretiano. In altre parole, si desidera sviluppare una mappatura da (?ATS, JHd, JNOx,rot) a (?SOI, prail, uvgt, uegr, uflap) per tutti i punti operativi (ne, Te). The target ? then that of associating the motor control inputs (?SOI, prail, uvgt, uegr, uflap) to each point on the Paretian front. In other words, we want to develop a mapping from (?ATS, JHd, JNOx,rot) to (?SOI, prail, uvgt, uegr, uflap) for all operating points (ne, Te).
Questa mappatura pu? essere vista come l'inverso della riduzione dell'ordine eseguita durante lo sviluppo della mappa motore ottimale dei passaggi 3 - 5. Come dominio di destinazione (5D per una data velocit? e coppia) ha una dimensionalit? maggiore rispetto al dominio di origine (3D per velocit? e coppia date), la mappatura porta all'ambiguit?. This mapping can be seen as the inverse of the order reduction performed during the development of the optimal engine map of steps 3 - 5. As a target domain (5D for a given speed and torque) has a dimensionality? greater than the source domain (3D for given speed and torque), the mapping leads to ambiguity.
Questa ambiguit? permette di cercare la mappatura che soddisfi al meglio un determinato obiettivo. Di seguito viene presentato un metodo che sceglie l?input come compromesso tra la perdita di ottimalit? rispetto all'operazione Pareto ottimo e la regolarit? degli input in ne-, Te-, JHd- e JNOx,rot-direction. This ambiguity? allows you to search for the mapping that best satisfies a specific objective. Here is a method that chooses the input as a compromise between loss of optimality? compared to the operation Pareto optimal and the regularity? of the inputs in ne-, Te-, JHd- and JNOx,rot-direction.
Il presente passo pu? essere effettuato considerando ?Varun Pandey, Stijn van Dooren, Johannes Ritzmann, Benjamin Pla e Christopher Onder. Livellamento variabile della calibrazione ottima del motore diesel per prestazioni e guidabilit? migliorate durante il funzionamento transitorio. Rivista internazionale di ricerca sui motori, 2020? This step can be made considering ?Varun Pandey, Stijn van Dooren, Johannes Ritzmann, Benjamin Pla and Christopher Onder. Variable smoothing of the diesel engine's optimum calibration for performance and drivability improved during transient operation. International Motor Research Journal, 2020?
Nel metodo qui utilizzato, invece di utilizzare come parte dell'obiettivo lo scostamento degli input da quelli del fronte di Pareto, si utilizza lo scostamento degli output da quelli del fronte di Pareto. Questo ha il vantaggio che se le uscite sono insensibili a un determinato input, questo input sar? notevolmente livellato senza deteriorare le prestazioni complessive. In the method used here, instead of using the offset of the inputs from the Pareto front as part of the target, the offset of the outputs from the Pareto front is used. This has the advantage that if the outputs are insensitive to a certain input, this input will be? significantly leveled without deteriorating overall performance.
La dolcezza in ?ATS-direction non viene considerata per semplificare il processo di addolcimento. Poich? ?ATS varia lentamente rispetto agli altri segnali, non si verificheranno salti negli ingressi se le mappe non sono dolci in ?ATS-direction e questa semplificazione ? accettabile. The sweetness in the ?ATS-direction is not considered to simplify the sweetening process. because ?ATS varies slowly compared to other signals, no jumps in inputs will occur if the maps are not smooth in ?ATS-direction and this simplification ? acceptable.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, il controllore in tempo reale presenta un controllore supervisore, di alto livello, predisposto per risolvere un problema di controllo ottimo in cui According to a preferred embodiment of the invention, the real-time controller has a high-level supervisory controller arranged to solve an optimal control problem in which
- l'obiettivo ? la minimizzazione del consumo di carburante - the target ? minimization of fuel consumption
- non deve essere superato un limite specificato sulle emissioni di NOx allo scarico - a specified limit on exhaust NOx emissions must not be exceeded
- l'evoluzione della temperatura ATS ? catturata da un modello dinamico e considerata nel problema di controllo ottimo. - the evolution of the ATS temperature? captured by a dynamic model and considered in the optimal control problem.
Il controllore di supervisione risolve questo problema di controllo ottimo in un modo di controllo predittivo del modello basato su informazioni di missione predittiva e detta pre-ottimizzazione. In altre parole, il problema del controllo ottimo viene risolto in determinati momenti di aggiornamento e il controllore di supervisione pianifica l'imminente funzionamento del veicolo per un determinato orizzonte di previsione. The supervisory controller solves this optimal control problem in a model predictive control mode based on predictive mission information and called pre-optimization. In other words, the optimal control problem is solved at certain update times and the supervisory controller plans the upcoming vehicle operation for a certain forecast horizon.
L'architettura di controllo proposta ? mostrata nella Figura 2. Consiste di due livelli di controllo, vale a dire il controllore di supervisione predittivo di alto livello che imposta gli input della strategia del motore e il controllore di basso livello che imposta gli input di controllo del motore. Le caselle etichettate "Motore" e "ATS" rappresentano i componenti fisici del gruppo propulsore. Al controllore di supervisione vengono fornite informazioni sull'operazione prevista e sugli stati attuali dell'ATS, ovvero la temperatura dell'ATS e la massa di NOx emessa dall'inizio della missione. Sulla base di queste informazioni, il controllore di supervisione imposta gli input della strategia del motore. Di seguito vengono descritte tre forme di realizzazione del controllore di basso livello. La figura 2 ? mantenuta generale per rappresentarli tutti. L'obiettivo del controllore di basso livello ? impostare gli input di controllo del motore, a seconda degli input della strategia del motore selezionati dal controllore di supervisione e del funzionamento effettivo. A seconda della forma di realizzazione selezionata, il controllore di basso livello richiede inoltre informazioni sull'operativit? prevista, gli stati attuali del motore e gli stati attuali dell'ATS. Le frecce piene rappresentano i segnali che sono usati da tutte le forme di realizzazione del controllore di basso livello, mentre le frecce tratteggiate rappresentano i segnali che sono usati solo da alcune delle forme di realizzazione. A seconda del funzionamento effettivo e degli input di controllo del motore selezionati, il motore produce gas di scarico a una determinata portata e temperatura di massa e con una determinata composizione, ovvero concentrazione di sostanze inquinanti. Questi gas di scarico vengono passati all'ATS e ne influenzano il funzionamento. The proposed control architecture ? shown in Figure 2. It consists of two levels of control, namely the high level predictive supervisory controller which sets the motor strategy inputs and the low level controller which sets the motor control inputs. The boxes labeled "Engine" and "ATS" represent the physical components of the powertrain. The supervising controller is provided with information on the intended operation and current states of the ATS, i.e. the temperature of the ATS and the mass of NOx emitted since the start of the mission. Based on this information, the supervisory controller sets the motor strategy inputs. Three embodiments of the low-level controller are described below. Figure 2 ? kept general to represent them all. The goal of the low-level controller ? set the motor control inputs, depending on the motor strategy inputs selected by the supervisory controller and the actual operation. Depending on the selected embodiment, does the low-level controller also request information about the operation? current engine states, and current ATS states. Solid arrows represent signals that are used by all embodiments of the low-level controller, while dashed arrows represent signals that are used only by some of the embodiments. Depending on the actual operation and the selected engine control inputs, the engine produces exhaust gases at a certain flow rate and mass temperature and with a certain composition, i.e. concentration of pollutants. These exhaust gases are passed to the ATS and affect its operation.
Secondo tre forme di realizzazione preferite dell'invenzione: According to three preferred embodiments of the invention:
- l'uscita del controllore di supervisione di alto livello viene trasmessa a un controllore di basso livello sotto forma di pesi di ottimizzazione per le emissioni di NOx in uscita dal motore e l'entalpia forniti all'ATS e il controllore di basso livello ? predisposto per risolvere un problema di ottimizzazione del controllo e impostare gli input di controllo del motore ottimali; - is the output of the high-level supervisory controller passed on to a low-level controller in the form of optimization weights for engine output NOx emissions and enthalpy provided to the ATS and the low-level controller ? designed to solve a control optimization problem and set the optimal motor control inputs;
- l'uscita del controllore di supervisione di alto livello ? trasmessa a un controllore del motore di basso livello sotto forma di riferimenti fisici, che vengono tracciati, dal controllore di basso livello che imposta di conseguenza gli ingressi di controllo del motore; - the output of the high level supervisory controller ? transmitted to a low-level motor controller as physical references, which are tracked, by the low-level controller which sets the motor control inputs accordingly;
- il modello inverso sviluppato nella Fase 6 della pre-ottimizzazione viene utilizzato per trovare gli input di controllo del motore da impostare secondo il controllore di supervisione di alto livello. - the inverse model developed in Phase 6 of the pre-optimization is used to find the motor control inputs to set according to the high level supervisory controller.
La presente invenzione pu? essere vantaggiosamente implementata in un programma per elaboratore comprendente mezzi a codice di programma per eseguire una o pi? fasi di tale metodo, quando tale programma ? eseguito su un elaboratore. Per questo motivo, il brevetto riguarder? anche tale programma per computer e il supporto leggibile da computer che comprende un messaggio registrato, tale supporto leggibile da computer comprendente i mezzi del codice di programma per eseguire una o pi? fasi di tale metodo, quando tale programma viene eseguito su un computer. The present invention can be advantageously implemented in a computer program comprising program code means for executing one or more? stages of this method, when this program ? performed on a computer. For this reason, the patent will cover also such a computer program is the computer readable medium comprising a recorded message, such computer readable medium comprising the program code means for executing one or more stages of that method, when that program is run on a computer.
Molti cambiamenti, modifiche, variazioni e altri usi e applicazioni dell'invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti del ramo dopo aver considerato la descrizione e i disegni allegati che ne descrivono forme di realizzazione preferite come descritto nelle rivendicazioni allegate. Many changes, modifications, variations and other uses and applications of the subject invention will become apparent to those skilled in the art after considering the description and the accompanying drawings which describe preferred embodiments thereof as described in the appended claims.
Le caratteristiche descritte nello sfondo della tecnica nota vengono introdotte solo al fine di comprendere meglio l'invenzione e non come una dichiarazione sull'esistenza di una tecnica nota. Inoltre, dette caratteristiche definiscono il contesto della presente invenzione, pertanto tali caratteristiche saranno considerate in comune con la descrizione dettagliata. The features described in the prior art background are introduced only in order to better understand the invention and not as a statement of the existence of a prior art. Furthermore, said features define the context of the present invention, therefore such features will be considered in common with the detailed description.
Non verranno descritti ulteriori dettagli di implementazione, in quanto l'esperto del ramo ? in grado di realizzare l'invenzione sulla base della descrizione di cui sopra. No further implementation details will be described, as the expert in the branch ? capable of practicing the invention based on the above description.
Fig. 1 Fig.1
Fig. 2 Fig.2
Fig. 3 Fig.3
Fig. 4 Fig.4
Claims (11)
Priority Applications (2)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140344320A1 (en) * | 2011-12-12 | 2014-11-20 | Avl List Gmbh | Method for evaluating the solution to a multicriteria optimization problem |
US20160160787A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Daimler Ag | Controller for controlling an internal combustion engine of a vehicle, in particular a commercial vehicle |
US20170248091A1 (en) * | 2014-11-17 | 2017-08-31 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Control unit for a combustion engine |
US20190085780A1 (en) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Smoothed and regularized fischer-burmeister solver for embedded real-time constrained optimal control problems in automotive systems |
-
2021
- 2021-08-02 IT IT102021000020744A patent/IT202100020744A1/en unknown
-
2022
- 2022-07-28 EP EP22187490.2A patent/EP4144977A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140344320A1 (en) * | 2011-12-12 | 2014-11-20 | Avl List Gmbh | Method for evaluating the solution to a multicriteria optimization problem |
US20170248091A1 (en) * | 2014-11-17 | 2017-08-31 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Control unit for a combustion engine |
US20160160787A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Daimler Ag | Controller for controlling an internal combustion engine of a vehicle, in particular a commercial vehicle |
US20190085780A1 (en) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Smoothed and regularized fischer-burmeister solver for embedded real-time constrained optimal control problems in automotive systems |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
VARUN PANDEYSTIJN VAN DOORENJOHANNES RITZMANNBENJAMIN PLACHRISTOPHER ONDER: "Variable smoothing of optimal Diesel engine calibration for improved performance and drivability during transient operation", INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINE RESEARCH, 2020 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4144977A1 (en) | 2023-03-08 |
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Harder et al. | Nonlinear MPC with emission control for a real-world off-highway diesel engine | |
de Nola et al. | A Model-Based Computer Aided Calibration Methodology Enhancing Accuracy, Time and Experimental Effort Savings Through Regression Techniques and Neural Networks | |
Deflorian et al. | Online dynamic black box modelling and adaptive experiment design in combustion engine calibration | |
IT202100020744A1 (en) | Method of modeling a powertrain and controlling the modeled powertrain | |
Roepke | Design of experiments for engine calibration | |
Fang et al. | Optimal-behavior-based dynamic calibration of the automotive diesel engine | |
Filev et al. | Learning based approaches to engine mapping and calibration optimization | |
Cranmer et al. | Grey-box modeling architectures for rotational dynamic control in automotive engines | |
Sengupta et al. | Evaluation of model predictive and conventional method based hybrid electric vehicle supervisory controllers | |
Wancura et al. | From virtual to reality–How 48V systems and operating strategies improve Diesel emission | |
Fletcher et al. | Automated model based engine calibration procedure using co-simulation | |
Nilsson et al. | Assessing the potential of prediction in energy management for ancillaries in heavy-duty trucks | |
Kieft | Evaluation of different design space description methods for analysing combustion engine operation limits | |
Drallmeier et al. | Intelligent setpoint optimization for a range extender hybrid electric vehicle with opposed piston engine | |
Taghavipour | Real-time optimal energy management system for plug-in hybrid electric vehicles | |
Pandey et al. | Novel Approach for Model-Based Development-Part II: Developing Virtual Environment and Its Application |