新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型,通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型。通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

多源信息融合的车速预测方法及整车能量管理

为了进一步挖掘功率分流混合动力汽车的节能潜力,提出了一种融合驾驶意图、车间运动特征及工况历程特征信息的车速预测方法。在此基础上,以燃油经济性最优为目标,建立了基于模型预测控制的整车能量管理优化模型,并采用动态规划算法在有限时域内进行求解,实现了各动力源转矩的实时最优分配。通过MATLAB/simulink软件平台仿真验证表明:在城市道路循环工况下,车速预测精度在不同预测时域都得到了进一步的提升。相比于参数优化后的规则策略,该整车能量管理策略在3种典型工况下,燃油消耗量分别降低了28.53%、23.40%和26.42%,从而验证了该车速预测方法和整车能量管理策略的有效性。     

基于显式随机模型预测控制的功率分流式混合动力 车辆能量管理策略

混合动力车辆的能量管理策略对提高燃油经济性十分重要.为了提高功率分流式混合动力车辆的燃油经济性以及能量管理策略的实时性,设计了基于显式随机模型预测控制的能量管理策略.首先利用马尔科夫链预测车速,通过简化控制模型,把非线性的能量管理问题转化为线性二次优化问题,建立了以预测域内能量消耗最小为目标的随机模型预测策略(SMPC);然后通过参数化求解得到显式随机模型预测控制策略,该策略既保持了随机模型预测控制方法的优势,又提高了计算速度;最后在多个工况下进行仿真,对提出的能量管理策略的有效性进行验证.仿真结果表明:与基于规则的控制策略相比燃油经济性最高可提高28.64%,同时该策略在仿真中的平均计算时间为3.1 ms,具有实时运算潜力.     

基于需求功率预测的混合动力越野车能量管理

为了优化混合动力越野车多动力源动态响应控制与燃油经济性,以需求功率为关键研究参量,设计自适应马尔科夫链预测算法,实现需求功率的实时预测.基于等效燃油消耗最小控制策略,提出考虑实时需求功率的变化寻优域,设计变域等效燃油消耗最小控制策略,实现能量管理优化.运用Cruise和Simulink软件搭建了混合动力越野车能量管理联合仿真平台,以典型越野行驶工况为仿真循环工况进行策略验证.联合仿真结果表明:所设计的自适应马尔科夫链需求功率预测算法使得整车动力性提升6.5％;与传统复合规则型策略相比,变域等效燃油消耗最小能量管理策略使得整车燃油经济性提升10.5％.     

基于效率优化的增程式电动环卫车控制策略

为了提高增程式电动汽车在增程阶段的能量转换效率及整车的等效燃油经济性,以一款增程式电动环卫车为例,对增程器的3种不同控制策略进行了对比分析。首先基于台架试验的发动机油耗特性和发电机效率特性,合成得到增程器整体效率特性及其最优效率曲线,并在MATLAB/Simulink/Stateflow平台搭建整车正向动力系统仿真模型;然后对增程式电动汽车的等效能耗进行了推导,将所消耗燃油和电能全部换算为单一的燃油量;在此基础上基于中国典型城市客车运转工况,分别应用增程器定点发电、增程器沿最优效率曲线功率随动和增程器恒定转速随动输出功率这3种控制策略进行车辆行驶仿真试验。研究结果表明:增程器在定点发电模式下,能够始终工作于最高效率点,从而达到最优的能量转换效率,此时整车等效百公里油耗为29.22L;増程器在恒转速功率随动模式下效率最低,其等效百公里油耗为33.41L;增程器沿最优效率曲线的功率随动模式下比恒转速功率随动模式下的等效百公里油耗降低了约2.78L,达到30.63L。通过对比3种增程器控制策略的仿真结果发现,在增程式电动汽车増程器的电量消耗-电量维持工作模式下,定点发电模式能够使增程器达到最佳的工作效率并实现最小的整车等效百公里燃油消耗,可将其作为增程式电动汽车增程器的最佳控制策略。     

采用能量管理策略的混联式混合动力汽车的建模与仿真

以燃油消耗最小为目标,在Matlab/Simulink中搭建一种混联式混合动力汽车的动力系统模型,基于逻辑门限值的能量管理策略分别在城市和市郊两种道路工况下进行仿真。仿真结果表明,整车需求转矩可以进行有效分配,维持了电池荷电状态的平衡,城市道路工况百公里油耗为4.8 L,市郊道路工况百公里油耗为1.596 L;与传统的燃油车进行相比,城市道路工况下百公里油耗降低率达到了37.4%,高速道路工况下达到了71%。     

基于系统效率的PHEV动力与控制参数优化

针对搭载无级变速器的单电机插电式混合动力汽车,提出了一种新的动力参数与控制参数设计方法.建立插电式混合动力汽车各工作模式的系统效率模型,得到基于系统效率的工作模式切换规律,并对模式切换曲线乘以控制参数以实现模式切换规律的调整.充分考虑燃油经济性的影响因素,以动力源功率、电池数目以及主减速器速比作为动力系统设计参数.利用Matlab/Simulink建立整车经济性仿真模型,构建"城市-城郊-高速-城郊-城市"综合行驶工况,以降低等效燃油消耗为目标,采用遗传算法对插电式混合动力汽车动力系统参数与模式切换规律控制参数进行综合优化.结果表明:采用本文所提出的方法能够优化出一组合理的动力与控制系统参数,使整车等效燃油消耗更低,比优化前的百公里等效油耗降低了7.2%.     

增程式电动汽车规则型能量管理策略对比

针对增程器小型化后的串联式增程式电动汽车能量管理策略问题,从发动机参数匹配角度对增程器小型化的方法进行了研究,采用逐步优化的方法提出了4种规则型能量管理策略.基于搭建的整车动力系统仿真平台,分别从发动机工作点分布、增程器效率以及动力电池充放电能量损失等方面对比分析了各控制策略燃油经济性存在差异的原因.离线及硬件在环仿真试验结果表明:增程器平均效率和动力电池充放电能量损失是影响车辆燃油经济性的主要因素;配置了小型化增程器的电动汽车,不适合照搬发动机开/关和功率跟随控制策略,采用最优曲线控制策略可获得较好的燃油经济性和控制效果.     

新型插电式混合动力轿车能量管理策略优化

针对一款新型插电式混合动力轿车,以燃油经济性为目标,设计了其能量优化管理策略并进行了仿真验证。首先,建立了整车前向仿真模型;其次,综合考虑驾驶员需求、车辆及各部件状态,设计了基于规则的能量管理策略;再次,使用等效燃油消耗最小算法(ECMS)进一步优化转矩分配;最后,通过离线仿真和硬件在环仿真对上述策略进行测试验证。结果表明:与基于规则的能量管理策略相比较,优化后能量管理策略在新欧洲行驶工况(NEDC)下油耗降低4.29%;同时硬件在环试验也表明,所开发的等效燃油消耗最小(ECMS)控制策略能够在车载控制器中实时运行。     

串联混合动力汽车的能量管理策略

以串联混合动力汽车为研究对象,采用“系统建模-策略开发-仿真验证”的思路对能量管理策略进行了研究,建立了动力系统各关键部件的模型.将功率分配系数作为控制变量,以燃油经济性作为控制目标建立了一种基于逻辑门限与模糊算法的能量管理策略;以US06作为循环工况,在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真,结果表明,所提出的能量管理策略正确有效,可以实现良好的燃油经济性,与传统的开关式能量管理策略相比,可以降低油耗113%.     

基于传动效率最优的功率分流式混合动力汽车控制

针对一种采用双行星排结构的功率分流式混合动力汽车,采用杠杆法对动力耦合机构进行动力学行为分析,得到电动机转速、转矩和功率与发动机的比值关系.在此基础上,求取整车传动系统的传动效率和电功率比,同时对功率分流和功率循环现象进行分析,进一步制定了机械点(MP)控制策略,通过优选合适的切换阈值K,避免功率循环,并保证了整车传动高效率.基于AVL/Cruise平台搭建了整车动力学仿真模型,同时在MATLAB/Simulink中搭建整车能量管理策略,并进行联合仿真分析.结果表明:相比于最优工作曲线(OOL)控制策略,基于传动效率最优的机械点控制策略可以保证整车传动系统的高效率,电池荷电状态(state of charge,SOC)处于较好的范围,其等效100 km油耗下降了8. 5%,有效提高了燃油经济性.     

基于等效燃油消耗最小算法的并联式混合动力卡车控制策略

为提高混合动力卡车燃油经济性,解决等效燃油消耗最小策略实时性差的问题,针对某款混合动力卡车,在基于逻辑门限值控制策略基础上,结合等效燃油消耗最小策略(equivalent consumption minization strategies,ECMS),制定等效因子,引入电池电荷状态(state of charge,SOC)平衡策略,建立了基于ECMS算法的门限值控制策略,既保证了算法的实时性,又提升了控制效果。仿真结果表明,相比于门限值的能量管理策略时的百公里油耗,燃油经济性提升5. 96%,所设计的控制策略能够在实现较好的燃油经济性的同时,维持电池SOC的平衡。     

ISG并联混合动力轿车最优转矩分配策略

能量管理策略对混合动力汽车燃油经济性的改善具有关键作用。因为ISG混合动力轿车发动机转速不是受控变量,转矩成为能量管理策略惟一的控制变量,使其实质为转矩分配策略。考虑动力总成部件之间能量传递转换效率得到电机等效燃油消耗量,由此得到不同待选分配点动力总成等效燃油消耗率,以动力总成等效燃油消耗率最小化为原则优化转矩分配,使整车燃油经济性达到最优。通过离线计算,使转矩分配成为根据整车需求转矩、发动机转速和超级电容电压进行简单查表的过程,解决了计算量大的缺点,方便了实际应用和实时控制。建立整车和控制策略模型进行仿真计算,基于中国乘用车城区瞬态循环,与传统逻辑门限值分配策略相比,整车燃油经济性改善提高了5.2%。     

新型双模功率分流机构参数优化及性能分析

功率分流式混合动力汽车同时具备串联式和并联式混合动力汽车的优点,但单模功率分流混合动力汽车会产生较高的电损耗。提出一种双模功率分流机构以改善单模功率分流机构的电耗高的缺点,不同于传统多行星齿轮组和多离合器的双模功率分流机构,仅包含单行星齿轮组,利用同步器进行模式切换。使用基于全局优化能量管理策略的后向仿真方法,以燃油经济性为目标,对该功率分流机构和丰田混合动力系统(THS)进行动力传动系统参数优化,并对仿真结果进行能量流分析。结果表明,相较丰田混合动力系统,提出的功率分流机构能降低电损失。     

汽车燃料电池/蓄电池混合动力实时功率优化控制

目的改善燃料电池混合动力汽车的燃料经济性,优化混合动力系统能量管理控制.方法采用燃料电池和镍氢蓄电池构成新能源混合动力系统,以最少等效燃料消耗为目标函数,建立了混合动力系统能量分配管理的数学模型,引入惩罚因子对蓄电池的SOC进行调控,HWFET驾驶循环工况优化了混合动力系统实时能量分配结果当SOC介于0.5和0.8之间时,混合动力系统进入瞬时优化能量管理策略;当SOC0.5时,混合动力系统由燃料电池供能并给蓄电池充电;当SOC0.8时,混合动力系统主要由蓄电池供能,动力不足情况下由燃料电池能量补充;在惩罚因子的作用下,SOC将处于一个合理区域,最终使混合动力系统处于最优能量分配管理状态.结论实时功率优化控制策略避免燃料电池处于低功率低效率输出,在燃料电池和蓄电池之间合理分配功率,提高了燃料经济性,同时惩罚因子的引入保证了SOC稳定性.     

一种混联式液压混合动力系统及控制策略

混合动力系统的拓扑结构和控制策略决定了整车的性能.文中提出了一种适合城市公交工况的基于地面扭矩耦合方式的混联式液压混合动力系统,以及以满足车辆瞬时动力需求为基础、以全局经济性最优为目标的整车能量管理策略;借鉴研究混杂系统的方法和思路,采用了分层递阶控制以简化系统的结构;基于Matlab/Simulink/Statflow联合仿真技术,建立整车前向模型,并选择ECE城市循环工况对整车的经济性和动力性进行分析.结果表明,文中所提出的液压混合动力系统及控制策略可明显改善发动机的输出特性,有效地提高整车的燃油经济性和瞬时动力性.     

混合动力汽车自适应等效油耗最低能量管理策略

为提高插电式混合动力汽车燃油经济性，采用基于动态规划（DP）的控制策略仿真分析了不同典型工况、不同行驶里程下SOC（电池荷电状态）的最优轨迹。在等效油耗最低能量管理策略（ECMS）的基础上，采用比例积分（PI）控制算法实时更新电能-燃油等效因子，以保证SOC实际轨迹能够大致跟随理论参考轨迹，进而提出了一种可实时控制的自适应等效油耗最低能量管理策略（AECMS）。为验证所提控制策略的控制性能有效性，采用不同典型工况及不同行驶里程对ECMS、DP、AECMS的控制性能进行了仿真对比。结果表明，AECMS控制效果接近于DP控制策略且可实时控制，电量消耗（CD）模式下AECMS相对于ECMS减少油耗3.50%~8.71%，电量保持（CS）模式下AECMS相对于ECMS减少油耗1.11%~2.46%。     

柴油串联式混合动力控制系统试验研究

以能量管理和辅助动力单元(APU)控制为核心的动力控制系统,决定了柴油串联式混合动力客车的燃油经济性和排放性能。通过建立的一套串联式混合动力系统测试平台,以中国客车城区道路循环工况为基准,测试动力系统油耗、发动机排放和蓄电池SOC,以评价能量管理和APU控制性能。结果表明:APU采用前馈+反馈控制,能够完成定转速控制和变转速控制;同时基于模糊规则的能量管理策略在APU变转速控制,SOC为40%时,使得该混合动力系统的经济性比原型车(38 L/100 km)提高20%;采用定转速的APU控制与采用变转速的APU控制相比,油耗增加5.7%,烟度值降低42%,NOx增加4%。     

基于有限状态机的军用起动/发电一体化混合动力车辆能量管理策略研究

为了满足未来军用混合动力车辆的需求,设计了一种基于起动/发电一体化(integrated starter generator,ISG)技术的军用混合动力总成方案,制定了相应的能量管理策略。基于有限状态机(finite state machine,FSM)理论建立各个工作模式间的逻辑关系及状态转换过程,同时,对各个工作模式下车辆动力源负荷率分配进行了定量分析。以某型军用ISG混合动力车辆参数作为仿真输入条件,利用Cruise/Simulink软件仿真分析整车动力性和经济性,对制定的能量管理策略进行验证。仿真结果表明,军用ISG混合动力车辆与原型车相比动力性获得较大提升,FSM理论能够实现车辆工作模式之间的转换,动力源负荷率的合理分配优化了发动机的运行工况,使得发动机大部分工作点分布在经济工作区内,降低了油耗,所制定的能量管理策略最终达到了提高车辆的动力性、改善车辆的燃油经济性的目的。