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。     

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。     

功率分流式混合动力系统结构优化与性能验证

对某具有双行星排的功率分流式混合动力系统进行了结构优化,并对优化后的系统进行运动学、动力学和效率分析,随后介绍了系统的工作模式及特点.基于Matlab/Simulink与LMS AMESim软件建立联合仿真平台,进行整车性能仿真.结果表明,整车能量消耗和动力性能均得到改善.纯电动模式下,城市工况(UDC)整车电能消耗降低8%;混动模式下,新欧洲行驶工况(NEDC)整车油耗降低6%.纯电动模式最高车速从110 km·h~(-1)增加到160 km·h~(-1).混动模式0～100 km·h~(-1)加速时间从14.5 s减少到10.0 s.     

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.     

混合动力电动汽车能量管理技术研究综述

能量管理策略对于提高混合动力电动汽车的燃油经济性、保护系统的健康状态、以及减少温室气体排放具有至关重要的作用,但由于动力系统复杂的非线性结构以及在线应用的实时性要求,开发高效的能量管理策略仍是一项极具挑战性的任务. 为此,本文对能量管理技术的研究进展进行了全面的总结. 首先,综述目前混合动力电动汽车广泛采用的机电耦合系统,总结各类系统的拓扑结构与运行特点;其次,综合分析近年来能量管理策略的研究进展以及发展趋势;同时从最优性以及实时性等关键技术指标出发,评价各类方法的技术优势与不足,为进一步的工程应用提供参考;最后,展望能量管理技术未来的研究方向,希望为能量管理策略在智能网联环境下的发展提供借鉴.      

串并联混合动力系统自适应模式切换优化控制

为改善某新型串并联插电式混合动力系统双电机纯电动至并联驱动模式切换品质,同时确保不同车辆行驶状态及驾驶员输入下模式切换策略的适应性能,提出了平顺性起机和动力性起机概念,设计了自适应模式切换优化控制策略。首先,建立该串并联混合动力系统动力学模型,并对其双电机纯电动至并联驱动模式切换过程进行分析,确定模式切换不同阶段控制目标及控制策略;其次,以车辆驾驶平顺性和发动机起动时间为优化指标,通过动态规划求解发动机最优拖转转速曲线,提出一种发动机起动模型预测优化控制策略,在线计算离合器滑摩转矩以拖转发动机跟踪目标最优转速曲线,并通过电机补偿输出端转矩波动。离线仿真及硬件在环台架试验结果表明,所开发的自适应模式切换控制策略能够满足不同的驾驶需求,并具有较好的驾驶平顺性。     

燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究进展

动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成“电-电”混合动力系统,已成为业界主流。本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+动力电池方案、燃料电池+超级电容方案、燃料电池+动力电池+超级电容方案,并对各方案的优势和劣势进行比较。同时,本文综述了近年来国内外学者提出的面向FCV的代表性能量管理策略,从理论基础与求解方法的差异出发,将现有燃料电池汽车的能量管理策略分为3类：基于规则定义的策略、基于最优化方法的策略以及基于机器学习的策略,并总结了各类策略在最优性与实时性等方面的优势和劣势。其中,基于规则定义的策略最易实现,在工程应用中最为普遍,但无法实现性能最优;基于最优化方法的策略能够接近甚至达到理论最优,但存在计算量过大、计算耗时过长、实时性差等问题;以强化学习为代表的基于机器学习的策略有望在最优性与实时性之间实现理想的平衡,但目前还存在模型训练耗时长、试错代价高等困难,在实车应用层面还存在一定挑战。基于文献研究与分析,本文提出以下观点：1)以大功率燃料电池为核心的功率混合型系统是...     

混合动力系统发动机停机过程控制策略

针对混联式混合动力系统,为减小其由混合驱动模式切换至纯电驱动模式过程中发动机停机引起的整车纵向冲击,利用模型预测控制算法可以在线滚动优化获得最优控制序列的特点,提出了一种基于模型预测控制的发动机停机优化控制策略. 首先,采用理论与试验相结合的研究方法,建立了发动机阻力矩模型;其次,依据动力元件工作状态的不同,将发动机停机过程划分为发动机工作点调整阶段和电机反拖发动机阶段,设计了分段式发动机停机控制策略;最后,通过仿真对所设计的控制策略进行了验证,并与传统基于比例-积分-微分的控制方法进行了对比. 仿真结果表明,所提出的控制策略能有效抑制发动机停机过程中的输出转矩波动,降低整车冲击度,提高车辆行驶的平顺性.      

挖掘机混合动力系统部件装机功率设计方法

合理设计挖掘机混合动力系统部件装机功率不仅可以满足挖掘机动力性能和操纵性能的需要,而且有助于降低动力系统各部件的装机功率.分析了混合动力系统各部件间的能量传递过程,查明了柴油机用于直接拖动负载的输出功率对混合动力系统部件装机功率的作用规律,提出了挖掘机混合动力部件装机功率设计方法,给出了混合动力系统各部件装机功率的计算公式.以7T混合动力挖掘机为例,对其混合动力系统各部件的装机功率进行了计算.计算结果表明:所提出的设计方法可用于混合动力系统各部件装机功率的计算;所提出的设计方法可用于不同结构混合动力系统部件装机功率的设计.     

功率分流式混合动力汽车复合电源系统设计

为解决功率分流式混合动力汽车单一蓄电池功率密度小、循环寿命短等问题,引入超级电容-蓄电池复合电源系统,利用AVL-Cruise/Simulink联合仿真平台搭建了功率分流式混合动力汽车的动力系统模型,在基于发动机最优工作曲线的能量管理控制策略中加入了复合电源功率分配策略,该功率分配策略能够缓冲起停发动机、制动工况下的电机工作时的大电流对电池的冲击,使电池尽可能工作在高效率区间来提高车辆的燃油经济性.在此基础上,对蓄电池组和超级电容进行了参数匹配,仿真结果表明蓄电池的放电过程得到了优化,所设计的复合电源系统能够提高车辆的燃油经济性.      

电动汽车的多模式复合电源能量管理自适应优化

为提高电动汽车的多模式复合电源系统效率,提出一种能量管理自适应优化方法。对多模式复合电源工作模式进行分析,设计超级电容自适应参考电压。建立复合电源系统效率优化目标函数,并结合电池荷电状态和超级电容电压设计电池输出功率补偿规则和能量管理自适应优化方法。搭建多模式复合电源系统仿真模型和测试平台进行测试。测试结果表明:在UDDS和NEDC路况下,与滞环控制相比,采用能量管理自适应优化的多模式复合电源系统效率分别提高1.13%和1.02%。采用能量管理自适应优化的多模式复合电源不仅能自适应选择工作模式和完成电池输出功率补偿,而且避免了电池输出功率突然增大,保证了电池安全。     

基于粒子群优化的混合动力汽车多目标能量管理策略

为了同时实现降低整车能耗和控制电池电量的能量管理目标,针对某功率分流式混合动力汽车,提出了基于粒子群优化(PSO)的多目标能量管理策略。该策略采用双层结构,内层采用考虑模式切换的等效燃油消耗最少策略(ECMS)对工作模式和工作点进行优化,实现降低整车能耗的目标;外层采用PSO对等效因子进行迭代优化,实现电池电量的控制目标。通过基于实车控制策略的整车仿真模型对优化效果进行了验证,结果表明,PSO与ECMS相结合的能量管理策略可实现降低整车能耗与控制电池电量的双重目标。     

混合动力挖掘机能量管理系统控制策略研究

针对最优控制理论设计的混合动力挖掘机最佳燃油控制策略具有全局寻优计算量大、需提前预知系统所有工况状态的不足,本文提出一种实时最佳燃油能量管理策略,对发动机的"转速-功率-燃油耗率"进行数值建模,在直流母线电压稳定的约束下,计算使发动机高效运行的储能系统功率补偿量,并作为控制决策输出;随后,采用有限控制集模型预测控制实现储能系统在该控制决策下的快速功率控制.仿真验证了该方法的有效性和正确性;工程试验表明,该策略在挖掘机平地轻载、重载旋转工况下的燃油耗量分别为传统机型的82.2%和77.6%,可供实际设计参考.     

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%.     

双参数组合优化的复合电源模式切换控制策略

针对电动汽车多模式复合电源系统的工作模式频繁切换、系统参数优化不易实现的问题,结合超级电容荷电状态、需求功率以及部件效率,提出一种基于平均功率和滞环控制的双参数组合优化切换控制策略。通过实时平均功率跟踪和滞环控制来避免工作模式频繁切换,提高系统稳定性;通过建立双参数组合优化的模拟退火目标函数来优化系统工作效率。对所搭建的复合电源系统仿真模型与实车测试进行比较验证,结果表明:采用双参数组合优化切换控制策略能降低复合电源工作模式切换频率和电池输出频率,有效保证了系统的稳定性和电池安全,从而提高系统效率和延长电池使用寿命;与基线控制策略相比,实车测试时复合电源系统工作效率提高了1.8%。该结果可为电动汽车复合电源系统研究提供参考。     

插电式混合动力汽车能量管理策略多目标优化

能量管理策略与插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicles,PHEV)的燃油消耗和尾气排放密切相关.在开发的PHEV能量管理策略基础上,建立整车仿真模型.利用自适应惯性因子对基本粒子群算法进行改进.为克服单一优化算法的固有缺陷,将改进粒子群算法和遗传算法组成混合优化算法,并将该混合算法应用于PHEV能量管理策略的多目标优化.优化结果表明,该算法能有效跳出局部最优,其寻优能力明显高于基本粒子群算法和遗传算法,优化后的PHEV油耗和尾气排放相对于优化前减少近30%.     

数据驱动的插电式混合动力客车能量管理策略

针对插电式混合动力公交客车的能量管理优化问题,提出了基于庞特里亚金极小值原理的两类工况片段新特征参数,其中非平衡状态特征参数与转速-扭矩分布相关,平衡状态特征参数与最优控制相关,并由此构建了行驶工况数据库.针对影响该类车辆能耗的关键阶段——电能平衡阶段,通过工况间的相似性,提出了含修正的数据驱动的最优等价因子估计方法,构建了数据驱动的能量优化管理策略.结果表明,该策略能使不同实际工况采用的等价因子和电池荷电状态SOC轨迹接近于理论最优,较目前常用的规则策略能显著地提升燃油经济性约5.72%,较同类研究能克服准确预测车辆未来行驶工况的难题.     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.