基于最优功率分配因子的插电式混合动力汽车实时能量管理策略研究

插电式混合动力汽车兼顾传统混合动力汽车和纯电动汽车的优点,即具有较长的续驶里程又具有较好的燃油经济性,插电式混合动力汽车的实时能量管理策略是发挥节能潜力的关键技术。为解决具有手动行驶模式选择功能的P2构型插电式混合动力汽车的能量管理实时优化问题,定义发动机和电机功率分配因子,在任何SOC下从电量消耗模式切换到电量维持模式时,提出通过功率分配因子动态调整发动机最优工作曲线获得最佳的燃油经济性的实时能量管理策略。建立功率分配因子全局优化模型,利用自适应模拟退火算法离线优化功率分配因子,研究功率分配因子和SOC对整车燃油经济性的影响规律,得到在不同SOC的最优功率分配因子控制线。从而建立基于最优功率分配因子控制线的插电式混合动力汽车实时控制能量管理策略。在多个循环工况下对比仿真分析不同SOC下的燃油经济性,结果表明基于最优功率分配因子的能量管理策略使得燃油经济性改善幅度最大可达16.99%。     

基于边界拟合动态规划的PHEV电量维持-混合驱动能量管理策略研究

为降低插电式混合动力汽车(PHEV)在电量维持-混合驱动模式下的燃油消耗,需要优化PHEV在该工作模式下的能量管理策略。以同轴耦合PHEV为研究对象,建立了其功率耦合方程和部件模型,分析了基本动态规划算法在约束条件下的边界处理方法及其不足,进而提出了一种基于边界拟合的动态规划算法,在动态规划逆向求解的过程中,采用求解不动点的方法,计算状态在约束条件下的边界曲线。在维持动力电池容量时,以燃油消耗最小为优化目标,通过比较基本动态规划和边界拟合动态规划在能量管理策略中的运用可以看出,后者通过拟合出状态边界线,提高了决策的精度,在工况边界处(如加速较大、制动较快)能充分使用发动机和驱动电动机,并相对节油2.81%。     

面向公交客车应用的插电式混合动力实时优化策略研究

插电式混合动力汽车随着电功率比的逐渐提升实现了机电耦合系统的能量深度混合。然而在应对复杂瞬变的城市公交工况时,如何通过设计实时高效的能量管理策略实现插电式混合动力客车全工况能量消耗最优已成为学术界的研究热点。考虑城市公交工况路况信息对能量分配的影响以及同轴并联式系统构型的自身特点,提出等效坡道在线估计及相应的电池荷电状态(State of charge, SOC)轨线修正方法,在此基础上利用等效油耗最小策略(Equivalent consumption minimization strategy, ECMS)设计一种实时优化能量管理策略,将整条公交线路的能量需求进行合理分配,另外对发动机起停的约束条件保证了发动机的合理高效运行。仿真结果表明所提出的实时优化能量管理策略与实际中应用的规则策略相比,对整车燃油经济性的提升更为显著,且可以更好地匹配公交工况与动力系统构型。实车试验结果也验证了所提出方法的有效性。因此所提出方法为基于优化理论的实车控制策略应用提供了理论依据     

等效因子离散全局优化的等效燃油瞬时消耗最小策略能量管理策略*

以一款混联插电式混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicle, PHEV)的燃油经济性为研究目标,为改善以等效因子为核心的等效燃油瞬时消耗最小策略(Equivalent fuel consumption minimization strategy, ECMS)的控制效果,考虑电池荷电状态(State of charge, SOC)、等效因子与燃油消耗的关系,构建等效因子全局优化模型;利用遗传算法离线优化一定工况下的等效因子S,得到不同电消耗续航行驶里程与电池SOC初始值的最佳等效因子MAP图,建立基于等效因子优化的ECMS能量管理策略,并考虑动力电池、电动机等部件的效率,获得最佳等效因子下的发动机、ISG电机、驱动电机的功率分配,并进 行仿真与硬件在环试验,其中仿真结果表明,与未优化的等效因子相比,燃油经济性提高20.81%,硬件在环试验结果与 仿真结果基本一致,表明所制定能量管理策略的有效性和可行性,进而为解决不同的行驶里程PHEV功率分配策略提供理论基础。     

Plug-in混合动力汽车动力系统参数设计成本效益分析

基于成本效益分析,以年均使用成本和初始成本作为评价指标,建立插电式混合动力汽车(PHEV)动力系统设计分析模型,对PHEV动力系统纯电动续驶里程和能量储存装置参数的进行设计分析。以Prius为分析对象,结果显示当PHEV纯电动续驶里程等于汽车的日行驶里程时,节油量最大且年均成本最小,同时也得到了国内个人交通出行数据统计对PHEV设计的重要性。能量储存装置的容量、放电深度和功率对PHEV质量和初始成本均有较大影响,基于功率/能量比(RP/E)分析了能量储存装置参数对PHEV动力系统成本的影响。     

四轮驱动混合动力汽车能量管理策略仿真

针对一种四轮驱动混合动力汽车,在分析其动力系统结构的基础上,进行了建模,控制策略开发及仿真分析.利用AVL CRUISE软件建立整车仿真模型并编译为S-function,然后在MATLAB/Simulink环境下搭建基于规则的逻辑门限值能量管理策略模型,用以控制混合动力系统的转矩分配,实现工作模式的合理选择,最后在不同的初始SOC条件下基于NEDC工况进行仿真计算.通过与原型传统车的综合油耗对比,验证了所设计控制策略的有效性.     

基于驾驶风格识别的混合动力汽车能量管理策略

为了进一步提高混合动力汽车的燃油经济性,针对驾驶员的驾驶风格对混合动力汽车的燃油经济性有较大影响的问题。通过对驾驶操作引起的汽车行驶过程的车体冲击度分析,确定不同类型行驶工况下的驾驶风格区分方法,应用该方法在所采集的大量行驶工况数据上,得到不同驾驶风格的车速信息。将行驶工况识别算法、不同驾驶风格的车速信息、等效燃油最小能量管理策略相结合,获取不同驾驶风格下的最优需求功率分配方式,从而建立基于驾驶风格识别的能量管理策略。对一段随机工况应用所制定的能量管理策略,仿真结果表明,所提出的控制策略比不考虑驾驶风格的等效燃油最小能量管理策略燃油经济性提高了8.47%,发动机工作点更好地运行在其最佳效率曲线附近,电池SOC更稳定且更好地维持在高效区域。     

混合动力汽车由纯电动工况起动发动机特性研究

针对CVT混合动力汽车机电动力耦合系统,划分出工作模式区域,研究了驱动工况下的扭矩管理。为满足整车平顺性要求,结合发动机的动力性和经济性,研究了各工作模式切换过程中机电动力耦合系统控制策略以及发动机与电机之间的动力协调控制算法。进行了整车动力学建模与仿真分析,并采用台架试验进行验证。结果表明,在单电机、CVT式混合动力系统中,采用所制定的扭矩协调控制策略,能有效的降低模式切换过程中的扭矩波动,提高模式切换的品质,实现混合动力汽车各模式切换的平稳控制。     

可外接充电混合动力汽车能量管理策略

按照"离线全局优化一在线应用设计一试验结果验证"的设计思路,采用系统仿真建模、动态规划计算、遗传算法优化等方法,对一并联式可外接充电混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)能量管理策略进行了研究.由动态规划全局优化方法获取的最优控制,既可以作为制定实时在线策略的宏观指导,也可以作为不同策略的评估标准,对能量管理策略的优化设计具有重要指导意义.而通过在线能量管理策略设计方法,则可以制定出既符合PHEV特点又满足车辆实时性要求的在线能量管理策略.试验验证结果表明:由以上方法获取的三个层次的PHEV能量管理策略,能够根据车辆的不同行驶里程充分利用外围电网充入能量,并对动力总成能量流进行合理分配,使整车经济性能提高50%～57%.     

基于模糊控制的混合动力船舶能量管理策略研究

以由燃料电池、超级电容和蓄电池组成的混合动力船舶为研究对象,根据各动力源的特性参数建立混合动力系统数学模型。根据燃料电池、蓄电池和超级电容的动力特性,提出了一种基于模糊逻辑的能量管理策略,借助模糊逻辑控制算法和隶属度函数概念,综合考虑各影响因素(如功率需求,SOC等),从而得到最佳优化方案。通过模糊控制器将蓄电池SOC、超级电容SOC、需求功率输入量模糊化,经过所设定的控制规则来完成能量分配与管理,得到燃料电池、蓄电池和超级电容的输出功率。最后在MATLAB/SIMULINK环境下建立了混合动力系统仿真模型,仿真结果表明:基于模糊逻辑的能量管理策略能实现对混合动力系统能量的优化管理与控制,使船舶安全可靠运行,为实现船舶纯绿色的发展提供技术支撑。     

轻度混合动力汽车巡航工况总工作效率分析和优化

在混合动力电动汽车巡航工况时,为了降低油耗和延长电池的使用寿命,对其能量管理策略的优化除了考虑发动机和电动机工作点的优化之外,还应考虑电池工作点的优化。针对这个问题,建立一种具有无级变速结构的轻度混合动力电动汽车的纵向动力学方程,在此基础上综合考虑发动机、电池、电动机与传动系统的效率,分析车辆巡航工况下的系统效率,得到系统效率优化的目标函数和约束条件。随后利用序列二次规划算法对轻度混合动力电动汽车系统效率进行优化计算,从而确定车辆巡航工况下的最佳蓄电池功率和最佳无级变速器(Continuously variable transmission, CVT)减速比。优化结果揭示出驱动系统的特性,可为驱动系统的优化奠定基础。     

基于前向建模的ISG型CVT混合动力系统再生制动仿真研究

基于对CVT混合动力汽车制动力分配的分析,综合考虑发动机反拖制动、CVT速比及夹紧力控制、电池快速充电特性与电机高效发电特性对再生制动性能的影响,制订了相应的再生制动控制策略。根据前向建模思想,利用数值建模与理论建模的方法,建立了CVT混合动力汽车再生制动系统综合模型,进行了EUDC等四种典型循环工况下的再生制动性能仿真,在保证安全制动的条件下,实现了较高比率的制动能量回收,仿真结果证明了所提出的再生制动控制策略和系统模型的正确性与适用性。     

ENERGY MANAGEMENT STRATEGY FOR PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLES

Energy management strategy (EMS) is the core of the real-time control algorithm of the hybrid electric vehicle (HEV). A novel EMS using the logic threshold approach with incorporation of a stand-by optimization algorithm is proposed. The aim of it is to minimize the engine fuel consumption and maintain the battery state of charge (SOC) in its operation range, while satisfying the vehicle performance and drivability requirements. The hybrid powertrain bench test is carried out to collect data of the engine, motor and battery pack, which are used in the EMS to control the powertrain. Computer simulation model of the HEV is established in the MATLAB/Simulink environment according to the bench test results. Simulation results are presented for behaviors of the engine, motor and battery. The proposed EMS is implemented for a real parallel hybrid car control system and validated by vehicle field tests.     

并联混合动力电动汽车的模糊能量管理策略

为进一步优化并联的经济性，增强其能量管理策略的鲁棒性，针对高混合率，分析了常用的发动机最优曲线能量管理策略的不足，提出了以功率差、电池组荷电状态和电机转速为输入，以决定电机功率的比例系数为输出的模糊逻辑功率分配策略，在线计算电机所应承担的功率，达到了优化发动机工作点、电机效率和电池组荷电状态平衡的目的。通过整车循环工况前向仿真验证了该模糊策略对车辆经济性和工况适应性的改善。     

基于随机动态规划的混合动力履带车辆能量管理策略

混合动力履带车辆采用发动机—发电机组和电池组混合供电,必须设计满足车辆动力性和燃油经济性约束的能量管理策略。针对串联式混合动力履带车辆,提出一种基于随机动态规划的能量管理策略设计方法。以实车行驶试验数据为目标工况,将驾驶员功率需求抽象为随车速变化的马尔科夫过程。建立发动机—发电机组、电池组以及直流母线功率平衡动态模型。以目标工况中燃油消耗及电池最终荷电状态的偏差作为车辆的优化控制成本函数,建立车辆能量管理最优控制问题。采用策略迭代法求解以发动机转速、电池组荷电状态、车速和驾驶员功率需求为输入、发动机电子节气门为输出的最优控制策略。所得控制策略通过基于前向车辆模型的仿真以及行驶试验验证。结果表明,相对于原发动机多点控制策略,所得最优控制在满足目标工况同时,燃油经济性明显提高。     

DEVELOPMENT OF THE ENERGY MANAGEMENT STRATEGY FOR PARALLEL HYBRID ELECTRIC URBAN BUSES

A novel parallel hybrid electrical urban bus （PHEUB） configuration consisting of an extra one-way clutch and an automatic mechanical transmission （AMT） is taken as the study subject. An energy management strategy combining a logic threshold approach and an instantaneous optimization algorithm is proposed for the investigated PHEUB. The objective of the energy management strategy is to achieve acceptable vehicle performance and drivability requirements while simultaneously maximizing the engine fuel consumption and maintaining the battery state of charge in its operation range at all times. Under the environment of Matlab/Simulink, a computer simulation model for the PHEUB is constructed by using the model building method combining theoretical analysis and bench test data. Simulation and experiment results for China Typical Bus Driving Schedule at Urban District （CTBDS_UD） are obtained, and the results indicate that the proposed control strategy not only controls the hybrid system efficiently but also improves the fuel economy significantly.     

Power-balancing instantaneous optimization energy management for a novel series-parallel hybrid electric bus

Energy management(EM) is a core technique of hybrid electric bus(HEB) in order to advance fuel economy performance optimization and is unique for the corresponding configuration. There are existing algorithms of control strategy seldom take battery power management into account with international combustion engine power management. In this paper, a type of power-balancing instantaneous optimization(PBIO) energy management control strategy is proposed for a novel series-parallel hybrid electric bus. According to the characteristic of the novel series-parallel architecture, the switching boundary condition between series and parallel mode as well as the control rules of the power-balancing strategy are developed. The equivalent fuel model of battery is implemented and combined with the fuel of engine to constitute the objective function which is to minimize the fuel consumption at each sampled time and to coordinate the power distribution in real-time between the engine and battery. To validate the proposed strategy effective and reasonable, a forward model is built based on Matlab/Simulink for the simulation and the dSPACE autobox is applied to act as a controller for hardware in-the-loop integrated with bench test. Both the results of simulation and hardware-in-the-loop demonstrate that the proposed strategy not only enable to sustain the battery SOC within its operational range and keep the engine operation point locating the peak efficiency region, but also the fuel economy of series-parallel hybrid electric bus(SPHEB) dramatically advanced up to 30.73% via comparing with the prototype bus and a similar improvement for PBIO strategy relative to rule-based strategy, the reduction of fuel consumption is up to 12.38%. The proposed research ensures the algorithm of PBIO is real-time applicability, improves the efficiency of SPHEB system, as well as suite to complicated configuration perfectly.     

负载跟随阈值变化下的汽车能量管理策略

针对并联混合动力汽车的能量管理问题，提出了一种新的启发式控制策略，即负载跟随阈值改变策略(LTS)。LTS控制策略基于阈值变化机制和负载跟随方法，可以与电池荷电状态(SOC)保持成比例的微小偏差，能够有效确保电池持续稳定运行。与目前应用阈值变化机制的规则控制策略不同，本文设计LTS控制策略的阈值通过电池荷电状态(SOC)和发动机转速来综合调整动力输出方式，其能量管理的精细化程度更高。为了验证策略的有效性，将该策略应用于混合动力汽车进行仿真测试，并与传统的等效燃油消耗率最小化策略(ECMS)和电动辅助控制策略(EACS)进行性能对比。结果表明：在燃油经济性方面，LTS控制策略优于EACS控制策略3.1%～10.4%,LTS控制策略优于ECMS控制策略2.5%～5.7%。在电池荷电状态(SOC)方面，LTS控制策略可以使得C_SO值大于60%,电池具有较好的运行状态。