基于近似极小值原理的插电式混合动力汽车实时控制策略

将发动机的瞬时油耗拟合成由一次函数和二次函数组成的分段函数形式,将电池瞬时等效油耗拟合成由两个二次函数组成的分段函数形式,在此基础上,通过对Hamilton函数的分析,提出通过简化最优控制变量搜索空间来缩短寻优时间的近似极小值原理实时控制策略,并将该策略的等效油耗优化效果和计算时间分别与基于规则的CD-CS模式控制策略和基于极小值原理的最优控制策略进行对比。结果表明,上述提出的实时控制策略在等效油耗优化效果方面接近基于极小值原理的最优控制策略,而明显优于基于规则的CD-CS模式控制策略,在计算时间方面接近基于规则的CD-CS模式控制策略,而明显短于基于极小值原理的最优控制策略。     

基于双状态动态规划算法的PHEV规则控制策略研究

以插电式柴电混合动力汽车(Diesel Engine Hybrid Plug-in Electric Vehicle,PHEV)燃油经济性和排放性能综合优化为研究目标,依托MATLAB/Simulink仿真平台建立包含柴油机选择性催化还原反应器(Selective Catalytic Reduction,SCR)后处理系统在内的整车动力学模型。在此基础上,建立了燃油消耗量和SCR出口NOx排放量多目标优化函数,以电池SOC和SCR温度分别作为动力系统和排气后处理系统的可观测状态变量,利用双状态动态规划算法求解控制系统全局优化问题,得到最优控制规律。从双状态动态规划算法结果的基础上拟合实时控制策略,并与基于规则的逻辑门限控制策略进行比较。结果表明,优化后的控制策略在燃油经济性和排放性能上均有所提升,油耗和NO_x分别降低1.9%和9.3%。     

电涡流测功机在发动机稳态循环试验中的应用

本文依托海拔2200米电涡流测功机试验台架,以便携式排放测试系统(PEMS)为测试手段,基于全球统一的重型车稳态循环(WHSC循环),在高原环境条件下对一台国Ⅵ发动机的原机和尾排(带后处理)的气态污染物排放量进行了试验测试,分析研究了发动机后处理系统对气态污染物排放量的影响趋势和电涡流测功机在排放试验中的局限性。结果表明发动机后处理系统能显著降低汽车尾气中的氮氧化物(NOX),氮氧转化效率高达96.5%;电涡流测功机因其加载特性限制,不能满足国Ⅵ法规瞬态排放测试要求。     

环境温度对插电式混动RDE排放的影响研究

随着国家碳中和政策和汽车企业油耗双积分政策的推行,插电式混动汽车在国内乘用车市场的占有量稳步上升。以一辆满足国六排放标准的代表性插电式混动汽车为研究对象,在环境模拟实验室使用全流排放测试系统(CVS)和PEMS串联测试,研究了环境温度对插电式混动汽车RDE排放测试影响。结果表明：PN排放量和符合因子随环境温度的下降而升高;NOx符合因子随环境温度的下降而升高;THC、CO、NH₃排放量随环境温度的下降而升高;基于欧七或国七控制不同环境温度下插电式混动汽车RDE排放特点及风险分析,提出了通过进行原排、标定策略优化,加载CGPF,提升后处理催化剂的贵金属用量等思路以确保RDE排放满足法规要求。     

发动机冷启动阶段插电式柴电混合动力汽车多目标优化控制策略

插电式柴电混合动力汽车在发动机冷启动阶段要求高NO_x转化效率与低NH_3泄漏的目标之间存在trade-off关系。依据SCR反应机理建立了NH_3解吸附速率模型、SCR温度模型以及动态反应模型,将电池SOC和SCR温度作为状态变量,基于庞特里亚金极小值原理提出SCR起燃时间最短策略和油耗与排放多目标综合优化控制策略,并对上述两种策略进行仿真分析。结果表明,SCR起燃时间最短策略在快速升温过程中易造成氨存储量超过催化器储氨能力限值,氨泄漏体积浓度峰值达到4. 362×10~(-5),而油耗与排放多目标综合优化策略相比SCR起燃时间最短策略,能实现快速起燃;同时,SCR出口氨泄漏体积浓度峰值降低至2. 122 6×10~(-5),燃油经济性提高7. 13%。最后,基于dSPACE实时仿真平台进行硬件在环实验,验证了所提出控制策略的实时性和有效性。     

插电式混合动力汽车预测控制策略的研究

针对插电式混合动力汽车(PHEV)传统控制策略没有考虑未来车速的问题,通过对汽车未来行驶车速进行预测,在整车行驶模式下提出了一种把汽车未来车速信息考虑进当前的控制策略,从而实现了对发动机和电机转矩的合理分配。通过把新开发的基于车速信息的预测控制策略嵌入到ADVISOR中,在欧洲城市循环工况(NEDC)下进行了仿真分析。仿真结果表明:对汽车未来行驶车速进行预测的控制策略能够实现对发动机和电机转矩的进行合理分配,百公里油耗约为6.5L,相比基于规则控制策略燃油经济性提高了约7.14%,而且排放也有所降低,从而验证了基于预测信息的控制策略的有效性。     

LP⁃EGR和电增压协同技术对汽油机性能的影响

在一款采用废气涡轮增压的直喷汽油机上,进行了电动增压器和低压废气再循环(Low pressure exhaust gas recirculation, LP-EGR)技术组合对发动机经济性、NO_x排放特性以及动力性、EGR率瞬态响应特性影响的试验研究。结果表明:电增压工作时,低速外特性EGR率可达到25%,使得1 250～2 000 r/min外特性的燃烧相位提前,油耗相对于电增压不工作时下降8.5%～10%,同时NO_x排放显著降低;而在部分负荷工况下,电增压的泵吸作用使得最大EGR率大于30%,取得了油耗和NO_x排放同时改善的综合效果,且最高油耗下降率可达10.8%;此外电增压工作时,1 500 r/min下负荷从0.2 MPa增大到1.5 MPa的瞬态响应时间缩短2/3;当发动机定转速加大负荷运行时,电增压工作时进气歧管目标EGR率的建立时间可缩短1.3 s,有效优化了发动机加速过程的运转控制参数。     

CVT型车辆经济性加速策略优化与分析

不当的加速策略是造成车辆行驶油耗变差的重要原因,为降低加速过程油耗,通过伪谱最优控制方法定量化地研究CVT型车辆的经济性加速策略。在建立包含发动机油耗的车辆纵向动力学模型、提出消除加速距离影响的当量油耗指标基础上,将经济性加速策略的辨识构建为一个Bolza型最优控制问题。该问题的状态方程和性能指标具有强非线性,理论求解困难,因此利用Legendre伪谱法实现其数值求解,得到经济性加速度的量化表达,并进一步分析数值求解结果的形成机理。研究表明,经济性加速策略本质上是提高发动机效率和降低风阻能耗的整体协调优化;最优加速策略是与发动机特性和目标末速度密切相关的动态策略;过于激烈或平缓的加速度均会造成油耗变差。最后,仿真验证了经济性加速策略的潜在节油效果。     

基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性,研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性,通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型;通过超级电容的电阻串并联模型结构分析,建立超级电容的动态工作模型,设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线,提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况,在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真,阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律,并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明,在推土机典型作业工况下,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比,节油率达13.1%。     

插电式并联混合动力汽车遗传模糊控制策略优化设计

以提高插电式混合动力汽车燃油经济性和排放性能为目标,设计了能够实现需求转矩在发动机和驱动电机之间合理分配的模糊控制策略,并详细介绍了遗传算法优化模糊控制规则的方法。优化结果表明,优化后的模糊控制策略较优化前提高了燃油经济性和排放性能,并使发动机工作点较好地集中在高效区域。研究内容可为操作者和专家制定模糊控制规则提供有效的手段。     

重度混合动力汽车油耗和排放多目标实时最优控制

混合动力汽车在模式切换过程中发动机频繁起停造成三元催化器温度下降,催化效率降低,排放恶化。以重度混合动力汽车在NEDC循环工况下的燃油消耗与三元催化器出口处的HC/CO排放为多目标优化函数,依据庞特里亚金极小值原理,建立包含蓄电池荷电状态和三元催化器温度两个状态变量的目标泛函并对其求极值,得到最优控制策略。在此基础之上,将制动、停机工况的控制策略进行简化,以分析比较有、无发动机起停最优控制对整车油耗和排放的影响。基于Matlab/Simulink仿真平台建立整车动力学仿真模型,对得到的最优控制策略进行仿真验证,并与规则控制策略进行比较。结果表明,上述方法能对发动机起停进行优化控制以显著加快三元催化器起燃,整车燃油经济性和三元催化器出口处的排放也得到全局优化,相对于规则控制,Pareto解集各项指标均有明显改善。     

基于LVQ工况识别的混合动力汽车自适应能量管理控制策略

为提高混合动力汽车的燃油经济性,选取6种典型行驶工况代表“市区”、“郊区”和“高速公路”3类主要工况,采用基于规则的模糊能量管理控制策略,以整车燃油经济性为目标,在3类主要工况下用改进型粒子群优化算法优化发动机联合工作曲线与发动机关闭曲线系数,得到相应的优化后的隶属度函数的参数;运用学习向量量化(LVQ)算法识别车辆运行工况,动态选择相应的模糊控制策略,使混合动力汽车控制策略对选定的几种代表性工况具有自适应性,从而提高整车的燃油经济性。仿真对比结果表明,相比于传统混合动力汽车,燃油经济性提高了3.4%。     

并联式液压混合动力公交车能量管理控制策略研究

针对城市公交车存在燃油经济性较差且排放污染高的问题,基于复合蓄能器的并联式液压混合动力公交车构型,提出了一种基于逻辑门限值的能量管理控制策略,实现工作模式的动态切换,并完成整车参数匹配,基于AMESim与MATLAB,搭建联合仿真平台,利用AMESim软件搭建整车液压系统模型,在MATLAB/Simulink/Stateflow环境下基于整车运行状况、高低压蓄能器压力与整车需求转矩搭建整车控制策略模型。在中国典型城市公交循环下对车辆经济性以及尾气排放情况进行仿真验证,仿真结果表明:在中国典型城市公交循环工况下,并联式液压混合动力公交车燃油消耗量为19.79 L/100 km,相比传统燃油公交车减少了31.2%,使车辆燃油经济性得到提高,并减少了排放,尾气中碳氧化合物、碳氢化合物、氮氧化合物的排放量分别减少了47.7%,34.9%,22.3%。     

增程式电动汽车能量管理策略控制参数优化研究

为了进一步提高增程式电动汽车发动机的燃油经济性和排放性,对基本遗传算法进行改进,生成改进的自适应遗传算法,并将其应用于增程式电动汽车能量管理策略控制参数的优化。通过权值函数的方法将燃油消耗和排放多目标优化问题转化为单目标优化问题,并采用罚函数的方法对工况运行前后蓄电池荷电状态的增量进行约束,对增程式电动汽车发动机燃油经济性和排放性进行优化仿真。仿真结果表明,采用改进的自适应遗传算法能够有效优化增程式电动汽车能量管理系统的控制参数,使发动机的燃油经济性和排放性得到较大的提高。     

增程式混合动力洗扫车能量管理策略研究

针对传统双发动机洗扫车排放差、噪声大、污染严重的问题,采用增程式混合动力洗扫车动力系统,提出了一种稳态分配+动态协调的能量管理策略。通过稳态能量管理对工作模式进行了划分,在此基础上设计了一种基于发动机转速模糊PID+电池下垂控制的动态协调控制方法,该方法以燃油消耗量最优为控制目标,通过控制发动机动力输出和抑制充放电功率波动,从而维持电池充放电平衡,最终实现洗扫车最佳燃油经济性。仿真分析结果表明：和传统双发动机洗扫车相比,采用所设计的控制策略,发动机转速控制平稳,转场模式节油率达到17.7%,洗扫模式节油率达到37.1%,验证了控制策略的合理性。     

基于动态规划算法的混合动力汽车改进型ECMS能量管理控制研究

为改善混合动力汽车的燃油经济性,以耦合器侧的输入扭矩为研究对象,以最优化扭矩分配为目标,应用动态规划求出已知工况下并联型混合动力汽车全局最优的动力源工作状态,以此作为输入求得等效因子,并提出一种改进型瞬时等效燃油消耗最低策略(ECMS)。将电池充放电过程等效为虚拟的发动机运转过程,利用虚拟等效燃油消耗,建立改进型ECMS能量管理整车仿真模型,并与功率跟随策略和传统ECMS进行仿真分析比较。结果表明：对于改进型ECMS,相较于功率跟随策略,SOC降低了3.36%,燃油经济性提高了10.95% ;相较于传统ECMS,SOC提高了1.48%,燃油经济性提高了3.20%。     

基于免疫算法的四驱插电式混合动力汽车控制策略多目标优化

为改善四驱插电式混合动力汽车的燃油经济性和排放性能,构建了基于规则的能量管理控制策略,并建立了整车仿真模型;将多种群协同进化的思想引入免疫算法,提出多种群免疫算法,并运用该算法对四驱插电式混合动力汽车的控制策略进行了多目标优化;在dSPACE实时仿真系统上对优化前后的控制策略进行了硬件在环仿真实验。结果表明：优化后的控制策略控制效果良好,且发动机的燃油消耗降低了12.71%,HC、CO以及NOx的排放分别下降了15.74%、15.92%和12.69%。     

新型混合动力汽车工作模式分析与参数匹配设计

为降低制造成本,并实现混合动力汽车节省燃油和降低排放,提出了一种采用行星齿轮机构的新型混合动力汽车动力传动系统方案,进行了该系统方案的工作模式分析和参数匹配设计。在MATLAB/Simulink环境下利用整车动力学理论建模与关键零部件(如发动机、ISG电机、电池、变速器以及行星齿轮)数值建模相结合的方法,建立了基于该系统方案和设计参数的混合动力汽车整车性能分析模型,进行了整车动力性能和ECE_EUDC循环工况下的燃油经济性仿真计算分析。结果表明所设计的新型混合动力汽车参数设计合理,具有良好的动力性,燃油消耗较传统车下降36.8%,这为该系统方案的实施提供了理论依据。     

Work and speed based engine operation condition analysis for new European driving cycle (NEDC)

In order to evaluate fuel consumption and tailpipe emission of a vehicle, standard driving cycles are used to prescribe vehicle driving condition such as speed, gear shift, fluid temperature and so on. New european driving cycle (NEDC) has prevailed as the only driving cycle for emission and fuel consumption while Federal Test Procedure 75(FTP-75) mode is used in the United States. In South Korea, NEDC is applied for emission certification and FTP-75 mode is used for fuel consumption of a vehicle powered by diesel engine. Because these driving cycles are mixed of static phase (cruising and idle) and transient phase (acceleration and deceleration), they need to be transformed to static engine operation condition so that optimization is possible using engine dynamometer for each representative engine operation condition. This study set up two models to convert vehicle driving conditions to engine operation condition based on work which the engine should produce to follow the driving cycle and based on representative vehicle speed of NEDC. Accuracy of each model was compared with actual vehicle test result on a chassis dynamometer and the characteristics of each model were analyzed.     

基于液力变矩器性能及NIC功能的无级变速器经济性分析

液力变矩器液力性能的选型和控制策略是CVT开发工作中一项关键内容。通过对液力变矩器性能的分析和对比,分析液力变矩器泵轮扭矩的规律,通过整车模型和控制模型的搭建,对比分析3种液力性能和NIC功能的开关对燃油经济性的影响。分析得到:有效降低行车过程中发动机怠速扭矩,有利于提升车辆的燃油经济性;燃油经济性提升幅度的大小与液力变矩器性能和发动机怠速燃油消耗量有关。