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。     

考虑燃料电池耐久性的FCHV复合能量管理策略

针对燃料电池混合动力汽车(Fuel Cell Hybrid electric Vehicle,FCHV)在频繁变载、启停、连续低载和怠速工况下燃料电池寿命衰减的现状,提出基于模糊控制与开关控制的滑动平均滤波复合能量管理策略,该复合能量管理策略以整车需求功率与燃料电池高效区下限之差和蓄电池SOC为模糊输入量,在有效避免燃料电池启停、连续低载和怠速工况的同时,通过开关控制可避免蓄电池过充产生的安全问题,通过滑动平均滤波控制可以改善燃料电池在频繁变载工况下耐久性差的问题。采用AVL Cruise软件和Matlab/Simulink软件进行联合仿真,仿真结果表明,提出的复合能量管理策略在保证蓄电池安全性的情况下,减少了引起燃料电池寿命衰减的工况,提升了燃料电池的耐久性。     

燃料电池电动汽车控制策略的仿真研究

以燃料电池为混合动力装置的新一代电动汽车已经成为世界各大汽车公司竞相开发的产品。燃料电池电动汽车系统庞大复杂,需要的成本高,而建立其数学模型并应用适合的控制策略进行仿真分析,不仅便于灵活地调整设计方案、优化设计参数,而且可以降低科研费用、缩短开发周期。因此为了更好地研究燃料电池的整车性能,有必要研究其控制策略。提出了应用于燃料电池电动汽车的控制策略,分别实现了汽车驾驶时对电机和功率总线能量分配的控制;通过分析部件模型的动态特性,验证了应用于该系统模型的控制策略的正确性。     

燃料电池城市客车能量分配算法研究

高效、清洁已使燃料电池混合动力汽车成为人们关注的焦点。燃料电池多能源的分配控制是其中的一个关键技术,其对汽车经济性、动力性及部件寿命有很大影响。分析比较了四种能量分配控制策略,即恒压浮充策略、基于母线电压的MAP图分配策略、基于电池荷电状态(State of charge,SOC)修正的分配策略和基于SOC和电动机需求功率的模糊分配控制策略,并结合国家863燃料电池城市客车项目进行了仿真分析,比较了各种能量分配控制策略的优缺点。分析结果认为基于SOC和电动机需求功率的模糊分配控制策略具有较强的鲁棒性,工况适应性好,是一种值得研究和应用的控制策略。     

Study on operating characteristics of fuel cell powered electric vehicle with different air feeding systems

In this paper the modeling of a fuel cell powered electric vehicle is presented. The fuel cell system consisting of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack and balance of plant (BOP) was co-simulated with a commercial vehicle simulation program. The simulation program calculates the load of the fuel cell depending on the driving mode of the vehicle and also calculates the overall efficiency and each parasitic loss by applying the load in the fuel cell model that is used to estimate the performance of the entire vehicle system by calculating the acceleration performances and fuel economy of the vehicle. Two types of air feeding systems (blower type and compressor type) were modeled by using MATLAB/Simulink environment and the effect of fuel cell stack size (number of cells, cell area) on the fuel economy and performance of the fuel cell powered vehicle was investigated. Using a driving cycle of FTP-75, the required power, BOP component power loss, and system efficiency for two types of fuel cell systems were analyzed. Through this study, we could get a basic insight into the fuel cell powered electric vehicle and its characteristics.     

混联式混合动力客车能量管理实时优化算法研究

为提高新型混联式混合动力客车的燃油经济性,制定了一种功率均衡能量管理控制策略。建立动力系统模型并针对其结构特点设计了模式切换规则。通过确定各个功率需求下的电池荷电状态与发动机燃油消耗的关系,将电池功率转化为相应的油耗,以每一时刻的综合燃油消耗量最小为目标,对电池与发动机功率进行实时优化均衡控制。仿真结果表明：电池荷电状态控制在预定的区域内保持平衡,发动机运行工作点在高效区域内,且整车燃油经济性与原型客车和采用规则控制策略相比分别提高了34.18%和13.61%。     

氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配研究

基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿真分析及试验验证。仿真结果表明:氢燃料电池客车最高车速、加速度、峰值扭矩等参数满足氢燃料电池客车所需的目标动力性能,客车动力传动系统的经济性能在满足要求的前提下并保留一定的裕量;氢燃料电池堆工作点发电策略有效,动力传动系统参数匹配合理,验证了氢燃料电池客车零部件参数选型的匹配策略。     

燃料电池/蓄电池混合动力电动汽车能量控制策略研究

燃料电池/蓄电池混合动力电动汽车存在动力的耦合和分离过程,能量管理策略比较复杂.为了进一步合理分配燃料电池和蓄电池之间的动力输出,增强其能量管理策略的鲁棒性,从理论上分析了燃料电池/蓄电池双能源电动汽车的功率分配方法,用Matlab/Simulink建立了功率跟随模式控制策略的仿真模型,利用ADVISOR2002的并联框架完成燃料电池/蓄电池双能源混合动力汽车能量管理的建模与仿真.结果表明该电动汽车动力传动系统参数匹配合理,能满足动力性设计指标要求.     

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.     

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。     

燃料电池电动汽车能量流控制系统设计与模型实验

根据燃料电池的特点,设计了燃料电池电动汽车能量管理系统．介绍了其运行原理。为满足汽车正常运行和提高运行效率的两大目标．拟定了燃料电池(主动力)和蓄电池(辅助动力)2种能量源之间的优化调配方案。讨论了车辆在行驶过程中的能量流控制算法。在所建立的模拟实验平台上对控制策略及算法进行了实验分析,验证了所提出控制策略和算法的正确性和可行性。     

太阳能混合动力自行车控制策略研究

根据当今世界电动汽车发展的趋势,开展的一种新型混合动力电动自行车的研究,研究对象为太阳能电池/蓄电池混合动力自行车动力系统能源供电的控制策略,着重研究了太阳能电池/蓄电池选配和控制,把能源动力系统仿真模型匹配到原有的整车模型,获得太阳能电池/蓄电池混合动力自行车的控制策略。     

基于静液压传动的蓄电池轨道车电液混合加速策略

为了解决蓄电池轨道车瞬时加速大扭矩引起的大电流冲击对蓄电池寿命和整车续航里程的不利影响,基于传统的静液压传动系统设计了一套新型的电液混合动力系统。首先,建立了电液混合动力系统的功率流数学模型,并根据轨道车的行驶特点对电液混合动力系统的工作模式进行划分;其次,基于加速工况仿真了不同电液功率分配比下的动力耦合特性,并指出研究轨道车能量管理策略的必要性;最后,理论分析了电液混合动力系统中影响蓄电池放电电流强度的因素,并据此制定了最小放电电流冲击的加速策略。运用AMESim-Simulink联合仿真平台对加速策略的可行性进行分析,仿真结果表明所设计的控制策略对轨道车加速时蓄电池的放电电流冲击有良好的抑制作用,且控制简单,实用性强。     

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。     

基于模糊控制原理的液压混合动力工程车辆能量管理策略研究

针对液压混合动力工程车辆工作过程中存在的燃油经济性较差和能量回收率低的问题,以装载机为原型,提出了一种基于模糊控制理论的车辆驱动与联合制动能量管理策略。根据车速、蓄能器SOC、泵/马达扭矩、制动扭矩等相关参数建立相应的模糊规则,制定车辆驱动控制策略和再生制动控制策略。搭建整车前向仿真模型对制定的控制策略进行仿真,然后进行硬件在环实验对仿真结果进行验证。结果表明,提出的控制策略合理有效,车辆的燃油消耗率有所下降。     

新软件技术在燃料电池客车控制系统中的应用

燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统.该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障诊断、程序在线更新、数据传输等都提出了更高的要求.在燃料电池城市客车控制系统研发与装备过程中,采用了OSEK/VDX标准的实时操作系统、硬件在环实时仿真、时间触发控制器局域网(Controller area network, CAN)以及无缝自动代码生成等最新的软件技术,这些新技术的应用,有效地提高了燃料电池客车控制系统的开发效率,降低了系统故障率,并为燃料电池客车的优化控制构建了一个开放的技术平台.     

液驱混合动力车辆动力源储能元件匹配优化研究

以串联式液驱混合动力传动系统为对象, 从燃油经济性改善率观点出发,根据动力源运行规则假设及优化,分析蓄能器容积大小对液驱混合动力车辆燃油经济性改善率的影响,并通过城市和公路循环工况对使用不同容积蓄能器的燃油经济性进行仿真计算。仿真结果表明：在满足功率流和回收制动能量的前提下,匹配较小容积蓄能器的液驱混合动力车辆具有较好的燃油经济性改善率和节能效果,其燃油经济性改善率达25%~39%。     

并联型混合动力汽车的仿真研究

介绍了混合度的概念及它对设计混合动力车的重要作用。以某种并联型混合动力车为研究对象,根据该车的特点选择了适合它的控制策略并用系统仿真软件MATLAB/Simulink建立了该车的仿真模型,输入循环工况研究其速度特性、动力性、油耗及SOC的变化规律。结果表明,仿真车速能够很好的跟踪循环工况。从而验证了模型的正确性。该模型可以混合动力车的进一步优化设计奠定基础。     

基于工况识别的混合动力汽车动态能量管理策略

针对固定循环工况下所制定的混合动力汽车能量管理策略存在一定局限性问题,从ADVISOR软件中选取覆盖车辆实际行驶工况的20个典型循环工况,以整车综合燃油消耗和动力电池寿命为综合优化目标,利用粒子群算法对各工况下能量管理策略中所涉及的关键参数进行了优化,并将得到的优化结果建立数据库,提出了基于行驶工况识别的混合动力汽车动态能量管理策略。最后,通过选择某个随机工况对所制定的能量管理策略进行仿真。结果表明：所制定的动态能量管理策略与未采用工况识别的能量管理策略相比,车辆综合燃油消耗下降10.70%,动力电池温升和平均有效工作电流分别下降2.46℃和1.63A。     

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。