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%。     

HEV电加热能量对三元催化器转化效率、油耗和排放的影响

对混合动力汽车电加热型三元催化器冷起动阶段的催化过程进行了分析, 建立了适用于开发整车控制策略的三元催化器动力学模型。在此基础之上,通过对混合动力汽车运行工况的模拟,对影响三元催化器起燃的加热功率和位置等因素进行了研究,分析了电加热能量对电池荷电状态、整车油耗和排放的影响。结果表明, 混合动力汽车采用电加热方式不会造成电池过放电,能以微小的燃油消耗为代价,有效加快三元催化器起燃,提高冷起动阶段的HC/CO转化效率。     

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%。     

基于动态规划的混合动力重型货车能量管理策略研究

为了进一步挖掘混合动力重型货车的节油潜能,设计了基于动态规划的整车能量管理策略。首先,基于Matlab软件平台建立了混合动力重型货车准静态整车模型,并以燃油经济性为目标函数,以电池荷电状态为状态变量,以混合动力系统转矩分配比例系数为控制变量,建立了动态规划最优控制的数学模型;然后,基于中国重型混合动力汽车能耗测试工况C-WTVC进行了整车仿真分析;最后,基于动态规划的仿真结果,提取了改进的规则,并在AMESim与Simulink联合仿真平台下进行了C-WTVC工况仿真。仿真结果显示,相比于基于规则的能量管理策略,基于动态规划的能量管理策略能使整车燃油经济性提高了13.9%,基于改进规则的控制策略使整车燃油经济性提高了2.6%,验证了改进规则策略的有效性。     

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%。     

混合动力汽车冷却风扇的模糊逻辑优化控制

围绕混合动力汽车发动机冷却系统精确控制和节能问题,研究分析了混合动力汽车发动机和电机的冷却需求以及混合动力汽车工作模式与动力装置冷却方式的关系,提出一种结合工作模式设计的模糊逻辑优化控制策略。应用模糊逻辑和基于规则的方法,建立以最小温差和最低油耗为目标的冷却风扇控制模型,并与整车模型进行联合仿真。结果显示,结合工作模式设计的模糊逻辑控制策略相比常规控制策略能使混合动力汽车在纯电动工作模式下发动机冷却液温度下降更慢,同时对发动机冷却系统温度控制更加精确,并提升了燃油经济性。     

基于等效油耗最小的四驱混合动力汽车能量管理

提出了一种基于遗传算法优化的四驱混合动力汽车等效油耗最小控制策略。针对四驱混合动力的特点,建立了整车动力学模型,设计了基于等效油耗最小的瞬时能量管理优化策略。为进一步提高四驱混合动力汽车的燃油经济性,采用遗传算法优化了等效油耗最小策略的关键参数。硬件在环仿真结果表明,基于遗传算法优化的等效油耗最小策略可以实现整车能量优化管理,与基于规则的能量管理策略相比,其在典型工况下的平均燃油经济性高8.94%,比优化前的等效油耗最小策略的燃油经济性高2.68%。     

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。     

基于遗传算法的插电式串联混合动力汽车动力参数优化

针对插电式串联混合动力汽车(PSHEV)动力参数优化问题的多目标、有约束和高度非线性的特点,应用遗传算法工具箱和ADVISOR的非GUI函数,以整车设计要求的动力性能指标为约束条件,以整车百公里燃油消耗量和排放性能为目标函数,建立了PSHEV动力参数优化的仿真模型,实现了对PSHEV动力系统部件参数和控制策略参数的同时优化。最后应用该优化模型对某PSHEV进行仿真分析,结果表明该优化仿真模型能够显著降低PSHEV的百公里燃油消耗量,在保证动力性能的前提下,整车的燃油经济性和排放性能也得到了提高。     

基于粒子群算法的PHEV动力参数和控制策略参数优化

以某款新开发的插电式混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)为研究对象,在完成传动参数匹配和控制策略设计的基础上,利用CRUISE建立了PHEV整车仿真模型。采用优化软件Isight集成Cruise整车模型,建立了以动力性能指标为约束条件,以百公里燃油消耗量和排放性能为目标的PHEV参数优化的模型,利用粒子群优化算法对PHEV的传动系统参数和控制策略参数进行多目标综合优化,并进行了仿真分析比较。结果表明,在UDDS循环工况下进行动力参数优化后的PHEV百公里燃油消耗降低12.5%,等效百公里燃油消耗降低10.7%。     

插电式柴电混合动力汽车规则控制及处理器在环测试

以某插电式柴电混合动力汽车为研究对象,基于准静态假设建立了包括发动机-ISG、电池、选择性催化还原（SCR）系统及传动系统的整车动力学模型,并利用线性函数近似逼近油耗率MAP图来提高求解速度。选取发动机油耗、催化器出口排放与其对应的加权系数乘积的加权和作为目标函数进行求解,根据计算结果提取满足国Ⅴ排放法规约束下最优控制解的典型特征,包括模式切换和能量分配。基于动态规划算法优化结果对CD-CS策略进行了改进,并完成了仿真验证及处理器在环测试。研究结果表明：与初始CD-CS策略相比, 改进后的CD-CS策略节油4.95%,NOx排放量、颗粒物（PM）排放量分别减少20.8%和6.06%,验证了所提规则控制策略的有效性和实时性。     

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     

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.     

单电机式强混合动力车辆控制策略

提出了基于一种新型的单电机、双离合器式强混合动力结构的车辆分层控制系统方案,制定了整车能量管理策略,并研究了车辆行进中启动发动机过程的动态协调控制方法。通过自行开发的前向仿真系统对能量管理策略进行了验证,在NEDC循环工况下等效百公里油耗降低了34%。同时通过动态台架试验,对车辆行进中启动发动机的动态协调控制策略进行了验证。     

电动汽车的发展及面临的挑战

从能源和环保的角度论述了内燃机汽车代用燃料与排放控制技术,电动汽车的优势与发展动力以及我国的发展战略,分析了电动汽车的主要特点以及电动汽车在电池、驱动电机与发动机方面存在的问题与挑战。     

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.     

混合动力汽车控制策略的研究现状及其发展趋势

对混合动力汽车的结构型式进行分类,HEV的动力系统基本可分为串联式、并联式和混联式3种,对并联型和串联型混合动力汽车控制策略研究现状进行分析。混联式混合动力系统结合了串联式和并联式两种结构的优点,使得能量流动的控制和能量消耗的优化具有更大的灵活性和可能性,并对混联式结构的几种控制方案进行了分析。指出混合动力汽车的控制策略不十分完善,需要进一步优化。控制策略不仅仅要实现整车最佳的燃油经济性,而且还要兼顾发动机排放、蓄电池寿命、驾驶性能、各部件可靠性及整车成本等多方面要求,并针对混合动力汽车各部件的特性和汽车的运行工况,使发动机、电动机、蓄电池和传动系统实现最佳匹配,兼顾上述各方面要求的优化控制策略的研究应是今后的研究重点。     

基于模糊自适应滑模方法的混联式混合动力客车模式切换协调控制

在混联式混合动力汽车纯电动至并联驱动模式切换过程中,由于发动机、电动机及离合器瞬态特性的影响,可能导致动力系统输出转矩的突变从而使车辆产生较大的纵向冲击。以混联式混合动力客车为研究对象,考虑发动机和电动机瞬态响应特性的显著不同,针对离合器在结合过程中的运行状态,以提高驾驶性能为目标设计出混合动力客车纯电动至并联驱动模式切换协调控制策略。协调控制采用模糊自适应滑模方法,其中模糊自适应系统用于估计系统参数不确定性引起的偏差以及发动机实际输出转矩与目标转矩的偏差,估计出的偏差值用于调整滑模控制器的控制量,从而提高控制系统的控制精度和鲁棒性。通过仿真及实车试验验证控制策略的有效性。结果表明,设计的控制策略在模式切换过程中满足驾驶员动力需求的前提下使动力系统输出转矩的波动范围和最大冲击度分别下降85%和78%,从而显著提高了混合动力客车的驾驶性能。     

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。