关键词：混合动力汽车;;能量管理;;等价因子计算;;动态规划
摘 要：近些年来,自然资源的日益减少和人们对环境保护的日益重视使得汽车这一作为资源消耗型产品得到了诸多的关切。在汽车发展历程中,节能减排始终是其中的主旋律之一。由于技术瓶颈的限制,当前阶段发展混合动力汽车仍然显得十分必要。而在混合动力汽车中,优化是它不可或缺的一部分,其主要包括混合动力汽车拓扑结构优化、构件尺寸优化和能量管理策略优化等方面。在能量管理策略中,主要有以经验为主的规则控制策略和基于优化理论的控制策略。本文以并联插电式混合动力汽车拓扑结构为基础,对其能量管理策略进行研究,主要内容如下:1.优化控制和等效燃油消耗最少策略的分析。在优化控制方面,从性能指标函数、优化控制问题约束以及优化控制问题求解理论等方面进行讨论,例举了在整车上常用的性能指标函数形式并对其是否存在最优控制解进行了简单地分析;例举了优化控制问题中经常遇到的约束;总结了优化控制问题三种求解理论之间的联系与各自的局限,总结了在实际求解过程中的细节和应用到的数值求解方法。在等效燃油消耗最少策略方面,分别从极小值原理和等效燃油消耗最少策略的物理背景这两个方面出发,以公式推导的形式,阐述了等效燃油消耗最少策略的理论依据并总结了近年来等效燃油消耗最少策略的研究现状。2.采用动态规划对等价因子进行求解。以并联插电式混合动力汽车拓扑结构为基础,建立了发动机、电机、电池和整车等相关部件的数学模型;在给定循环工况下构建了以等价因子和挡位作为控制变量、电池荷电状态作为状态变量,以整车燃油消耗最少为性能指标函数的优化控制问题并采用动态规划进行求解;在动态规划求解过程中阐述了为减少计算量而采取的一些措施,具体包括数组的定义方式、插值函数的比较选取以及循环体的循环方式等;为了减少动态规划数值计算方法所带来的数值误差,求取了状态变量的边界;依据动态规划的结果,给出不同状态变量的初值遍历出给定循环工况下的最优控制解,分别做出了NEDC,UDDS,10-15循环工况下等价因子关于电池荷电状态SOC和需求功率的初始MAP图,并将这三个循环工况下的MAP图进行融合得到最终能用于仿真分析的MAP图。3.建立了整车模型并进行仿真分析。通过AMESim和Matlab/Simulink仿真软件,建立起了整车仿真模型并制定了基于规则的能量管理策略;在NEDC,UDDS,10-15循环工况下对基于规则的控制策略和基于动态规划的等效燃油消耗最少策略进行了对比分析,结果表明后者的燃油经济性要优于前者,与动态规划全局最优结果相比较,这两个策略的燃油经性均有所不及,不过基于动态规划的等效燃油消耗最少策略中等价因子关于SOC和需求功率的MAP图有应用到实际的可能,克服了动态规划全局最优的局限;在US06,HWFET,JC08循环工况下也做了相应的仿真分析,结果表明基于动态规划的等效燃油消耗最少策略要优于基于规则的能量管理策略。4.对全文进行总结并分析所提出策略的不足之处。
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