新型混合动力系统能量管理优化研究

针对一种新型混合动力系统,运用最小值原理对系统进行能量管理优化,在保证SOC平衡的前提下,针对已知循环工况,以整个循环工况等效能量消耗最小为优化目标,确定系统最优的工作模式和发动机、电机转矩的最优分配方式以及转速的无级调速控制。提出了基于全局优化的能量管理实时控制策略,进行了离线优化和硬件在环仿真测试。结果表明:所研究的新型混合动力系统具有显著的节油效果,优化方法和控制策略是切实有效的。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

系统综合效率优化的插电式混合动力车辆的能量管理策略

为了提升插电式混合动力汽车(PHEV)的动力系统的真实能效,从综合能效最优的角度,研究了插电式混合动力系统能量管理策略。针对系统综合效率的时变性和耦合性,建立了系统效率评价模型,对电池储存电能的效率进行评价和动态修正,以系统综合效率最优为目标,结合粒子群优化算法,构建了能量管理策略。基于GT-Suite和Simulink联合仿真平台,分析了对能量管理策略的应用效果。结果表明:在连续2个“全球统一轻型汽车测试循环(WLTC)”下,与未考虑综合能效的能量管理策略相比,综合能耗降低了10.6%;优化后发动机和电机工况分布均更加合理,且在不同的工况下均能有效降低系统能耗。因此,该能量管理策略能提高插电式混合动力系统能效。     

基于动态规划与RBF神经网络的PHEV能量管理策略

为提高插电式混合动力汽车燃油经济性,设计了一种基于动态规划和径向基函数（RBF）神经网络的插电式混合动力汽车能量管理策略。首先,建立了插电式混合汽车数学模型;其次,以发动机油耗最小为目标函数,采用动态规划求解全局最优的离线优化结果;最后,采用RBF神经网络对离线最优控制结果进行学习,建立了发动机输出转矩与车辆状态参数之间的非线性映射关系,得到了基于动态规划和RBF神经网络的能量管理策略。仿真结果表明,文章所提策略油耗较之于电量消耗-维持策略降低了2.92%,验证了该策略的有效性。     

混合动力重型货车参数局部与集成优化仿真研究

动力耦合系统的动力源参数匹配和能量管理策略两者相互关联，为提高混合动力重型货车的综合性能，两者应集成设计。针对混合动力重型货车参数匹配需反复计算、验证的特点，在Matlab/Simulink中建立了可缩放、自动寻优的参数匹配模型。以经济性为目标函数，基于粒子群算法进行动力源参数匹配，得到局部最优动力源参数结果。针对混合动力重型货车中广泛采用的基于规则的能量管理策略，其规则控制中一些阈值参数不确定的问题，应用粒子群算法对其关键控制参数进行优化，得到局部最优控制参数。为了实现全局最优的匹配结果，将动力源部件参数和控制策略参数进行集成优化，以动力性为约束条件，经济性最优为优化目标，得到全局最优的参数匹配结果。对比显示，全局优化匹配效果相较于动力源参数局部优化提升11.4%、相较于控制策略参数局部优化提升12.4%。     

液压挖掘机混合动力系统的参数匹配方法

为了提高液压挖掘机混合动力系统的效率,提出了一种对其动力系统进行优化的参数匹配方法.分析了液压挖掘机混合动力系统的结构、工况及其控制策略,从而确立基于优化目标函数和约束条件函数的参数匹配方法.利用该匹配方法对混合动力系统中发动机、电动机、发电机和电容器等主要元件进行了参数匹配,在所建立的混合动力液压挖掘机模型上对匹配结果进行了分析.结果表明:进行参数匹配后系统的效率有了显著提高,并且主要元件均满足工况的要求.     

装备CVT的中度混合动力轿车驱动工况下的能量优化策略

针对装备CVT的混合动力汽车,提出了一种以混合动力系统效率最高为优化目标,以车速、加速踏板行程和电池SOC为状态变量,以电机转矩和CVT速比为控制变量的中度混合动力汽车能量优化策略。该策略综合考虑了驾驶员的实际操作和驱动需求以及各个关键部件的效率,确定了驱动工况各工作模式下的最优电机转矩和最优CVT速比,保证了混合动力系统的效率最高。采用自行搭建的前向仿真模型对所提出的能量优化策略进行了验证,结果表明:在NEDC循环工况下该车等效100km油耗比原型车降低了26.4%。     

基于系统效率最优的CVT混合动力轿车转矩优化分配方法

无级变速器CVT消除了挡位概念,其速比在一定范围内连续可调。配备CVT的混合动力汽车能够实现动力源转矩和传动系统的优化匹配。针对此问题,提出了基于系统效率最优的CVT中度混合动力轿车动力源转矩优化分配方法:。该方法:综合考虑了各个关键部件的效率,以混合动力系统的总体效率为优化目标,以车速、车辆加速度、电池SOC为状态变量,优化分配了驱动工况下各动力源输出转矩,为整车能量管理策略的制定奠定了基础。     

基于能量计算模型的混合动力系统理论油耗分析

本文中基于混合动力系统内部能量流,提出系统平均综合传动效率概念,并建立基于能量计算的混合动力系统理论油耗模型。结合混合动力系统基本节油途径,考虑再生制动、发动机平均燃油消耗率和平均综合传动效率变化因素,建立混合动力系统理论综合油耗增量计算模型,并针对功率分流式混联混合动力系统的油耗及其影响因素进行深入的定量分析。整车燃油经济性仿真结果和油耗影响因素理论分析结论验证了所提出方法的合理性。     

基于系统效率的PHEV电量消耗模式控制策略优化

为了进一步发挥混合动力汽车的节油性能,插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)在电量消耗(Charge-Depleting,CD)模式下,制订系统效率最优的能量管理策略来提高整车的电消耗行驶里程,进而实现提升整车燃油经济性的目的。分析了系统在电量消耗模式下相关典型工作模式,以车辆动力学方程为基础,推导出系统效率模型。以需求转矩、动力电池荷电状态、电机转速作为动力系统的输入,将系统效率最优作为系统的目标价值函数,在动力性指标的约束下,优化获得在电量消耗模式下的电机转矩和无级变速器速比的最佳控制规律,综合数值建模和试验数据建模方法,基于Matlab/Simulink软件平台构建插电式混合动力汽车的发动机、驱动电机、无级变速器(CVT)和动力电池等动力传动系统关键部件效率数值模型和整车动力学模型以及驾驶员模型,在新欧洲行驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况下进行模型在环循环仿真验证分析。仿真结果表明,插电式混合动力汽车在电量消耗模式下,基于系统效率最优的能量管理策略能够使动力电池运行更加高效,转矩的分配更为合理,无级变速器获得较佳的控制规律。与直观式逻辑控制相比,纯电动续航里程提升了10.9 km,即经济性提高了15.3%,充分体现了所制订的控制策略的有效性。     

轮毂液驱车辆助力模式温度补偿控制策略

轮毂液驱车辆是在传统重型商用车基础上加装一套轮毂液压驱动系统，使其在低附着路面下具有较高的牵引性能。在轮毂液驱车辆助力模式下，针对液压系统油液温度升高引起的系统泄漏量增加、控制精度降低等问题，提出一种温度补偿控制策略。根据考虑系统损失的流量连续性原理和轮速跟随思想，提出了基于温度补偿的多因素泵排量控制策略，并通过MATLAB/Simulink和AMESim联合仿真平台对该控制策略进行了验证。仿真结果表明：温度补偿策略补偿了系统的流量损失，满足了实际轮速跟随需求，提高了总牵引力。同时，通过HIL试验证明了温度补偿策略在实车上依然能达到仿真时的控制效果，对轮毂液驱车辆的实际开发具有理论指导意义。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

Plug-in HEV with CVT: configuration,control, and its concurrent multi-objective optimization by evolutionary algorithm

Plug-in Hybrid Electric Vehicle (Plug-in HEV) has dramatic improvements in fuel economy and emission reduction. It is most important to decide its optimal configuration, energy management strategy, powertrain sizes, and control logic parameters. For multi-objective optimization, we present a concurrent optimization methodology based on an optimal Plug-in HEV powertrain configuration with continuous variable transmission (CVT). The novelty is using evolutionary algorithm in conjunction with an instantaneous optimal energy management strategy. Simulation results indicate the proposed method can significantly reduce fuel consumption and emissions by simultaneously optimizing the propulsion system parameters as well as the energy control parameters.     

Optimized fuzzy control strategy for a spa hybrid truck

In this paper, an optimized control strategy is proposed for a split parallel hydraulic hybrid truck. The model of the vehicle was simulated in Simulink. According to a global optimization technique, a fuzzy control strategy is developed for the vehicle. This strategy shows flexibility for different drive cycles and a desirable fuel consumption reduction, especially for a low speed drive cycle, which is extracted according to an urban utility vehicle mission.     

并联混合动力电动汽车的转矩控制策略

讨论了并联混合动力电动汽车的能量管理策略,阐述了一种基于规则转矩的控制策略,并在ADVISOR2002仿真软件上结合模型作了仿真分析。仿真试验证明这种转矩控制策略是一种合理的能量优化管理策略,提高了并联式混合动力电动汽车系统效率,获得了整车最大的燃油经济性、最低的排放以及平稳的驾驶性能。     

基于粒子群算法的Plug—in混合动力汽车能量管理策略优化研究

基于对混合动力汽车能量管理策略优化的目的,建立了丰田PnusPlug-in混合动力汽车的MATLAB／Simulink数学模型,用数学公式描述了系统优化控制问题,采用粒子群优化算法对该包含众多约束条件的非线性优化问题进行了求解,利用PSAT专业软件对比分析了基本型优化控制算法、改进型优化控制算法和规则控制算法等的控制效果及燃油经济性。结果表明,经过优化后的Plug-in混合动力汽车在不牺牲汽车各项性能的前提下能提高动力系统工作效率。     

考虑发动机起停优化的PHEV能量管理策略

针对某新型双电机行星耦合插电式混合动力汽车(PHEV)中发动机在起停及怠速运行状态下会导致油耗增加的问题,基于等效燃油消耗最小能量管理策略,加入发动机起停优化控制模块,以进一步改善整车燃油经济性。建立了整车动力学和传动模型并加入发动机起停优化控制模块,对ECMS能量管理策略输出的发动机及电机最优目标转矩进行重新优化分配后,再输出给发动机及电机控制器以控制其工作状态。针对起停优化控制中影响起停频次的关键时间参数,采用粒子群优化算法对其进行优化。仿真结果表明,相比优化前,所提出的能量管理优化策略能够实现对发动机起停或怠速状态的有效控制,减少发动机的起停频次,减少恶化油耗,验证了本文所提出的能量管理优化策略能够进一步优化整车燃油经济性。     

Economic value and utility of a powertrain system for a plug-in parallel diesel hybrid electric bus

This research is the first to develop a design for a powertain system of a plug-in parallel diesel hybrid electric bus equipped with a continuously variable transmission (CVT) and presents a new design paradigm of the plug-in hybrid electric bus (HEB). The criteria and method for selecting and sizing powertrain components equipped in the plug-in HEB are presented. The plug-in HEB is designed to overcome the vulnerable limitations of driving range and performance of a purely electric vehicle (EV) and to improve fuel economy and exhaust emissions of conventional bus and conventional HEBs. The control strategy of the complicated connected propulsion system in the plug-in parallel HEB is one of the most significant factors in achieving higher fuel economy and lower exhaust emissions of the HEV. In this research, a new optimal control strategy concept is proposed against existing rule-based control strategies. The optimal powertrain control strategy is obtained through two steps of optimizations: tradeoff optimization for emission control and energy flow optimization based on the instantaneous optimization technique. The proposed powertrain control strategy has the flexibility to adapt to battery SOC, exhaust emission amount, classified driving pattern, driving condition, and engine temperature. The objective of the optimal control strategy is to optimize the fuel consumption, electricity use, and exhaust emissions proper to the performance targets. The proposed control strategy was simulated to prove its validity by using analysis simulation tool ADVISOR (advanced vehicle simulator).