混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)與能量管理策略研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染是汽車工業(yè)所面臨的兩大挑戰(zhàn)，研發(fā)節(jié)能、環(huán)保的交通工具已關(guān)系到國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展問題?；旌想妱?dòng)汽車融合了傳統(tǒng)汽車和純電動(dòng)汽車二者的優(yōu)點(diǎn)，不僅具有低油耗、低排放等優(yōu)點(diǎn)，而且續(xù)駛里程不受限制，價(jià)格適中，適合產(chǎn)業(yè)化，被認(rèn)為是目前最有希望替代傳統(tǒng)汽車的方案，因此，對(duì)混合電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文以香港政府創(chuàng)新與科技署資助的“全方位智能混合動(dòng)力轎車項(xiàng)目”為背景，在全面分析混合電動(dòng)汽車的特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀

2、及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，以并聯(lián)混合電動(dòng)汽車為對(duì)象，做了如下幾方面的工作：對(duì)一種新型結(jié)構(gòu)的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車建立了前向式仿真軟件平臺(tái)；設(shè)計(jì)了基于高性能DSP芯片TMS320F2812的整車控制器并實(shí)現(xiàn)了HEV多工作模式能量管理；為了對(duì)HEV的能量管理進(jìn)行優(yōu)化控制以取得良好的節(jié)油與減排效果，作者先后設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的能量管理策略、基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的HEV能量管理策略和基于神經(jīng)元?jiǎng)討B(tài)規(guī)劃的能量管理策略，并對(duì)這三種能量管理策略的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了比

3、較。 作者利用實(shí)驗(yàn)建模為主、理論建模為輔的方法，在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立了HEV的前向仿真模型，為整車控制策略的研究和開發(fā)提供了必要的仿真平臺(tái)。然后，基于此仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于Stateflow的多工作模式切換能量管理策略，設(shè)計(jì)了切換控制規(guī)則庫。通過對(duì)HEV系統(tǒng)的行為進(jìn)行仿真，可以驗(yàn)證不同工作模式間相互切換的參數(shù)條件。所得到的控制策略可以通過Matlab/StateflowC代碼自動(dòng)生成功能，直接生成C語言代碼

4、下載到整車控制器中運(yùn)行。 整車控制器是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車整車控制與能量管理策略的核心部件，是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車安全、高效運(yùn)行的保證。本文在深入分析混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)特點(diǎn)和要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款基于高性能DSP芯片TMS320F2812的整車控制器，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的能量管理算法提供了硬件基礎(chǔ)。通過實(shí)車測(cè)試，混合動(dòng)力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作模式和模式間的平滑切換，駕駛性能良好。 為了優(yōu)化HEV的運(yùn)行，取得良好的節(jié)油與減排效果，必須

5、對(duì)HEV的能量管理進(jìn)行優(yōu)化控制。最優(yōu)能量管理策略包含最優(yōu)換檔子策略和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配子策略。本文應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃(DP)方法對(duì)混合動(dòng)力汽車能量管理策略問題進(jìn)行了研究。在給定行駛循環(huán)(Drivingcycle)的前提下，HEV能量管理問題被建模為多步?jīng)Q策過程問題。仿真結(jié)果表明，該方法所得到的換檔邏輯和控制律能顯著提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。從理論上講，該方法得到的結(jié)果是全局最優(yōu)結(jié)果，因此，動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法可以用來作為衡量其它能量管理策略控制效果的基準(zhǔn)。

6、 由于基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法的能量管理分析需要事先知道HEV的行駛工況，所得的結(jié)果只對(duì)特定的行駛工況有意義。為了克服這一局限性，作者將駕駛員的功率需求建模為Markov鏈，采用隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃(SDP)方法進(jìn)行能量管理策略的設(shè)計(jì)。隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃通過值迭代或策略迭代法求解，得出的結(jié)果以(狀態(tài)-行動(dòng))表格的形式表示，所以它可以很方便地在整車控制器中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，新的控制策略與動(dòng)態(tài)規(guī)劃的全局優(yōu)化的結(jié)果比較接近，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的基于規(guī)則的能量管

7、理策略。 采用SDP方法進(jìn)行能量管理策略的設(shè)計(jì)雖然解決了動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法的局限性，但在設(shè)計(jì)過程中仍然會(huì)面臨“維數(shù)災(zāi)難”的問題。即值迭代法和策略迭代法求解所需的計(jì)算量和存儲(chǔ)空間會(huì)隨狀態(tài)的數(shù)目呈指數(shù)增長(zhǎng)。這限制了它在實(shí)際中的應(yīng)用。為此，作者采用神經(jīng)元?jiǎng)討B(tài)規(guī)劃方法(NDP)進(jìn)一步改進(jìn)能量管理策略的設(shè)計(jì)。神經(jīng)元?jiǎng)討B(tài)規(guī)劃方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)狀態(tài)空間中狀態(tài)的值函數(shù)的通用結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的參數(shù)向量，而不是求解SDP問題，從而大大減少了計(jì)算量。仿真結(jié)果表