混合動(dòng)力汽車實(shí)時(shí)能量?jī)?yōu)化管理策略研究.pdf

1、在能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出的時(shí)代背景下，混合動(dòng)力汽車（Hybrid electric vehicle，HEV）作為最具產(chǎn)業(yè)化前景的新能源汽車，兼具內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)，能夠有效地緩解汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的能源和環(huán)境壓力。然而，電池的引入使HEV產(chǎn)生了新的控制自由度，從而使各動(dòng)力源之間的協(xié)調(diào)控制更為復(fù)雜。因此，開展對(duì)HEV能量管理策略的研究具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)現(xiàn)有能量管理策略中不能兼顧節(jié)油性和實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，本文首次將二次型最優(yōu)控制理

2、論應(yīng)用于HEV能量管理問(wèn)題，旨在提出與未來(lái)道路工況無(wú)關(guān)且節(jié)油效果與基于最小值原理（Pontryagin's minimum principle，PMP）的全局最優(yōu)控制策略相接近的實(shí)時(shí)功率優(yōu)化分配策略，主要研究工作如下:
　　首先，針對(duì)功率耦合型HEV的特點(diǎn)，闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)機(jī)制，進(jìn)而將控制量由轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)化為功率。以汽車仿真軟件(Advanced vehicle simulator，ADVISOR)中的HEV為原型，建

3、立了線性汽車模型（假設(shè)路面坡度為零）和線性電池-電機(jī)系統(tǒng)模型，為二次型最優(yōu)控制理論的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，將踏板信號(hào)解釋成車速指令，建立了以車速平方和電池剩余能量為狀態(tài)變量、以發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電機(jī)功率為控制變量的HEV線性模型，從平均發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電機(jī)功率、平穩(wěn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率出發(fā)，構(gòu)造了二次型性能指標(biāo)以間接實(shí)現(xiàn)節(jié)油目的。利用二次型調(diào)節(jié)器和跟蹤器理論分別推導(dǎo)出增益均為常數(shù)矩陣的狀態(tài)反饋控制律以及由狀態(tài)反饋和指令前饋共同構(gòu)成的控制律，即系

4、統(tǒng)當(dāng)前控制量?jī)H與當(dāng)前狀態(tài)和指令有關(guān)、與未來(lái)道路工況無(wú)關(guān)。為了克服路面坡度對(duì)上述兩種雙自由度策略的影響，將原HEV系統(tǒng)狀態(tài)與其期望值之差的積分作為擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)變量，重新建立了HEV線性擴(kuò)展模型和相應(yīng)的二次型性能指標(biāo)，并根據(jù)二次型調(diào)節(jié)器理論求解上述問(wèn)題。由此得到的控制律不僅包含原系統(tǒng)的狀態(tài)反饋?zhàn)饔茫€增加了狀態(tài)偏差的積分作用。一系列對(duì)比仿真研究證明，上述三種算法均對(duì)道路工況和電池荷電狀態(tài)(State of charge，SOC)初始值具有良好的

5、適應(yīng)性，且實(shí)現(xiàn)了與PMP算法接近的節(jié)油效果。其中，擴(kuò)展調(diào)節(jié)器算法對(duì)路面坡度具有更好的適應(yīng)性。
　　最后，將踏板信號(hào)解釋成轉(zhuǎn)矩指令，建立以電池剩余能量為狀態(tài)變量、以電機(jī)功率為控制變量的HEV線性模型，并從間接節(jié)油和直接節(jié)油兩個(gè)角度設(shè)計(jì)了二次型性能指標(biāo)。其中，前者將抑制發(fā)動(dòng)機(jī)功率大范圍波動(dòng)作為優(yōu)化目標(biāo)，后者則利用燃油消耗率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率之間的近似二次函數(shù)關(guān)系將油耗直接作為優(yōu)化目標(biāo)。根據(jù)二次型跟蹤器理論求解上述問(wèn)題，可得到由增益均為常數(shù)矩