混合动力汽车能量管理策略的四步骤设计方法

• 作 者: 朱元
• 机 构: 清华大学
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2003年期
• 关键词: 混合动力汽车 能量管理策略 混杂动态系统 动态规划 燃料电池汽车

混合动力汽车具有两个或者两个以上的车载能量源，是当前解决汽车能源和排放问题的最切实可行的技术方案之一。基于一定的能量管理策略，多个能量源与其它部件相互配合可以进行多种优化组合，形成不同的动力系统工作模式，以适应变化的行驶工况需求，获得传统汽车所不能得到的优化控制目标(最佳的燃料经济性，最佳的排放等等)。
本论文以行星齿轮结构的混联式混合动力汽车为研究对象提出了混合动力汽车能量管理策略的四步骤设计方法，具体的四步骤方法如下：
第一步，静态优化：在描述混合动力汽车的纵向动力学方程之后，从其子部件的稳态模型出发，利用序列二次项规划(SQP)方法求解出在不同汽车工况下对应的各自最佳工作模式和最佳功率分配。
第二步，动态规划：在国内首次引入混杂动态系统理论来描述既有离散事件动态系统特征又有连续变量动态系统特征的混合动力汽车动力系统，结合动态规划算法进行动态优化计算，得到了优化的工作模式选择和控制变量的数值解。第三步，基于规则和模糊规则的能量管理策略：在前两步数值解的基础上总结出相应的宏观规律，建立了动力系统不同工作模式之间的切换规则，接着利用模糊推理系统建立蓄电池功率控制的模糊规则，提出用“准系统最优发动机工作曲线”的方法确定发动机工作点。
第四步，优化规则和模糊规则系统：利用遗传算法对前面三步已经建立的工作模式切换规则和蓄电池功率模糊控制规则中的参数进行了优化，以获得更佳的控制效果。
利用上述能量管理策略的四步骤设计方法，在国内首次实现了基于CAN总线的燃料电池混合动力汽车能量管理系统。本论文不仅仅解决了工作模式切换规则和功率/能量流优化控制策略问题，而且还初步实现了能量管理系统的其它三项功能，包括车用CAN总线网络协议和通信系统，司机意图解释和故障诊断处理功能。最后，基于dSPACE的硬件在环仿真试验和实车道路行驶试验证明，本论文的能量管理系统是有效的，四步骤的设计方法是可行的。