雙能源混合動力驅動系統(tǒng)的優(yōu)化控制及其仿真

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第30卷第10期華中科技大學學報(自然科學版)Vo1．30No．102002年10月J．HuazhongUniv．ofSci．&Tech．(NatureScienceEdition)Oct．2002雙能源混合動力驅動系統(tǒng)的優(yōu)化控制及其仿真黃妙華金國棟(華中科技大學機械科學與工程學院)摘要：在分析雙能源驅動類型和控制策略的基礎上，運用非線性規(guī)劃的數(shù)學方法，針對一般的雙能源混合動力汽車提出了一種系統(tǒng)的優(yōu)化策略，該策略以某一特定的循環(huán)行駛工況為基礎，以最低發(fā)動機的燃油消耗為目標

2、函數(shù)，在ADVISOR軟件平臺上建立了仿真模型，并將優(yōu)化控制策略的仿真結果與現(xiàn)有控制策略的仿真結果相比，結果表明通過系統(tǒng)的優(yōu)化混合動力車輛的經(jīng)濟性有所改善，該優(yōu)化方法有較大的實際應用價值．關鍵詞：電動汽車；混合動力驅動系統(tǒng)；雙能源；優(yōu)化控制中圖分類號：U271．1文獻標識碼：A文章編號：1671—4512(2002)10—0029—03雙能源驅動系統(tǒng)由不同類型動力源，不同零性能．本文所述的優(yōu)化控制方法是以某行駛工況部件組成，并且具有多種不同的運行模式，對眾多為參考工況，假定某一汽車在此工況下行駛時，則控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)

3、進行有效的優(yōu)化，是雙能源此工況下所需要汽車動力源提供的功率情況可以驅動系統(tǒng)控制技術的一個核心，是混合動力電動汽車系統(tǒng)中最為復雜、也是近年來電動汽車技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進程中的重要研究開發(fā)方向．本文提出用優(yōu)化控制策略來控制混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)，對混合動力驅動系統(tǒng)的研制具有現(xiàn)實意義，同時為混合動力驅動系統(tǒng)的研究提供了新途徑．圖1雙能源串聯(lián)式混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)1優(yōu)化數(shù)學模型的建立預先計算出來，以控制汽車的燃油消耗最小為目標函數(shù)，探索出雙能源功率的動態(tài)分配方式，來達1．1問題的描述及優(yōu)化設計變量的確定到燃油消耗最小的目標

4、．當車輛在某一工況下行駛時，行駛工況中所混合動力電動汽車驅動系統(tǒng)由于能量源、電需要的驅動功率由發(fā)動機和蓄電池共同提供．若池類型、電機類型、變速裝置等不同，其結構各式用PT表示在行駛工況中所需要的驅動功率，PE各樣，因此其控制方式也有所不同．根據(jù)零部件的表示由發(fā)動機輸出的功率，PB表示由蓄電池輸出種類、數(shù)量和連接關系混合動力電動汽車驅動系的功率，則統(tǒng)可以分為三種基本結構類型：串聯(lián)式、并聯(lián)式和PT(t)=PE(t)+PB(t)．混聯(lián)式．這里主要以雙能源(發(fā)動機和電機)串聯(lián)式混合動力電動汽車為研究對象，其驅動系統(tǒng)結當車輛在某

5、一工況下行駛時，發(fā)動機的燃油構圖如圖1所示．該系統(tǒng)由發(fā)動機發(fā)電供電動機消耗B(g)，可以沿著特定的積分路線按下式求驅動車輪，所有發(fā)動機的機械能都轉換成電能以得：rt．驅動電動機，多余的電能則存儲在蓄電池或超級B=Ib(t)PE(t)dt，J￡0電容器中．發(fā)動機系統(tǒng)中不再設置離合器或變速式中，b(t)表示燃油消耗率(g／kW·h)，b。(t)=器．由于發(fā)動機僅用來發(fā)電，它可以在幾乎恒定的3．6×10／(Hj7(t))，其中，j7(t)表示發(fā)動機燃轉速下運行，因而可以獲得較佳的經(jīng)濟性和排放收稿日期：2002—04—28．作

6、者簡介：黃妙華(1963一)，女，博士研究生；武漢，華中科技大學機械科學與工程學院(430074)基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃電動汽車重大專項資助項目(2001AA501213)．維普資訊http://www.cqvip.com華中科技大學學報(自然科學版)第30卷m油的轉化效率；H．，表示燃料的熱值(MJ／kg)，對nS(ti)一S(0)=0，B某種特定燃料來說，是一個常數(shù)．因此發(fā)動機油耗這個條件保證，在整個行駛工況過程中，從蓄電池=與發(fā)動機功率的關系為(將常數(shù)項略掉)，輸出與進入的電量相等．m1．3優(yōu)化問題的求

7、解B：fdf，fet設一對角陣假定蓄電池為一具有內(nèi)阻R的恒壓源，則蓄電池H=2diag[，162，i?，62，?，2，J，功率f=l，i61，i?，ibi，?，1，J，PB(t)=一』B(t)(UB+』B(t)RB)，(1)綜上所述，優(yōu)化結果為求解一個連續(xù)的N階二次式中，』B表示蓄電池組的電流；UB表示蓄電池組優(yōu)化方程．的端電壓．式(1)對充電(IB<0)和放電(IB>0)都minB≈m．．inl~HIB／2+fIB，』B』B適用．通常情況下，電池電壓和內(nèi)阻都與電池的荷電狀態(tài)S(stateofcharge)和溫度丁B有

8、關．同滿足，Jb。=0，J≤Jb?！躂，這里時，蓄電池在充電和放電時具有不同的內(nèi)阻．H∈RN，Jbat∈RN，廠∈RN．一fRd(s，丁B)(』B>0，放電內(nèi)阻)；B—lR(S，丁B)(』B<0，充電內(nèi)阻)；2優(yōu)化控制的仿真及實例UB=UB(S，丁B)．因為汽車在某一行駛工況下行駛，所需要的根據(jù)上面的優(yōu)化方程可以得到優(yōu)化的電流值驅