基于能量最優(yōu)及降低振動損耗的多目標(biāo)優(yōu)化瞬時控制策略

劉飛龍 楊偉 曹秀娟

【摘 要】基于能量消耗最少以及降低振動所帶來的額外能量損失和機器磨損，同時提高舒適性，對混合動力車輛利用多目標(biāo)優(yōu)化和瞬時控制策略，對發(fā)動機和電機的轉(zhuǎn)速扭矩分配進一步優(yōu)化?？紤]到實驗仿真的便利和高效，采用AMESim軟件進行仿真模型的搭建，使用Matlab和Simulink與AMESim建立連接用于數(shù)據(jù)處理與分析。由于相關(guān)鄰域發(fā)展水平所限，瞬時控制策略無法精確實現(xiàn)，本項目采用離散點取代整體的思路，在某一特定工況下進行優(yōu)化實驗，測試結(jié)果表明計及瞬時振動和能量最優(yōu)的多目標(biāo)瞬時控制策略有一定應(yīng)用前景和現(xiàn)實價值，為今后相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展提供參考，也為混合動力控制領(lǐng)域拓寬道路。

【關(guān)鍵詞】能量優(yōu)化；振動控制；多目標(biāo)；瞬時控制

引言

當(dāng)今社會，由于能源的過度開采和生產(chǎn)生活，節(jié)約能源和保護環(huán)境成為當(dāng)下社會丞待解決的重要課題，而其中汽車廢氣排放和能源成本的問題一直備受關(guān)注，混合動力汽車和電動汽車被看作是一種自然的發(fā)展目標(biāo)[1]?；旌蟿恿ζ嚥粌H在能源的節(jié)約和污染氣體的排放方面有其獨有的優(yōu)勢，而且具備傳統(tǒng)電力汽車和內(nèi)燃機汽車的全部優(yōu)點，因此混合動力技術(shù)可以說是應(yīng)時代而生，而作為混合動力技術(shù)的核心的控制策略就處于十分重要的地位。針對車輛的動力和能量要求，應(yīng)用控制策略進行優(yōu)化和修正，通過了解整個混合動力系統(tǒng)的能量消耗的詳細分析，以及傳動系統(tǒng)內(nèi)部各個相關(guān)部件的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，按最優(yōu)目標(biāo)分配發(fā)動機和電機的動力配比，可以最大程度的優(yōu)化汽車的設(shè)計，從而達到改善油耗和降低振動損耗的目標(biāo)。目前為消除混合動力汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)速振蕩，常利用發(fā)動機轉(zhuǎn)速—節(jié)氣門開度—扭矩對應(yīng)關(guān)系，采用PID控制器調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動[2]雖然有一定的改進，但其采用模糊控制策略和序列二次規(guī)劃法無法精準(zhǔn)控制修正，因此無法保證動力系統(tǒng)的最佳匹配，無法使整車系統(tǒng)達到最大效率[3]。本項目以并聯(lián)式混合動力車輛（如圖1）為例，采用多目標(biāo)優(yōu)化的瞬時控制策略和動態(tài)規(guī)劃法[4]對發(fā)動機和電動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速進行精準(zhǔn)分配和參數(shù)修正，以求達到能量消耗最小和振動最優(yōu)的目標(biāo)。

三、數(shù)據(jù)處理與分析

運用在線ECMS優(yōu)化能量管理來處理和修正數(shù)據(jù)參數(shù)，它的工作原理是將混合動力汽車電力驅(qū)動部分消耗的能量等效成燃油消耗量，與發(fā)動機實際的燃油消耗量相加，得到每一時刻混合動力汽車的等效燃油消耗，作為目標(biāo)函數(shù)，求解其取得最小時輸出功率的最優(yōu)分配，得到的發(fā)動機在每一工況下的轉(zhuǎn)速配比與原有控制策略的分配比較圖（圖5）。

四、結(jié)論

（1）基于能量最優(yōu)和振動最小化的多目標(biāo)優(yōu)化控制策略確實比原先的控制策略對能量的利用效率更加高效，雖然以目前的發(fā)展水平實現(xiàn)起來還有一定的難度，但是是可行的，具有實時最優(yōu)性。

（2）在控制振動損耗的同時，不僅降低了能量消耗，而且提高了乘車的舒適性，同時由于振動降低，減少的工件之間的摩擦和沖擊，提高了發(fā)動機的使用壽命。

課題：一種計及瞬態(tài)振動MAP圖的混合動力車輛轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配控制策略，項目編號：17B241。

參考文獻：

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[2]紀(jì)峻嶺，齊曉杰，朱榮福.豐田混合動力汽車動力研究[J].交通科技與經(jīng)濟，2007，（6）.

[3]張金柱.基于豐田普銳斯混合動力汽車的發(fā)電系統(tǒng)研究[J].汽車電器，2007，（10）.

[4]Pei D，Leamy M J.Dynamic Programming-Informed Equivalent Cost Minimization Control Strategies for Hybrid-Electric Vehicles[J].Journal of Dynamic Systems Measurement & Control，2013，135（5）：662-668.

作者簡介：

劉飛龍，男，江蘇宿遷人，本科，研究方向：混合動力