留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

并联式混合动力汽车转矩实时分配控制策略研究

吴静波 李明明 郭志军 卢耀真

吴静波, 李明明, 郭志军, 卢耀真. 并联式混合动力汽车转矩实时分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 151-158. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200301
引用本文: 吴静波, 李明明, 郭志军, 卢耀真. 并联式混合动力汽车转矩实时分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 151-158. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200301
WU Jingbo, LI Mingming, GUO Zhijun, LU Yaozhen. A Parallel Hybrid Vehicle Torque Real-time Distribution Control Strategy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 151-158. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200301
Citation: WU Jingbo, LI Mingming, GUO Zhijun, LU Yaozhen. A Parallel Hybrid Vehicle Torque Real-time Distribution Control Strategy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 151-158. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200301

并联式混合动力汽车转矩实时分配控制策略研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200301
基金项目: 

河南省科技攻关项目基金 182102210046

详细信息
    作者简介:

    吴静波(1979-), 讲师, 博士, 研究方向为新能源汽车整车及电驱动系统控制, wubocn2005@163.com

  • 中图分类号: U469.72

A Parallel Hybrid Vehicle Torque Real-time Distribution Control Strategy

  • 摘要: 为提高并联式混合动力汽车的整体效率, 确保发动机工作在高效区的同时, 动力电池不会因过度放电对使用寿命造成损害, 对并联式混合动力汽车转矩实时分配控制策略展开研究。以全球轻型车测试规程(WLTP)为循环工况, 采用马尔科夫链模型预测车辆在未来时域内的需求转矩, 以未来时域内电机目标转矩占总需求转矩的百分比和电池SOC值作为输入, 以转矩分配因子作为输出, 建立模糊控制器, 利用自适应模拟退火算法对模糊控制器的输出值进行离线优化, 通过动态调节优化后的转矩分配因子实现需求转矩的合理分配, 确保电池SOC值波动在设定的上下限内。在MATLAB和Cruise仿真平台中, 对本文提出的控制策略进行联合仿真, 并与逻辑门限值控制策略进行对比分析, 结果表明: 相比于逻辑门限值控制策略, 转矩实时分配控制策略不仅保证发动机在高效区工作, 而且电池SOC值的波动范围也保持在与初始值上下的3%以内, 有效的改善了动力电池的使用寿命。
  • 图  1  并联式混合动力系统结构示意图

    图  2  发动机燃油消耗图

    图  3  电机效率特性图

    图  4  单体电池充放电内阻和电压随SOC的变化关系

    图  5  马尔科夫转移概率矩阵

    图  6  基于模糊逻辑控制器对需求转矩进行分配的整体流程图

    图  7  电机目标转矩占总需求转矩的百分比的隶属度函数

    图  8  电池SOC的隶属度函数

    图  9  自适应模拟退火算法优化转矩分配因子的流程图

    图  10  并联式混合动力汽车转矩实时分配的控制策略示意图

    图  11  目标车速与实际车速的跟随情况

    图  12  WLTP工况下发动机转矩

    图  13  WLTP工况下驱动电机转矩

    图  14  WLTP工况下SOC变化曲

    图  15  动力电池的充放电电流

    图  16  WLTP工况下发动机工作点

    图  17  WLTP工况下驱动电机的工作点

    图  18  两种能量管理策略下的燃油消耗曲线

    表  1  整车与零部件参数

    参数名称 参数值
    发动机最大转矩/(N·m) 341
    发动机最大功率/kW 65.5
    电机最大功率/kW 135
    电机最大转矩/(N·m) 130
    电池容量/(A·h) 90
    电池电压/V 320
    DCT速比 3.909, 2.105, 1.387, 1.023, 0.813, 0.673
    整车质量/kg 1559
    风阻系数CD 0.7
    初始SOC 0.6
    下载: 导出CSV

    表  2  模糊逻辑控制规则

    NL2 NS2 O2 PS2 PL2
    NL1 0.95 0.9 0.85 0.8 0
    NS1 1.0 1.0 0.90 0.85 0.75
    O1 1.05 1.05 0.95 0.95 0.85
    PS1 1.15 1.1 1.0 1.05 0.95
    PL1 1.25 1.15 1.05 1.1 1.0
    下载: 导出CSV
  • [1] 张渊博, 王伟达, 项昌乐, 等. 基于模型预测控制的混合动力汽车模式切换中的转矩协调控制策略[J]. 汽车工程, 2018, 40(9): 1040-1047 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201809006.htm

    ZHANG Y B, WANG W D, XIANG C L, et al. A model predictive control-based torque coordinated control strategy for hybrid electric vehicle during mode shifting[J]. Automotive Engineering, 2018, 40(9): 1040-1047 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201809006.htm
    [2] 解少博, 刘通, 李会灵, 等. 基于马尔科夫链的并联PHEB预测型能量管理策略研究[J]. 汽车工程, 2018, 40(8): 871-877, 911 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201808001.htm

    XIE S B, LIU T, LI H L, et al. A study on predictive energy management strategy for a plug-in hybrid electric bus based on Markov chain[J]. Automotive Engineering, 2018, 40(8): 871-877, 911 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201808001.htm
    [3] BORHAN H A, VAHIDI A, PHILLIPS A M, et al. Predictive energy management of a power-split hybrid electric vehicle[C]//2009 American Control Conference. St. Louis, MO, USA: IEEE, 2009: 3970-3976
    [4] MENG D W, ZHANG Y, ZHOU M L, et al. Intelligent fuzzy energy management research for a uniaxial parallel hybrid electric vehicle[J]. Computers & Electrical Engineering, 2017, 58: 447-464
    [5] HUANG Y J, WANG H, KHAJEPOUR A, et al. Model predictive control power management strategies for HEVs: A review[J]. Journal of Power Sources, 2017, 341: 91-106 doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.11.106
    [6] QIAO Y, SONG Y Z, HUANG K S. A novel control algorithm design for hybrid electric vehicles considering energy consumption and emission performance[J]. Energies, 2019, 12(14): 2698 doi: 10.3390/en12142698
    [7] 钱立军, 荆红娟, 邱利宏. 基于随机模型预测控制的四驱混合动力汽车能量管理[J]. 中国机械工程, 2018, 29(11): 1342-1348 doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2018.11.014

    QIAN L J, JING H J, QIU L H. Energy management of a 4WD HEV based on SMPC[J]. China Mechanical Engineering, 2018, 29(11): 1342-1348 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2018.11.014
    [8] JOŠEVSKI M, ABEL D, MONTI A. Performance study of deterministic and uncertainty-aware predictive energy management strategies for real-world driving cycles[C]//2019 18th European Control Conference (ECC). Naples, Italy: IEEE, 2019
    [9] 王钦普, 杜思宇, 李亮, 等. 基于粒子群算法的插电式混合动力客车实时策略[J]. 机械工程学报, 2017, 53(4): 77-84 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201704012.htm

    WANG Q P, DU S Y, LI L, et al. Real-time energy management strategy for plug-in hybrid electric bus on particle swarm optimization algorithm[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(4): 77-84 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201704012.htm
    [10] 林歆悠, 冯其高, 张少博. 等效因子离散全局优化的等效燃油瞬时消耗最小策略能量管理策略[J]. 机械工程学报, 2016, 52(20): 102-110 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201620014.htm

    LIN X Y, FENG Q G, ZHANG S B. Global optimal discrete equivalent factor of equivalent fuel consumption minimization strategy based energy management strategy for a series-parallel plug-in hybrid electric vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(20): 102-110 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201620014.htm
    [11] 赵韩, 吴迪. 基于随机模型预测控制的并联式混合动力汽车控制策略研究[J]. 汽车工程, 2014, 36(11): 1289-1294 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201411001.htm

    ZHAO H, WU D. A research on the control strategy of a parallel HEV based on stochastic model predictive control[J]. Automotive Engineering, 2014, 36(11): 1289-1294 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC201411001.htm
    [12] 黄硕, 李亮, 杨超, 等. 基于规则修正的同轴并联混合动力客车瞬时优化能量分配策略[J]. 机械工程学报, 2014, 50(20): 113-121 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201420017.htm

    HUANG S, LI L, YANG C, et al. Rule correction-based instantaneous optimal energy management strategy for single-shaft parallel hybrid electric bus[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(20): 113-121 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201420017.htm
    [13] 李萍, 朱晓璐, 焦晓红. 基于智能优化规则的并联混合动力汽车能量管理策略[J]. 燕山大学学报, 2019, 43(6): 546-553 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DBZX201906010.htm

    LI P, ZHU X L, JIAO X H. Parallel hybrid electric vehicle energy management strategy based on intelligent optimization rules[J]. Journal of Yanshan University, 2019, 43(6): 546-553 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DBZX201906010.htm
    [14] HMIDI M E, SALEM I B, EL AMRAOUI L. An efficient method for energy management optimization control: Minimizing fuel consumption for hybrid vehicle applications[J]. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 2019, 42(1): 69-80
    [15] 刘辉, 李训明, 王伟达, 等. 基于最优功率分配因子的插电式混合动力汽车实时能量管理策略研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(4): 91-101 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201904012.htm

    LIU H, LI X M, WANG W D, et al. Optimal power allocation factor based real time energy management strategy for a plug-in hybrid electric vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(4): 91-101 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201904012.htm
  • 加载中
图(18) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  139
  • HTML全文浏览量:  57
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-22
  • 刊出日期:  2022-01-01

目录

    /

    返回文章
    返回