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GA-BP工况识别的增程式电动汽车能量管理策略优化

白书杰 魏长银 陈勇 张建军

白书杰, 魏长银, 陈勇, 张建军. GA-BP工况识别的增程式电动汽车能量管理策略优化[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(7): 1112-1120. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200439
引用本文: 白书杰, 魏长银, 陈勇, 张建军. GA-BP工况识别的增程式电动汽车能量管理策略优化[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(7): 1112-1120. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200439
BAI Shujie, WEI Changyin, CHEN Yong, ZHANG Jianjun. Optimal Energy Management Strategy for Extended-range Electric Vehicle via GA-BP Driving Pattern Recognition[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(7): 1112-1120. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200439
Citation: BAI Shujie, WEI Changyin, CHEN Yong, ZHANG Jianjun. Optimal Energy Management Strategy for Extended-range Electric Vehicle via GA-BP Driving Pattern Recognition[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(7): 1112-1120. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200439

GA-BP工况识别的增程式电动汽车能量管理策略优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200439
基金项目: 

国家重点研发计划项目 J2018YFB0106403

宁波市科技计划项目 2019B10111

详细信息
    作者简介:

    白书杰(1996-), 硕士研究生, 研究方向为能量管理策略、扭振主动控制, bsjremenber@163.com

    通讯作者:

    陈勇, 教授, 博士生导师, chenyong1585811@163.com

  • 中图分类号: U469.7

Optimal Energy Management Strategy for Extended-range Electric Vehicle via GA-BP Driving Pattern Recognition

  • 摘要: 为了改善增程式电动汽车在复杂工况下的燃油经济性,提出一种利用遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BP)工况识别的规则能量管理策略。针对BP算法收敛速度慢、泛化能力差的问题,采用遗传算法优化BP神经网络。以中国工况中市区、市郊、高速作为工况类别,工况速度曲线为BP神经网络训练样本,构建遗传算法优化的BP神经网络识别器。在识别的工况下,以能耗费用为燃油经济性的评价指标,采用果蝇算法优化规则能量管理策略参数。仿真结果表明,使用遗传算法优化的BP神经网络识别正确率达到99.99%,优于未进行优化的神经网络识别;基于工况识别的能量管理策略,合理分配增程式电动汽车工作模式,有效的降低燃油消耗。
  • 图  1  增程式电动汽车动力系统结构图

    图  2  驱动电机效率图

    图  3  发动机万有特性曲线

    图  4  工况速度曲线

    图  5  神经元模型

    图  6  BP神经网络结构

    图  7  BP测试识别结果

    图  8  GA-BP工况识别程序框图

    图  9  GA-BP测试识别结果

    图  10  测试识别误差对比

    图  11  能量管理策略程序框图

    图  12  SOC变化曲线

    图  13  发动机输出功率

    图  14  发动机工作点图

    图  15  驱动电机工作点分布图

    图  16  电池输出功率

    图  17  整车需求功率

    表  1  增程式电动汽车参数

    参数单位 参数值
    整车质量M/kg 6 000
    轮胎半径r/m 0.376 0
    发动机最高扭矩Tfc-max/(Nm) 250
    发动机最高转速ωfc-max/(r·min-1) 6 000
    发动机最高功率Pfc-max/kw 157
    发电机最高扭矩Tgc-max/(Nm) 250
    发电机最高转速ωgc-max/(r·min-1) 4 500
    发电机最高功率Pgc-max/kW 117.8
    驱动电机最高扭矩Tmc-max/(Nm) 850
    驱动电机最高转速ωmc-max/(r·min-1) 4 000
    驱动电机最高功率Pmc-max/kW 356
    电池容量C/(A·h) 37
    电池模块数n 16
    主减速比i 6.143
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    表  2  典型工况及训练目标值

    工况 目标值 归一化
    市区 1 -1
    市郊 2 0
    高速公路 3 1
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    表  3  是否应用GA优化BP网络工况识别对比

    识别方式 工况类型 最大误差 均方差 识别率
    GA-BP 市区工况 0.0768 0.0173 100%
    市郊工况 0.0185 0.0139 99.98%
    高速公路工况 0.00000394 0.000295 100%
    综合 0.0768 0.0033 99.99%
    BP 市区工况 0.6952 0.1615 60%
    市郊工况 0.0615 0.0988 99.95%
    高速公路工况 0.2272 0.0465 99.94%
    综合 0.6952 0.1168 89.37
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    表  4  规则能量管理策略

    驱动模式 工作状态
    电池驱动纯电动模式 SOC>SOChighPr < Pc-max 电池放电单独驱动
    电池和增程器双动力混合驱动模式 SOClowSOCSOChighPlastPr 发动机在发动机输出功率等于上一时刻输出功率
    SOC>SOChighPrPc-maxPPr 发动机处于最佳功率工点
    增程器单独驱动且电池充电模式 SOC < SOClow 电池电量过低, 增程器输出的功率为充电功率与驱动需求功率之和
    SOClowSOCSOChighPlast>Pr 发动机输出功率与上一秒时刻输出功率相等, 充电的功率为Plast-Pr
    SOC>SOChighPrPc-maxP>Pr 充电的功率为P-Pr
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    表  5  能量管理策略优化变量

    优化变量 优化区间
    SOClow 0.20~0.50
    SOChigh 0.60~0.90
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    表  6  3种方式能耗费用  

    类型 油耗 电耗 总费用
    未使用 23.24 -1.71 21.54
    BP 24.39 -2.45 21.94
    GA-BP 15.75 2.05 17.80
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  • [1] GUANETTI J, FORMENTIN S, SAVARESI S M. Energy management system for an electric vehicle with a rental range extender: a least costly approach[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, 17(11): 3022-3034 doi: 10.1109/TITS.2016.2529962
    [2] LI J Q, JIN X J, XIONG R. Multi-objective optimization study of energy management strategy and economic analysis for a range-extended electric bus[J]. Applied Energy, 2017, 194: 798-807 doi: 10.1016/j.apenergy.2016.10.065
    [3] 邓涛, 韩海硕, 罗俊林. 基于动态规划算法的混合动力汽车改进型ECMS能量管理控制研究[J]. 中国机械工程, 2018, 29(3): 326-332 doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2018.03.012

    DENG T, HAN H S, LUO J L. Improved ECMS energy management control of HEVs based on DP algorithm[J]. China Mechanical Engineering, 2018, 29(3): 326-332 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2018.03.012
    [4] 邓涛, 罗俊林, 韩海硕, 等. 混合动力汽车工况识别自适应能量管理策略[J]. 西安交通大学学报, 2018, 52(1): 77-83 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAJT201801012.htm

    DENG T, LUO J L, HAN H S, et al. Adaptive energy management strategy based on driving cycle identification for hybrid electric vehicles[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2018, 52(1): 77-83 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAJT201801012.htm
    [5] 熊演峰, 余强, 闫晟煜, 等. 基于GPS定位的插电式混合动力汽车能量管理策略研究[J]. 交通信息与安全, 2019, 37(6): 103-110 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JTJS201906014.htm

    XIONG Y F, YU Q, YAN S Y, et al. An optimal control strategy of plug-in hybrid electric vehicle based on GPS position[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2019, 37(6): 103-110 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JTJS201906014.htm
    [6] 刘永刚, 卢立来, 解庆波, 等. 基于道路坡度信息的插电式混合动力汽车能量管理策略[J]. 工程科学学报, 2016, 38(7): 1025-1031 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJKD201607019.htm

    LIU Y G, LU L L, XIE Q B, et al. Energy management for plug-in hybrid electric vehicles based on road gradient[J]. Chinese Journal of Engineering, 2016, 38(7): 1025-1031 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJKD201607019.htm
    [7] 刘永刚, 解庆波, 秦大同, 等. 基于工况识别的混合动力汽车能量管理策略优化[J]. 机械传动, 2016, 40(5): 64-69, 73 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201605015.htm

    LIU Y G, XIE Q B, QIN D T, et al. Energy management strategy optimization of HEV based on driving pattern recognition[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2016, 40(5): 64-69, 73 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201605015.htm
    [8] XIANG C L, DING F, WANG W D, et al. Energy management of a dual-mode power-split hybrid electric vehicle based on velocity prediction and nonlinear model predictive control[J]. Applied Energy, 2017, 189: 640-653 doi: 10.1016/j.apenergy.2016.12.056
    [9] 方越栋. 基于随机动力需求预测的混合动力公交车能量管理策略[D]. 杭州: 浙江大学, 2015

    FANG Y D. Energy management strategies for hybrid electric bus based on stochastic power demand prediction[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2015 (in Chinese)
    [10] LI J, ZHOU Q, HE Y L, et al. Dual-loop online intelligent programming for driver-oriented predict energy management of plug-in hybrid electric vehicles[J]. Applied Energy, 2019, 253: 113617 doi: 10.1016/j.apenergy.2019.113617
    [11] SUN C, HU X S, MOURA S J, et al. Velocity predictors for predictive energy management in hybrid electric vehicles[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2015, 23(3): 1197-1204 doi: 10.1109/TCST.2014.2359176
    [12] 秦大同, 彭志远, 刘永刚, 等. 基于工况识别的混合动力汽车动态能量管理策略[J]. 中国机械工程, 2014, 25(11): 1550-1555 doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2014.11.024

    QIN D T, PEN Z Y, LIU Y G, et al. Dynamic energy management strategy of HEV based on driving pattern recognition[J]. China Mechanical Engineering, 2014, 25(11): 1550-1555 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2014.11.024
    [13] LEI Z Z, QIN D T, LIU Y G, et al. Dynamic energy management for a novel hybrid electric system based on driving pattern recognition[J]. Applied Mathematical Modelling, 2017, 45: 940-954 doi: 10.1016/j.apm.2017.01.036
    [14] WANG J, HUANG Y, XIE H M, et al. Driving pattern recognition and energy management for extended range electric bus[C]//Proceedings of 2014 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. Coimbra: IEEE, 2014: 1-6
    [15] RIZZO F, CARACOGLIA L. Artificial neural network model to predict the flutter velocity of suspension bridges[J]. Computers & Structures, 2020, 233: 106236
    [16] 俞美鑫, 施卫, 蒋龙, 等. 基于GA-BP神经网络的动力锂电池SOC估算[J]. 电子技术应用, 2020, 46(1): 104-107, 112 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZJY202001031.htm

    YU M X, SHI W, JIANG L, et al. SOC estimation of power lithium battery based on GA-BP neural network[J]. Application of Electronic Technique, 2020, 46(1): 104-107, 112 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZJY202001031.htm
    [17] ZOU M, XUE L, GAI H J, et al. Identification of the shear parameters for lunar regolith based on a GA-BP neural network[J]. Journal of Terramechanics, 2020, 89: 21-29 doi: 10.1016/j.jterra.2020.02.003
    [18] DESHWAL D, SANGWAN P, KUMAR D. A language identification system using hybrid features and back-propagation neural network[J]. Applied Acoustics, 2020, 164: 107289 doi: 10.1016/j.apacoust.2020.107289
    [19] 王嵘冰, 徐红艳, 李波, 等. BP神经网络隐含层节点数确定方法研究[J]. 计算机技术与发展, 2018, 28(4): 31-35 doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2018.04.007

    WANG R B, XU H Y, LI B, et al. Research on method of determining hidden layer nodes in BP neural network[J]. Computer Technology and Development, 2018, 28(4): 31-35 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2018.04.007
    [20] 郑立平, 郝忠孝. 遗传算法理论综述[J]. 计算机工程与应用, 2003, 39(21): 50-53, 96 doi: 10.3321/j.issn:1002-8331.2003.21.017

    ZHEN L P, HAO Z X. A review on the theory for the genetic algorithm[J]. Computer Engineering and Applications, 2003, 39(21): 50-53, 96 (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1002-8331.2003.21.017
    [21] 李敏强, 寇纪淞, 林丹. 等. 遗传算法的基本理论与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2003

    LI M Q, KOU J S, LIN D, et al. Basic theory and application of genetic algorithm[M]. Beijing: Science Press, 2003 (in Chinese)
    [22] DING G S, DONG F Z, ZOU H F, et al. Fruit fly optimiza-tion algorithm based on a hybrid adaptive-cooperative learning and its application in multilevel image thresholding[J]. Applied Soft Computing, 2019, 84: 105704 doi: 10.1016/j.asoc.2019.105704
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  • 收稿日期:  2020-09-20
  • 刊出日期:  2022-07-25

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