混联式混合动力公交车控制策略的优化问题1问题的背景混合动力

1、混联式混合动力公交车控制策略的优化问题1问题的背景混合动力汽车（Hybrid-Electric Vehicle, 缩写HEV是将电动机与辅助 动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动 机或动力发电机组。混合动力汽车结合了传统的燃料发动机和电动机驱动系统的 特点，即可以有效地减少汽车尾气的排放和降低油耗，又能大大地增加行程量。目前最常用的HEV采用混联式混合动力驱动（例如丰田的普锐斯），其原理 图如图1。图1混联型混合动力汽车原理图卜面以丰田普锐斯为例说明混联型混合动力汽车的四种工作模式:1.1 起步和倒车模式一般来说，当时速在0到20km/h以内一般只使用电动机，

2、只要电池有充足 的电能。这时，内燃机不启动，这样就避免了内燃机在低转速时的低功效。所以 起步与倒车用电力驱动。1.2 急加速和上坡模式在急加速和上波时内燃机启动，同时发电机和电动机同向旋转，（三轮同时 同向旋转）这样就能获得极大的扭矩。因为内燃机功率一般比较弱，而且始终是以优化功效（耗油最少、功率最大）的工作模式运行。然而加上电动机的辅助, 最大输出功率将足以满足加速和上波的使用需要。1.3 高速行驶模式GurGa solin*Enginek 'Generatori / motor)ElstroN。* B®ttwyMotor / gert retort图4:高速匀速行驶在高速

3、行驶时，只用内燃机提供动力，发电机不工作，但在电池电量不足时， 发电机启动进入发电模式给蓄电池充电， 待电量达到额定标准时停止。而在高速 下坡时，内燃机可以被关闭。1.4 刹车模式Planetary GMfGasolin* Engine图5:刹车时动能转换为电能。汽车在刹车时，内燃机的燃油喷射会自动停止。电动机转化为发电机模式，此时来自车轮的动力带动该发电机发电， 并将电能储备在电池中， 即将动能转化为电能。（ 混合动力汽车的最优控制策略控制策略是混合动力汽车的核心所在, 它根据驾驶员意图和行驶的工况, 协调各部件间的能量流动进行合理的动力分配, 优化车载能源, 提高整车的经济性适当降低尾气排

4、放, 并且在不牺牲整车性能的情况下 , 实现两者之间的协调优化。常见的最优控制策略包括如下几种模式。2.1 发动机恒定工作点模式这种策略采用发动机作为主要动力源 , 电机和电池通过提供附加转矩的形式进行功率调峰, 使系统获得足够的瞬时功率。由于采用了行星齿轮机构使发动机转速可以不随车速变化 , 这样使发动机工作在最优的工作点 , 提供恒定的转矩输出,而剩余的转矩则由电机提供。 这样电动机来负责动态部分,避免了发动机动态调节带来的损失。而且与发动机相比 , 电动机的控制也更为灵敏, 也更容易实现。丰田普锐斯的控制策略即为发动机恒定工作点模式， 该控制策略为各种模式设定临界启动条件， 包括蓄电池临

5、界电量、 车辆行驶临界速度和发动机临界输出功率等。 系统采集蓄电池实际电量、 车速和发动机实际功率， 根据设定的临界工作点值， 判断该状态处于哪种工作模式为最佳， 并发出切换指令， 从而实现工作模式的自动切换。2.2 发动机最优工作曲线模式这种策略从静态条件下的发动机万有特性出发，经过动态校正后 , 跟踪由驱动条件决定的发动机最优工作曲线, 从而实现对发动机及整车的控制。在这种策略下 , 让发动机工作在万有特性图中最佳的油耗线上。发动机在高于某个转矩或功率限值后才会打开； 发动机关闭后 , 离合器可以脱开（ 避免损失 ） 或接合 （ 工况变化复杂时 , 发动机起动更为容易 ） ， 只有当发电机

6、电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需求超出电动机或电池的允许限制时, 才调整发动机的工作点。发动机最优工作曲线模式实际是恒定工作点的推广， 其本质仍然是优化各个控制门限值。2.3 瞬时优化模式在发动机最优工作曲线模式思想的基础上 , 对混合动力车的在特定工况下，整个动力系统的优化目标（ 如效率损失、名义油耗） 进行优化 , 便可得到瞬时最优工作点 , 然后基于系统的瞬时最优工作点 , 对各个状态变量进行动态再分配。通常的瞬时优化策略采用名义油耗和功率损失作为控制目标。2.4 全局优化模式由优化理论可知 , 瞬时最小值之和并不等于全局总和的最小值, 因此瞬时优化模式并不能实现全局最优

7、的控制策略。 全局优化模式实现了， 才是真正意义上的全局最优化。（ 混联式 混合动力公交车控制策略全局优化问题针对具有固定线路的混合动力公交车，现在需要设计具备全局优化模式的控制策略，并需要考虑以下的要求：（ 1）考虑到发电机充放电次数对蓄电池的寿命有影响，因而应尽量减少蓄电池的充放电次数；（ 2）尽量避免蓄电池充电量过高和过低缺电；（ 3）因为每次启动内燃机都需要使用电力驱动，为了减少不必要的电能消耗，要尽量减少内燃机的启动次数；（ 4） 蓄电池的工作效率也不是100%的，每次充放电都会有一定能量的损失，要适当考虑这部分损失；（ 5）因为公交车线路相对固定，但具体路况又存在一定的随机性因素（如交通流量过大、 拥堵等） 的影响， 但是可以通过预测技术对未来的路况进行一定概率的预测。 根据预测结果可