混合动力汽车能量管理策略的设计方法

混合动力汽车能量管理策略的设计方法

摘要：混合动力汽车是目前解决汽车节能减排的最有效也是最可靠的设计方案之一，一般情况下混合动力汽车有两个及以上的能量源，通过与不同的部件组合可以形成多种驱动模式，不仅能够适应不断变化的行驶工况，也使能量的分配得到最优化，达到能量管理的目标。本研究以行星齿轮结构的混合动力汽车为例，简述在混合动力汽车能量管理策略中的设计方法，以使混合动力汽车能量管理策略的实际方法得到更广泛的推广和应用。关键词：混合动力汽车；设计方法；能量管理策略目前，对混合动力汽车的设计是各汽车公司的研发焦点，我国也在国家“863”计划启动后加入了研发混合动力汽车的行列之中，随着研究的深入，混合动力汽车的能量管理策略成为技术攻关的难题。混合动力汽车，是指为了减少能源消耗和降低污染，对内燃机、电动机以及蓄电池进行组合以达到节能减排的目的。要达到对能量进行有效的管理，核心技术在于解决功率分配的问题及选择合适的动力系统的工作模式。进一步来说，可以将此问题的解决分为两个层次，一为在不同的行驶工况条件下可以适时地切换到适宜的工作模式，二为能量在不同的工作模式下能够实现最优分配。本研究将对混合动力汽车动力系统进行详细的描述并以行星齿轮结构的混合动力汽车为例进一步阐述能量管理策略的设计方法。1混合动力汽车能量管理策略的设计方法对此能量管理系统的设计综合了多种理论及算法的优点，提出了包含四个步骤的设计方法。本研究对四个步骤作如下表述。（1）对系统进行描述。通过混杂动态系统理论对具有连续变量和离散事件动态系统特征的混合汽车动力系统进行描述，为后续的研究工作提供理论基础。（2）取得工作模式切换和功率分配的规律。通过各个部件的稳态模型，计算出汽车在不同的工况下的功率分配的规律。（3）模糊规则和基于规则的能量管理策略的建立。在前面工作的基础上，对各个工作模式的规律进行总结，作为切换不同的工作模式的规则，功率分配控制系统通过模糊规则确立。（4）进一步优化规则系统和规则，并对规则中的参数进行优化，以达到最优的控制效果。2.混合动力汽车的动力系统2.1混合动力汽车的动力系统结构在混合动力汽车中，它的发动机的曲轴借助单向离合器连接行星齿轮架。发动机转动时，单向离合器也随之发生转动，但不会对发动机的转矩产生影响。单向离合器会在发动机转矩改变发动机的转动方向，即使其反转时，将发动机锁住以保证发动机保持正常的转动。行星齿轮中有太阳轮，它与发动机相连，发动机上的制动器可以在必要的时候将电机抱死以提高汽车动力系统的效率。系统中的行星齿轮类似于一个变速器，对发电机的转速进行控制，间接的对发动机的转速进行调节。与此同时，对发电机和蓄电池之间的功率进行合理的分配，从而提高了燃油率。2.2混杂动态系统理论混合动力汽车的混合动力系统可以有多种不同的工作模式，这些不同的工作模式由系统的子部件进行不同的组合而成。不同的工作模式可以理解为汽车处在不同的工作状态。离散事件会将汽车的动力系统切换到不同的状态，如在发电机制动装置抱死的情况下，汽车的动力系统会从混联式的状态切换到并联式的状态。运用混杂动态系统理论来对具有离散事件和连续变量动态系统特征的混合动力汽车系统进行描述，将原本相互独立的两个动态特征系统集成，可以考察两个系统间的作用，也为混合动力汽车能量管理策略的研究提供了平台。3工作模式切换和功率分配的规律3.1能源间的功率分配规律混合动力汽车的能量管理系统是为了最大化的减少油耗，实现能源利用率最大化。在计算效率时，须估算出蓄电池的荷电状态和放电效率。在此系统中，实现能源间的功率分配的前提是明确待优化的目标，并且制定出目标函数，确定可靠又合适的算法并对结果分析提炼。3.2工作模式切换规律混合动力汽车工作模式的切换是为了优化汽车性能。实现此目的通常采用的方法是采用动态规划，即依照时间进程，将一个过程分段，将一个较难的问题分解为多个子问题，从问题的终止状态向问题的起始状态一步一步的解决问题，最终达到完全解决问题的目的。4模糊规则和基于规则的能量管理策略的建立在3.1提供的优化结果的基础上建立模糊规则系统。在系统中分别输入需求的功率和蓄电池的Cs两个模糊变量。在确定变量函数后，确立模糊规则。在此之后根据3.2设定的工作模式，建立工作模式切换规则。5进一步优化规则系统和规则上述制定的能量管理策略的规则难免存在人为因素，可能会存在缺陷。因此对系统中的参数进行优化是必要的，可以提高汽车的性能。对规则的优化通常采用遗传算法，它可以集中编码需要优化的变量参数，达到同时优化的目的。6结论运用能量管理策略是实现混合动力汽车有效的协调各个部件工作的方法。本研究系统的阐述了混合动力汽车能量管理策略的方法，研究结果可以为混合动力汽车的能量管理提供理论依据。Refere