基于能量最優及降低振動損耗的多目標優化瞬時控制策略

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優化和瞬時控制策略，對發動機和電機的轉速扭矩分配進一步優化。考慮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建立連接用于數據處理與分析。由于相關鄰域發展水平所限，瞬時控制策略無法精確實現，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化實驗，測試結果表明計及瞬時振動和能量最優的多目標瞬時控制策略有一定應用前景和現實價值，為今后相關領域的研究和發展提供參考，也為混合動力控制領域拓寬道路。

【關鍵詞】能量優化；振動控制；多目標；瞬時控制

引言

當今社會，由于能源的過度開采和生產生活，節約能源和保護環境成為當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注，混合動力汽車和電動汽車被看作是一種自然的發展目標[1]。混合動力汽車不僅在能源的節約和污染氣體的排放方面有其獨有的優勢，而且具備傳統電力汽車和內燃機汽車的全部優點，因此混合動力技術可以說是應時代而生，而作為混合動力技術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，應用控制策略進行優化和修正，通過了解整個混合動力系統的能量消耗的詳細分析，以及傳動系統內部各個相關部件的運轉狀態，按最優目標分配發動機和電機的動力配比，可以最大程度的優化汽車的設計，從而達到改善油耗和降低振動損耗的目標。目前為消除混合動力汽車發動機運轉過程中的轉速振蕩，常利用發動機轉速—節氣門開度—扭矩對應關系，采用PID控制器調整發動機轉速波動[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劃法無法精準控制修正，因此無法保證動力系統的最佳匹配，無法使整車系統達到最大效率[3]。本項目以并聯式混合動力車輛（如圖1）為例，采用多目標優化的瞬時控制策略和動態規劃法[4]對發動機和電動機的轉矩轉速進行精準分配和參數修正，以求達到能量消耗最小和振動最優的目標。

三、數據處理與分析

運用在線ECMS優化能量管理來處理和修正數據參數，它的工作原理是將混合動力汽車電力驅動部分消耗的能量等效成燃油消耗量，與發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，作為目標函數，求解其取得最小時輸出功率的最優分配，得到的發動機在每一工況下的轉速配比與原有控制策略的分配比較圖（圖5）。

四、結論

（1）基于能量最優和振動最小化的多目標優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，雖然以目前的發展水平實現起來還有一定的難度，但是是可行的，具有實時最優性。

（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，提高了發動機的使用壽命。

課題：一種計及瞬態振動MAP圖的混合動力車輛轉速轉矩最優分配控制策略，項目編號：17B241。

參考文獻：

[1]黃振邦，吳森.混合動力電動汽車研究開發及前景展望[J].城市車輛，2007，（7）.

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

[3]張金柱.基于豐田普銳斯混合動力汽車的發電系統研究[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