插电式混合动力汽车能量控制理论综述

插电式混合动力汽车能量控制理论综述

摘要：为提高插电式混合动力车辆的能量控制性能，能量管理策略一直受到很高的重视，本文介绍了国内外相关最优控制理论和优化算法，着重阐述SOC 自适应的A-ECMS的优势，旨在为我国混合动力能量管理策略的未来发展方向提出方案。

关键词：PHEVSOCA-ECMS

引言

作为一种新型的多能量源交通工具，混合动力汽车的性能与其采用的能量管理策略密切相关。在满足汽车动力性能的前提下，能量管理策略实现在发动机、电机之间合理的转矩分配，以获得整车最大的燃油经济性能、最低的排放以及平稳的驾驶性能。

1.插电式混合动力汽车概念

插电式混合动力汽车是指在特定工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车，并可以附加充电的设备。

2.控制理论和最优化原理

2.1逻辑门限值控制：控制过程由逻辑门限值确定，结构原理上较易实现，并且对系统给的非线性控制很有效。

2.2动态自适应控制：动态自适应控制是针对对象特性的变化、漂移和环境干扰对系统的影响提出，通过在线辨识使这种影响逐渐降低以致消除。

2.3逻辑模糊控制：模糊控制可以利用语言信息却不需要精确的数学模型，从而可以实现对不确定性系统较好的控制。

2.4神经网络控制：神经网络控制器是将神经网络作为控制器，实现对不确定系统或未知系统进行控制，使控制系统达到所要求的动态、静态特性。

3.四种能量管理策略分析与介绍

3.1优化发动机工作的控制策略：低速和低负荷区域会导致工作效率的下降，优化发动机工作区间成为了能量管理的重要课题。

3.2优化系统效率的控制策略：基于模糊规则控制优化方法，该控制策略，考虑发动机、电池组充放电效率、电机效率等多个参数，以系统效率整体最佳为控制目标。

3.3等效燃油消耗最小控制策略：通过将电动机的瞬时有效等效转化为发动机油耗，得到等效燃油消耗图。以瞬时油耗最小为控制目标，动态分配发动机和电动机转矩。

3.4全局优化控制策略：瞬时油耗的最小值之和不是全过程最小，全局优化模式才是真正意义上的最优化。通过大量的计算实现整个循环工况（或短时期）内的全局优化转矩分配原则。

4.各种能量管理策略算法的分析

4.1动态对话：将全过程分为若干个互相联系的k个阶段，求出每个阶段的最小值，以得到最小的目标函数值。

4.2随机动态规划：将驾驶员需求功率模拟为一个离散的随机动态过程，并建立相应的马尔可夫模型，在此基础上采用策略迭代的算法对能量管理策略进行了优化。

4.3最小值原理：PMP（庞特里亚金）控制策略给出了一系列必要的瞬时优化条件，全局最优解必须满足所有的条件。

4.4等效燃油最小：考虑电池在充放电过程中油耗，借助等效因子将电动机的能量消耗等效为发动机的油耗，实时控制。

5.先进A-ECMS算法分类介绍

5.1行驶工况预测的自适应：根据行驶条件预测，周期性更新控制参数;确定最优等效因子，同时SOC保持恒定。

5.2驾驶模式识别的A-ECMS算法：周期性识别代表性驾驶模式对应一个预设定好的等效因子（离线计算的预计算值）。

5.3SOC反馈的自适应算法：基于SOC反馈自适应算法，提出了一个简单比例控制器、提出了基于PI控制器的自适应规则、提出了离散化自适应规则。

5.4自适应等效燃油消耗最小的原理图

5-1A-ECMS基本原理图

Fig.5-1ThebasicprinciplediagramofA-ECMS

根据行驶工况的预测，驾驶模式识别，以及SOC的反馈，自适应调整等效

因子值，达到实时最优控制。

6.结论

能量管理策略，应该满足实时控制的基础上，应用优化算法，减少计算机的负荷，从而更加适合于实车。控制策略所针对的对象和环境有不确定性，研究对象越来越复杂，以及无人驾驶技术，使控制理论对智能化提出更高的要求，未来智能化的研究仍然是一个难点。自适应结合神经网络控制，加入学习能力，调整等效因子值，是未来的发展趋势。能量管理策略，可以结合整车的控制，考虑燃油经济性的同时，兼顾排放性和驾驶舒适性和安全性能等多个指标。

参考文献：

[1]王积伟.现代控制理论与工程[M]，北京：高等教育出版社，2003.

[2]张洪钺，王青.最优控制理论与应用[M]，北京：高等教育出版社，2005.

[3]杨亚联，蒲斌，胡晓松，叶盼.Isg型速度耦合混合动力系统全局最优控制方法[J].重庆大学学报，2013，36（09）：71-77.

[4]JinmingLiu，HueiPeng.ControlOptimizationforaPower-SplitHybridVehicle[J].Proceedingsofthe200 6AmericanControlConference，2006，466-471.

[5]lorenzoSerrao，SimonaOnuri，GiorgioRizzoni.EcmsasaRealizationofPontryagin’sMinimumPrincipleforHevControl[ J].2009，3964-3969.