基于随机模型预测控制的插电式混合动力汽车能量管理策略研究.pdf

中文摘要 摘 要 插电式混合动力汽车 （Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV ）作为传统混合 动力汽车（Hybrid Electric Vehicle ，HEV ）向纯电动汽车（Electric Vehicle ，EV ）的 过渡车型，其纯电动续驶里程长，燃油消耗少，能够满足各种工况，而被广泛应用。 其中能量管理策略的优劣直接影响了整车的燃油经济性、排放等整车性能。 本文以功率分流式插电混合动力汽车为研究对象，以高整车燃油经济性和 能量管理策略的实时性为目标，重点展开了基于显式随机模型预测控制的能量管 理策略的研究。主要研究内容如下： ①分析功率分流式插电混合动力系统的结构特点，并利用杠杆法对各模式下 的主要部件工作情况进行分析。建立动力传动系统以及各关键部件仿真模型，并利 用 PI 控制器模拟驾驶员，搭建功率分流插电式混合动力汽车的前向仿真模型。 ②构建基于模型预测控制的 PHEV 能量管理策略，以升算法实时性为主要 目标展开基于显式模型预测控制的能量管理策略的研究。通过多参数求解方法，离 线求解模型预测控制优化模型的显式解，大幅度减少在线计算的时间。在 NEDC 、 UDDS 和 WLTP 三种工况下的仿真结果表明，基于显式模型预测控制的策略不仅 可以获得较好的燃油经济性，还能大幅度的高在线计算速度；进一步的分析发 现，可以通过高车速预测的精度和优化发动机工作点高整车燃油经济性。 ③对常用车速预测方法进行对比分析，结合各算法的优势，出基于模糊马尔 科夫模型的车速预测方法，在车速的短期预测上取得了较好的结果。以基于显式模 型预测控制的能量管理策略为基础，构建考虑发动机暂态特性的基于随机模型预 测控制的能量管理策略，并通过参数化求解的方法求解得到了基于显式随机模型 预测控制的策略，通过稳定性分析保证了控制策略在整个求解域上的可行性。通过 分析 NEDC 、UDDS 和 WLTP 三种工况下的仿真结果，基于显式随机模型预测控 制的策略可以改善发动机工作点，从而进一步高整车燃油经济性。 ④根据电池 SOC 划分插电式混合动力车辆的运行模式，充分考虑整车动力性 和经济性，建立基于规则的能量管理策略。为了充分验证控制策略的控制效果，展 开基于全局优化的能量管理策略研究，构建基于动态规划的能量管理优化策略，并 求得多种工况下的全局最优解。通过对比分析多种控制策略在 NEDC 、UDDS 和 WLTP 三种工况下的仿真结果，基于显式随机模型预测控制的策略在燃油经济性 和仿真时间上均具有优势，验证文本出的控制策略的正确性和实时性。 关键词： 插电式混合动力汽车，能量管理策略，模型预测控制，显式模型预测控制 I 英文摘要 Abstract The plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) is a transitional vehicle from the hybrid electric vehicle (HEV) to the electric vehicle (EV). It is widely used because it has low fuel consumption and can meet various working conditions. The energy management strategy directly affects the vehicles fuel economy, emissions and other vehicle performance. In order to improve fuel economy and real-time performance of energy management stra