混合动力客车的建模和能源管理控制设计



混合动力客车的建模和能源管理控制设计

随着人们对运输行业中石油使用量和温室气体排放量关注程度的日益提高，寻找汽车动力源的替代方法变得越来越重要。由于高效能和零排放，质子交换膜（PEM）燃料电池系统对于能源的转换具有潜在的可行性。对混合动力客车进行了建模和能源管理控制设计。通过两步处理法得到了一个性能趋优的车载能源管理策略，即针对不同循环工况，通过基于蓬特里亚金极小原理（PMP）的最优控制来寻找全局最优解，即耗油量最低点；为了发展适于车载系统、以自回归移动均值（ARMA）调节器方式运行的实际控制器，对最优结果进行分析。

建立了基于能源的混合动力客车车辆模拟器模型，模拟器的设计是为了进行能量分析以及控制策略的发展。设计方法为在汽车内部加入一个实时控制器，在多重循环工况下，应用PMP寻找最优解，通过对结果的观察分析得到一个实际控制器。

通过对PMP控制器获得的最优控制结果进行分析，其状态变量的初值导致了最优轨迹依赖于给定循环工况的剧烈程度，而在整个驾驶过程中，其状态变量的变化是可以忽略不计的，所以最优的燃料电池控制同样依赖于循环工况的剧烈程度。

对应用ARMA控制器以及最优情况进行了对比。结果表明，测试循环工况下，ARMA控制器表现良好，达到了次佳的燃油经济性标准，仅低于最优情况3%；燃料消耗的总值对于控制器参数的改变不敏感；同时，控制器允许燃料电池系统有限的瞬变，以延长整个系统的使用寿命。由于所需计算量小、占用内存低，ARMA控制器可以很好地满足车载装置，有望在实车上实现。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第246期

作者：K. Simmons et al

编译：薛雷