基于混合最优控制理论的插电式混合动力汽车能量管理

基于混合最优控制理论的插电式混合动力汽车能量管理

插电式混合动力汽车（PHEV）能够减少CO2和其它温室气体的排放。与纯电动汽车相比，行驶距离不受电池容量的直接限制，因而得到广泛推广。PHEV采用两条能量供应途径：一条是由电动机、发电机和高压电池组成的电能供应途径；另一条是由内燃机组成的热能供应途径。协调两条能量供应途径对提高PHEV整体效率十分重要，而这种协调通过汽车的能量管理系统实现。基于混合最优控制理论将PHEV两条能量供应途径的协调描述为对最优控制问题的求解，从而制定最优的控制策略，并通过实车试验对制定的控制策略进行验证。

最优控制问题的制定和求解需要详细的汽车驾驶信息。利用智能交通系统确定汽车行驶路径的速度限制、坡度和障碍物等信息；根据获得的路径信息并结合驾驶员设定的终点，给出汽车速度随时间变化的曲线，同时基于混合最优控制理论对能量供应途径的协调进行描述，设定优化目标为热能供应途径的燃油消耗最低；利用内置的汽车模型计算随汽车速度变化变速器所需的输入转矩、角速度以及电池荷电状态的变化曲线，制定汽车能量管理的控制策略。

在实现上述能量管理控制策略时，采用比例积分（PI）控制器根据汽车的当前状态控制汽车车速和能量供应途径。对控制策略进行实车验证时，采用电池容量为7.5kWh的PHEV，利用dSPACE MicroAutobox控制系统开发软件开发原型控制系统。试验路线为德国吉夫霍恩地区的一条长度为75km的路段，该路段包含了城市道路、农村道路和高速公路3种路面情况。试验结果表明，整个路段被控制策略离散为10000段，每段都给出了相应的行驶速度、加速度和能量供应途径，并将这些信息存储在速查表中供电控单元使用。通过PI控制器按制定的控制策略实现了最低燃油消耗，也使CO2排放最少。

Markus Schori et al.2015 AmericanControlConference，Chicago July 01-03，2015.

编译：王祥