基于能量最优及降低振动损耗的多目标优化瞬时控制策略

刘飞龙 杨伟 曹秀娟

【摘 要】基于能量消耗最少以及降低振动所带来的额外能量损失和机器磨损，同时提高舒适性，对混合动力车辆利用多目标优化和瞬时控制策略，对发动机和电机的转速扭矩分配进一步优化。考虑到实验仿真的便利和高效，采用AMESim软件进行仿真模型的搭建，使用Matlab和Simulink与AMESim建立连接用于数据处理与分析。由于相关邻域发展水平所限，瞬时控制策略无法精确实现，本项目采用离散点取代整體的思路，在某一特定工况下进行优化实验，测试结果表明计及瞬时振动和能量最优的多目标瞬时控制策略有一定应用前景和现实价值，为今后相关领域的研究和发展提供参考，也为混合动力控制领域拓宽道路。

【关键词】能量优化；振动控制；多目标；瞬时控制

引言

当今社会，由于能源的过度开采和生产生活，节约能源和保护环境成为当下社会丞待解决的重要课题，而其中汽车废气排放和能源成本的问题一直备受关注，混合动力汽车和电动汽车被看作是一种自然的发展目标[1]。混合动力汽车不仅在能源的节约和污染气体的排放方面有其独有的优势，而且具备传统电力汽车和内燃机汽车的全部优点，因此混合动力技术可以说是应时代而生，而作为混合动力技术的核心的控制策略就处于十分重要的地位。针对车辆的动力和能量要求，应用控制策略进行优化和修正，通过了解整个混合动力系统的能量消耗的详细分析，以及传动系统内部各个相关部件的运转状态，按最优目标分配发动机和电机的动力配比，可以最大程度的优化汽车的设计，从而达到改善油耗和降低振动损耗的目标。目前为消除混合动力汽车发动机运转过程中的转速振荡，常利用发动机转速—节气门开度—扭矩对应关系，采用PID控制器调整发动机转速波动[2]虽然有一定的改进，但其采用模糊控制策略和序列二次规划法无法精准控制修正，因此无法保证动力系统的最佳匹配，无法使整车系统达到最大效率[3]。本项目以并联式混合动力车辆（如图1）为例，采用多目标优化的瞬时控制策略和动态规划法[4]对发动机和电动机的转矩转速进行精准分配和参数修正，以求达到能量消耗最小和振动最优的目标。

三、数据处理与分析

运用在线ECMS优化能量管理来处理和修正数据参数，它的工作原理是将混合动力汽车电力驱动部分消耗的能量等效成燃油消耗量，与发动机实际的燃油消耗量相加，得到每一时刻混合动力汽车的等效燃油消耗，作为目标函数，求解其取得最小时输出功率的最优分配，得到的发动机在每一工况下的转速配比与原有控制策略的分配比较图（图5）。

四、结论

（1）基于能量最优和振动最小化的多目标优化控制策略确实比原先的控制策略对能量的利用效率更加高效，虽然以目前的发展水平实现起来还有一定的难度，但是是可行的，具有实时最优性。

（2）在控制振动损耗的同时，不仅降低了能量消耗，而且提高了乘车的舒适性，同时由于振动降低，减少的工件之间的摩擦和冲击，提高了发动机的使用寿命。

课题：一种计及瞬态振动MAP图的混合动力车辆转速转矩最优分配控制策略，项目编号：17B241。

参考文献：

[1]黄振邦，吴森.混合动力电动汽车研究开发及前景展望[J].城市车辆，2007，（7）.

[2]纪峻岭，齐晓杰，朱荣福.丰田混合动力汽车动力研究[J].交通科技与经济，2007，（6）.

[3]张金柱.基于丰田普锐斯混合动力汽车的发电系统研究[J].汽车电器，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.

作者简介：

刘飞龙，男，江苏宿迁人，本科，研究方向：混合动力