混合动力矿用卡车节能协同优化及最优实时控制综合研究

混合动力汽车的燃油经济性很大程度上取决于系统的传动系参数和能量管理策略。然而,针对传动系参数和能量管理策略对燃油经济性优化存在交互影响的问题,以及能量管理策略实时性和全局最优性难以兼顾的问题,尚缺乏一套行之有效的实现方法。为此,以混合动力矿用卡车为研究对象,建立整车数学模型,以减少燃油消耗为目标,建立了综合考虑传动系参数与能量管理策略交互作用的协同优化模型;联合粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法和动态规划(Dynamic Programming,DP)算法构建双层交互式优化算法进行求解,以消除传动系参数和能量管理策略之间的交互效应,实现在对传动系参数最优化的同时完成最优能量分配。在此基础上,针对DP算法难以实现在线控制的问题,对最优传动系参数对应的DP能量管理最优解进行整合,设计了一种有效提取DP最优控制规则的方法,建立了基于最优控制规则的能量管理策略,以此来实现混合动力矿用卡车的在线控制。依据建立的传动系参数和能量管理策略协同优化及最优能量管理实时控制策略的一体化实现方法,将获得的最优传动系参数和对应的最优能量管理实时控制策略一同在Stateflow-AMESim联合仿真平台上进行仿真验证。结果表明,该方法所得到的燃油消耗结果优于单独的DP优化结果,并且与PSO-DP优化得到的结果接近程度较高,表明了该优化方法是有效、可行的。

大型电动轮矿用卡车电传动系统控制方案

大型电动轮矿用卡车功率需求波动大,对加速时的后备功率和制动时的能量回收能力都有很高的要求,传统混合动力车辆采用的发电机组与单一动力电池并联供电的方式难以满足车辆对峰值功率和能量的双重需求。针对该问题,设计了大型电动轮矿用卡车电传动系统控制方案,并提出基于功率跟随与母线电压调节相结合的能量协同控制策略。在能量控制过程中,以发电机组和电池组作为主能量源跟随目标需求功率,以超级电容为辅助能量源,采用超级电容与发电机组交替工作的方式调节直流母线电压,使车辆能够根据行驶工况自动选择合适的母线电压调节方式。考虑电池最大充电能力及寿命的限制,提出了由超级电容负责电路能量回收并根据超级电容剩余电量情况缓慢向电池转移能量的方法。对特定车辆极端行驶工况的仿真结果表明,该控制方案保证了车辆具有充足的行驶动力,提高了电传动系统的效率;减少了锂电池的反复充放电次数,有利于延长锂电池的使用寿命;保证了大功率波动时直流母线电压的稳定,提高了电传动系统的可靠性。