基于混合最優(yōu)控制理論的插電式混合動力汽車能量管理

插電式混合動力汽車（PHEV）能夠減少CO2和其它溫室氣體的排放。與純電動汽車相比，行駛距離不受電池容量的直接限制，因而得到廣泛推廣。PHEV采用兩條能量供應(yīng)途徑：一條是由電動機、發(fā)電機和高壓電池組成的電能供應(yīng)途徑；另一條是由內(nèi)燃機組成的熱能供應(yīng)途徑。協(xié)調(diào)兩條能量供應(yīng)途徑對提高PHEV整體效率十分重要，而這種協(xié)調(diào)通過汽車的能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)?；诨旌献顑?yōu)控制理論將PHEV兩條能量供應(yīng)途徑的協(xié)調(diào)描述為對最優(yōu)控制問題的求解，從而制定最優(yōu)的控制策略，并通過實車試驗對制定的控制策略進行驗證。

最優(yōu)控制問題的制定和求解需要詳細的汽車駕駛信息。利用智能交通系統(tǒng)確定汽車行駛路徑的速度限制、坡度和障礙物等信息；根據(jù)獲得的路徑信息并結(jié)合駕駛員設(shè)定的終點，給出汽車速度隨時間變化的曲線，同時基于混合最優(yōu)控制理論對能量供應(yīng)途徑的協(xié)調(diào)進行描述，設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)為熱能供應(yīng)途徑的燃油消耗最低；利用內(nèi)置的汽車模型計算隨汽車速度變化變速器所需的輸入轉(zhuǎn)矩、角速度以及電池荷電狀態(tài)的變化曲線，制定汽車能量管理的控制策略。

在實現(xiàn)上述能量管理控制策略時，采用比例積分（PI）控制器根據(jù)汽車的當(dāng)前狀態(tài)控制汽車車速和能量供應(yīng)途徑。對控制策略進行實車驗證時，采用電池容量為7.5kWh的PHEV，利用dSPACE MicroAutobox控制系統(tǒng)開發(fā)軟件開發(fā)原型控制系統(tǒng)。試驗路線為德國吉夫霍恩地區(qū)的一條長度為75km的路段，該路段包含了城市道路、農(nóng)村道路和高速公路3種路面情況。試驗結(jié)果表明，整個路段被控制策略離散為10000段，每段都給出了相應(yīng)的行駛速度、加速度和能量供應(yīng)途徑，并將這些信息存儲在速查表中供電控單元使用。通過PI控制器按制定的控制策略實現(xiàn)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.

編譯：王祥