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基于模型预测控制的四驱混合动力汽车能量管理策略研究

荆红娟  
【摘要】:控制策略是混合动力汽车领域的关键技术之一,因其对整车燃油经济性、动力性及排放性能所产生的重要影响而成为近年来的研究热点,尤其是以燃油经济性为目标的控制策略是混合动力汽车控制策略的发展方向。本文以燃油经济性为着眼点,以四驱混合动力汽车为研究对象,重点研究了模型预测控制在混合动力汽车上的应用。本文在建立了关键部件模型和整车纵向动力学模型的基础上搭建了四驱混合动力汽车的前向仿真模型框架;制定了逻辑门限值控制策略以验证仿真模型的有效性;针对四驱混合动力系统的独特结构构建了基于动态规划算法的全局优化策略,在保证发动机高效工作的基础上求解全局最优值。这两种控制策略的结果为后续模型预测控制策略的制定提供了理论依据和性能基准。基于模型预测控制基本原理,将动态规划算法与滚动优化相结合,设计了面向燃油经济性的模型预测控制策略,重点研究了优化求解过程中的关键问题;参照仿真结果对策略进行了改进,通过在目标函数中引入惩罚函数限制电池荷电状态下降速度;研究了模型预测控制策略在不同预测时域下的油耗表现,以验证滚动优化方法的有效性。在此基础上分析了三种不同预测模型的车速及加速度预测效果,通过对比预测结果的均方根误差选定了多步马尔科夫预测模型,制定了随机模型预测控制策略;在分析随机模型预测控制策略控制性能的基础上优化了控制量的寻优范围以提高发动机的工作效率。最后对比随机模型预测控制策略与基于恒值的模型预测控制策略和基于先验知识的模型预测控制策略的仿真结果,证明了基于马尔科夫模型进行车速预测是可行的;对比随机模型预测控制策略、基于规则的策略和全局优化方法的仿真结果,表明随机模型预测控制策略具有良好的燃油经济性。


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