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原文传递考虑工况和驾驶风格的混合动力系统标定参数优化研究

论文题名：	考虑工况和驾驶风格的混合动力系统标定参数优化研究
关键词：	混合动力系统;行驶工况;参数优化;功率分流;驾驶风格
摘要：	混合动力技术是实现车辆节能减排的有效途径，已得到广泛应用。能量管理策略作为混合动力车辆的底层控制策略，面向运行环境适应性的标定参数优化，是提升车辆燃油经济性的关键技术之一。现有针对实车能量管理策略的参数标定方法以试验调整为主，存在调整周期长、环境和驾驶人员适应性差、节能效果有限等缺点。近年来，随着数字孪生技术的快速发展，通过构建动力系统和运行环境的数字孪生模型，在虚拟环境下开展标定工作，可有效解决传统标定方法存在的问题。然而，随着混动车辆能量管理策略的日趋复杂，需要标定的参数繁多且相互关联，使标定工作的复杂度呈指数级增长；同时，确定的标定参数难以适应多变的行驶工况和不同的驾驶风格，不利于深度挖掘动力系统节能潜力。为解决上述问题，本文以功率分流式混合动力系统为例，针对其实车能量管理策略节能优化问题，提出了考虑工况和驾驶风格的标定参数优化方法，开展多维标定参数优化及其对差异化的行驶工况和驾驶风格适应性研究。全文工作概括如下：　　（1）建立了面向行驶工况和驾驶风格的人-车-路正向仿真模型。首先，采用理论和数值建模方法，建立动力系统关键部件模型；然后采集某一地区轻型商用车行驶数据，融合核密度估计、Metropolis-Hasting采样方法和遗传算法建立面向油耗特征的行驶工况优化模型，得到高精度的综合工况和局部代表性工况；其次，以真实驾驶员台架测试数据为输入，采用弹性网回归方法和自适应网络模糊推理系统，建立融合驾驶风格的纵向驾驶员模型；最后，将关键部件模型、行驶工况和驾驶员模型耦合为人-车-路正向仿真模型，并通过试验验证了模型精度。　　（2）针对实车能量管理策略标定参数繁多、优化方向不明确的问题，考虑不同工况和驾驶风格开展了系统油耗影响因素分析。根据功率分流式混合动力系统的能量流特点，融合机理和数值方法建立了整车综合油耗模型，揭示了不同工况和驾驶风格下动力系统综合油耗变化规律；通过量化分析各油耗影响因素的主效应和交互效应，为实车能量管理策略标定参数选取和优化提供了参考依据。　　（3）针对实车能量管理策略标定参数繁多且相互关联的问题，设计了一种协同演化粒子群优化（CooperativeCoevolutionParticleSwarmOptimization,CCPSO）算法，实现了标定参数的深度优化。首先，根据系统油耗影响因素的主效应分析结果对实车能量管理策略进行简化，确定与综合油耗显著相关的标定参数，并结合动力系统部件特点确定标定参数可行域；在此基础上，根据系统油耗影响因素交互效应分析结果将标定参数综合优化问题分解为多个子问题，针对各子问题建立基于混沌粒子群算法的并行优化模型；然后，将计算资源动态分配方法引入优化模型，使子种群根据粒子适应值和种群变化趋势自动调整规模和增减粒子，实现了计算资源的实时优化分配和各子种群的协同演化。采用CCPSO算法得到不同工况和驾驶风格对应最优标定参数组合，同时定量的结果表明，提出的CCPSO算法在典型工况和激进型驾驶风格组合下实现了20.90%的节油效果。　　（4）提出了面向差异化行驶工况和驾驶风格的最优标定参数自适应（OptimalCalibrationParameterAdaptive,OCPA）能量管理策略。首先，针对行驶工况的时序特征和驾驶风格的慢变特征，基于相关数据分别采用双向长短时记忆网络和支持向量机建立工况和驾驶风格离线辨识模型；继而，选择合适的辨识时间窗口，建立在线辨识模型；进一步，基于最优标定参数组合建立标定参数库，融合辨识模型，实现能量管理策略标定参数的在线自适应，并通过仿真验证了策略的有效性；最后，基于dSPACE/Simulator建立硬件在环测试平台，充分验证了OCPA策略的实时控制效果。结果表明，提出的OCPA策略在保证实时性的同时，不同的场景下综合油耗相比原策略降低4.93%~15.14%，实现了更好的经济性。
作者：	刘通
专业：	车辆工程
导师：	曾小华
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023