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原文传递基于工况预测的插电式混合动力物流车多目标控制策略研究

论文题名：	基于工况预测的插电式混合动力物流车多目标控制策略研究
关键词：	插电式混合动力物流车;燃油经济性;排放性;变时域工况;预测模型;燃油消耗最小策略
摘要：	随着物流行业的迅猛发展，物流车在助力城市经济发展的同时也带来了能源消耗、环境污染的危害。插电式混合动力物流车（Plug-inHybridLogisticsVehicle，PHLV）由于其节能减排水平较高、电池容量较大且可外接充电，适用于运输距离较长的城际间物流运输，受到了广泛关注。能量管理策略（EnergyManagementStrategy，EMS）作为PHLV的核心技术，对整车的性能表现起决定性作用，现有研究主要集中在仅考虑燃油经济性的EMS上。随着排放法规的日益加严，仅考虑燃油经济性的EMS已越来越难以满足要求。此外，现有研究表明，未来行驶工况也会对车辆的性能表现产生影响。　　因此，考虑未来行驶工况的影响，对PHLV进行考虑燃油经济性、排放性的多目标控制策略研究，具有重要的现实意义。本文围绕“基于工况预测的插电式混合动力物流车多目标控制策略研究”这一科学问题展开研究，主要完成了以下工作：　　（1）PHLV动力系统建模与基于规则的EMS研究。分析了本文研究对象PHLV的构型特点，划分了工作模式；以正向仿真的建模思路在Matlab/Simulink平台上建立了PHLV的整车模型，包括汽车纵向动力学模型、驾驶员模型、动力系统部件模型；设计了基于规则的CD-CS-ICE（ChargeDepleting-ChargeSustaining-InternalCombustionEngine，电量消耗-电量维持-发动机直驱）能量管理策略并同样在Matlab/Simulink平台上进行了实现；在10个CHTC-LT工况下进行仿真，得到了PHLV在CD-CS-ICE能量管理策略下的燃油经济性、排放性表现，验证了本文建立的PHLV整车模型、CD-CS-ICE能量管理策略均合理有效，为后文能量管理策略的优化设计奠定了基础。　　（2）PHLV未来短期工况预测方法研究。通过分析目前常用工况预测方法的特点和适用场景，选取了基于BP、RBF神经网络的工况预测模型用于本文的短期工况预测研究；根据本文研究对象PHLV的特点，选取了相应的训练样本数据与验证样本数据，并给出了工况预测模型的评价指标；在确定了BP、RBF神经网络工况预测模型的拓扑结构与一系列相关参数后，对不同预测时域长度的共计27个工况预测模型进行了训练与对比，并最终选取了预测性能优异、但预测时域长度不同的BP-5-5-15、BP-5-10-20两个模型用于后续的车速预测；为综合利用BP-5-5-15、BP-5-10-20两个预测模型，通过制定预测模型切换规则，建立了变时域工况预测模型并进行了验证，在验证样本工况和CHTC-LT工况下，变时域工况预测模型较固定时域的BP-5-10-20预测模型的均方根误差RMSE分别减小了13.61%、7.68%。变时域工况预测模型的建立同样为后文融合短期工况预测的PHLV多目标控制策略开发奠定了基础。　　（3）基于工况预测的PHLV多目标控制策略研究。为提升PHLV的节能减排水平，在CD-CS-ICE能量管理策略的基础上，在电池SOC首次降到0.3之后的CS和ICE阶段，以等效油耗作为燃油经济性指标、以CO、HC、NOx的排放量作为排放性指标建立成本函数，构建了多目标优化问题；设计了基于变时域工况预测模型与电池SOC反馈相结合的等效因子自适应调整方法；最后根据自适应等效燃油消耗最小策略（AdaptiveEquivalentConsumptionMinimizationStrategy，A-ECMS）的原理对PHLV的多目标优化控制问题进行了求解和仿真验证，相比于基础的CD-CS-ICE策略，所设计的变时域多目标控制策略（A-ECMSwithVariablehorizons，VAECMS策略）的百公里油耗减少了3.15%、每公里CO排放减少了5.35%、HC排放减少了6.99%、NOx排放减少了11.48%，固定时域多目标控制策略（A-ECMSwithFixedhorizons，FAECMS策略）的百公里油耗减少了2.14%、每公里CO排放减少了0.31%、HC排放减少了3.16%、NOx排放减少了1.22%，VAECMS策略的改善效果优于FAECMS策略。
作者：	向远贵
专业：	车辆工程
导师：	宋大凤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023