侯建軍 ,王奉雙,楊建軍,王寶森,武玉琪

(1.內(nèi)燃機(jī)可靠性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濰坊 261000;2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津 300300)

在碳中和背景下,混合動(dòng)力技術(shù)已成為節(jié)能汽車的成熟技術(shù)路線,混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)、專用耦合箱、電機(jī)和電池構(gòu)成了混合動(dòng)力汽車的主要零部件,根據(jù)不同的電機(jī)位置形成了不同混動(dòng)汽車構(gòu)型及其能量管理策略。目前,串并聯(lián)構(gòu)型的混合動(dòng)力汽車架構(gòu)簡(jiǎn)潔、節(jié)能效果顯著,得到了普遍應(yīng)用[1-2]。然而,混合動(dòng)力汽車的復(fù)雜構(gòu)型和眾多工作模式,導(dǎo)致其內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程多變、能量流傳遞和分配過(guò)程復(fù)雜[3]。同時(shí),混合動(dòng)力汽車的能量轉(zhuǎn)化效率和傳遞效率受循環(huán)工況的影響更為明顯,這主要是不同循環(huán)工況下的工作模式、控制策略和約束等邊界條件的影響,導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車在不同循環(huán)工況下的性能分析變得更加復(fù)雜[4]。針對(duì)混合動(dòng)力汽車的能量流和能量管理策略的對(duì)標(biāo)成為當(dāng)前性能開(kāi)發(fā)工作的主要手段。

針對(duì)混動(dòng)汽車復(fù)雜的能量流分布問(wèn)題,采用基于規(guī)則的能量管理策略[5-7]可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力汽車簡(jiǎn)單且有效的控制,但無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。因此,伴隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展,基于優(yōu)化算法的能量管理策略作為重要補(bǔ)充不斷得到發(fā)展?；趦?yōu)化算法的能量管理策略包括基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃(dynamic programming,DP)[8]或龐特里亞金最小值原理[9]的全局優(yōu)化能量管理策略,基于等效燃油消耗最小[10-11]或模型預(yù)測(cè)[12]的瞬時(shí)優(yōu)化或混合型能量管理策略[13-14]。采用全局優(yōu)化算法的能量管理策略通常需要運(yùn)行場(chǎng)景已知或可預(yù)測(cè)[15-18]。為此可將標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)各組成部分進(jìn)行重組以構(gòu)建不同的運(yùn)行場(chǎng)景[16],或基于實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)構(gòu)建代表性循環(huán)工況,從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)規(guī)則能量管理策略的參數(shù)優(yōu)化[18]。

針對(duì)混合動(dòng)力汽車構(gòu)型多,能量管理策略復(fù)雜,能耗分析及優(yōu)化困難,難以系統(tǒng)、全面地深入分析和有效優(yōu)化能耗的問(wèn)題,本研究提出了基于整車能量流分區(qū)解耦的測(cè)評(píng)與優(yōu)化方法,針對(duì)P1P3構(gòu)型的混合動(dòng)力汽車開(kāi)展了不同循環(huán)工況的能耗測(cè)試,獲得了各工況下的整車能量流分區(qū)分布特征,重點(diǎn)針對(duì)WLTC循環(huán)工況進(jìn)行了能量管理策略的分析。同時(shí),提出了一種針對(duì)道路實(shí)測(cè)和典型循環(huán)工況分別計(jì)算速度特征和駕駛激烈程度特征的方法,根據(jù)該工況特征獲得各典型循環(huán)與道路實(shí)測(cè)工況的歐氏距離,挑選其中歐式距離最短的典型循環(huán)工況代表該實(shí)測(cè)道路工況,針對(duì)該典型循環(huán)工況進(jìn)行全局優(yōu)化,降低了典型循環(huán)工況下的能耗,實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際道路運(yùn)行能耗的改善。

1 整車能量流評(píng)價(jià)及優(yōu)化方法

1.1 整車能量流典型測(cè)評(píng)工況

目前已經(jīng)發(fā)布實(shí)施的GB/T 19753—2021標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)試混合動(dòng)力汽車的能耗和續(xù)駛里程[19],試驗(yàn)循環(huán)從新歐洲駕駛循環(huán)(new european driving cycle,NEDC)切換為全球統(tǒng)一輕型車測(cè)試循環(huán)(worldwide light-duty test cycle,WLTC)和中國(guó)輕型汽車行駛工況[20](China light vehicle test cycle,CLTC),其中,CLTC循環(huán)主要用于循環(huán)外技術(shù)評(píng)價(jià)和純電動(dòng)汽車的能耗測(cè)試。3種典型法規(guī)循環(huán)工況曲線見(jiàn)圖1,特征參數(shù)見(jiàn)表1。

不同法規(guī)循環(huán)工況的特征參數(shù)差異顯著,其中,WLTC循環(huán)車速變化最激烈,更加接近實(shí)際駕駛工況。本研究車輛為非插電式混合動(dòng)力汽車,按照GB/T 19753—2021法規(guī)要求,采用單獨(dú)進(jìn)行電量保持模式的試驗(yàn)方法開(kāi)展能耗測(cè)試,而且儲(chǔ)能系統(tǒng)在循環(huán)始末必須處于平衡狀態(tài),總體上不能放電運(yùn)行,否則需要連續(xù)試驗(yàn),直至出現(xiàn)有效試驗(yàn)結(jié)果。

1.2 整車能量流分區(qū)解耦方法

整車能量流分區(qū)解耦方法針對(duì)整車能耗進(jìn)行解耦測(cè)試、分析與評(píng)價(jià)[21]。如圖2所示,整車能量流分區(qū)解耦方法將車輛的能源消耗分為5個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域的能量流經(jīng)過(guò)的零部件不同,能量流特征也不同。A區(qū)能量流特征表征燃油轉(zhuǎn)化效率及損失的發(fā)動(dòng)機(jī)功率?；旌蟿?dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)從面工況變?yōu)榫€工況或點(diǎn)工況,其設(shè)計(jì)主要考慮避免出現(xiàn)低效率運(yùn)行工況,降低能量轉(zhuǎn)化損失,實(shí)現(xiàn)40%以上的熱效率[1-2]。B區(qū)能量流特征是驅(qū)動(dòng)電機(jī)從電池獲取能量,或者通過(guò)串聯(lián)/并聯(lián)發(fā)電向電池補(bǔ)充能量,實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)化,通常采用電機(jī)效率參數(shù)表征能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中傳遞的有效能量及損失。C區(qū)能量流評(píng)價(jià)參數(shù)包括空調(diào)能耗及低壓電器附件功耗[21-22]。D區(qū)能量流特征是傳動(dòng)效率和傳動(dòng)損失。E區(qū)能量流特征是整車外部阻力功率需求,對(duì)于同一車型,該參數(shù)隨著行駛道路特征(擁堵程度)及行駛工況(加減速及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行)的不同存在差異:在市區(qū)行駛時(shí),整車外部阻力以加速阻力為主;在市郊行駛時(shí),整車外部阻力以風(fēng)阻為主。

圖2 整車能量流分區(qū)

圖3示出針對(duì)混合動(dòng)力車輛的整車能量流測(cè)試傳感器布置示意。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器布置(見(jiàn)圖3a)如下:車載油耗儀布置在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油口前端;1缸布置缸壓傳感器用于測(cè)試缸壓;在排氣管布置氧傳感器;車輪扭矩通過(guò)車輛CAN總線讀取;發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩通過(guò)飛輪扭矩傳感器獲取;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩通過(guò)車輛CAN總線讀取。高壓系統(tǒng)傳感器(見(jiàn)圖3b)布置包括如下:動(dòng)力電池輸出給電機(jī)控制器的直流電流、電壓,布置在控制器的輸入端;控制器輸出給電機(jī)的交流電流、電壓,布置在控制器的輸出端;電動(dòng)壓縮機(jī)的輸入電流、電壓,布置在電動(dòng)壓縮機(jī)輸入端。

圖3 整車能量流測(cè)試系統(tǒng)示意

1.3 整車能量流動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化方法

如前所述,整車能量流管理采用基于規(guī)則的能量管理策略,通過(guò)電量管理、扭矩分配管理、能量回收管理等,實(shí)現(xiàn)理想的整車能量流分布設(shè)計(jì)。在運(yùn)行工況曲線已知的情況下,推薦采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)能量管理策略優(yōu)化。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是針對(duì)多階段決策過(guò)程獲取全局最優(yōu)問(wèn)題解的有效方法,隨著混合動(dòng)力汽車能量管理策略的發(fā)展得到廣泛應(yīng)用[15]。

在離散時(shí)間域下,動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略模型的狀態(tài)方程見(jiàn)式(1)。

xk+1=f(xk,uk)。

(1)

式中:x為電池荷電狀態(tài)(state of charge,SOC),表征狀態(tài)的變量;k為離散計(jì)算的階段;u為需求扭矩在電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的分配比例,表征決策的變量。

基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的能量管理策略的計(jì)算規(guī)則為,在維持SOC平衡的前提下實(shí)現(xiàn)整車能耗最低,滿足法規(guī)GB/T 19753—2021對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在循環(huán)始末處于平衡狀態(tài)的要求。如式(2)所示,選取燃油消耗量作為能量管理策略的扭矩分配指標(biāo),得到燃油消耗最小化的成本函數(shù):

(2)

式中:N為已知工況的階段;L為所處階段的瞬時(shí)油耗;J為累計(jì)油耗,即成本。

在狀態(tài)變量終止范圍的約束下,根據(jù)貝爾曼最優(yōu)性原理[24-25],從已知過(guò)程的最后一個(gè)階段開(kāi)始,根據(jù)式(3)由后往前依次計(jì)算每個(gè)階段下所有狀態(tài)的最佳指標(biāo)函數(shù)值和最優(yōu)扭矩分配比例,在已知初始狀態(tài)值的情況下獲得特定工況的SOC最佳變化軌跡以及最低油耗。

Jk*(xk)=min{L(xk,uk)+Jk+1*(xk+1)}。

(3)

式中:Jk*(xk)和Jk+1*(xk+1)分別為第k階段和第k+1階段的能量消耗最小值;L(xk,uk)為從k到k+1階段每一步的轉(zhuǎn)移能耗。

2 基于典型循環(huán)工況的整車能量流測(cè)評(píng)與分析

2.1 研究車輛基本參數(shù)

研究車輛的基本參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 研究車輛的基本參數(shù)

2.2 整車能量流分區(qū)解耦結(jié)果

根據(jù)上述整車能量流分區(qū)解耦方法,在研究車輛上布置傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,得到了如圖4所示的WLTC循環(huán)工況下的能量流解耦結(jié)果。圖4中,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量的大部分用于串聯(lián)發(fā)電機(jī)及并聯(lián)驅(qū)動(dòng),較少部分用于并聯(lián)發(fā)電,因此該研究車輛以電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)為主,輔以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),并且充電模式以串聯(lián)發(fā)電為主。同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)提供的發(fā)電機(jī)能量2.721 kW·h經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化后,提供給電機(jī)能量是2.031 kW·h,能量損失0.69 kW·h,轉(zhuǎn)化效率為74.64%。相比傳統(tǒng)動(dòng)力車輛,混合動(dòng)力汽車效率顯著提升,比如本研究中車輛的綜合循環(huán)熱效率最高達(dá)到了36.79%。同時(shí),作為節(jié)能的重要手段,能量回收也是重要的評(píng)價(jià)參數(shù),該車輛市區(qū)循環(huán)的能量回收效率達(dá)到了87.04%,處于較高節(jié)能水平。由此,研究車輛的整車綜合效率也較高,特別是高速循環(huán)工況達(dá)到了29.72%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)動(dòng)力車輛(一般略高于20%)。

圖4 整車能量流解耦結(jié)果

2.3 基于典型循環(huán)工況的整車能量流瞬態(tài)分析

為了研究車輛的能量管理策略,針對(duì)WLTC循環(huán)的各個(gè)子工況進(jìn)行了瞬態(tài)分析,主要對(duì)比不同車速下的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)功率、電機(jī)功率;針對(duì)運(yùn)行模式按照純電模式、并聯(lián)模式和串聯(lián)模式,給出了各運(yùn)行模式在車速曲線上的分布及其相應(yīng)的電量SOC變化曲線。圖5和圖6分別示出是市區(qū)循環(huán)和高速循環(huán)工況的瞬態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù),是針對(duì)兩種典型循環(huán)工況的對(duì)比。由圖知,市區(qū)循環(huán)工況通常采用純電驅(qū)動(dòng),避免發(fā)動(dòng)機(jī)低效率運(yùn)行,是混合動(dòng)力主要的節(jié)能所在;高速循環(huán)工況通常采用發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式,以充分實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高效率運(yùn)行,避免出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量給發(fā)電機(jī),再通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出給電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛,從而造成能量轉(zhuǎn)化及傳遞鏈過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致系統(tǒng)效率低。

圖5 市區(qū)工況的輸入輸出功率

圖6 超高速工況的輸入輸出功率及運(yùn)行模式

如圖5所示,市區(qū)工況純電行駛,車輛外部阻力功率需求全部由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供(峰值30 kW),最高車速接近50 km/h;車輛通過(guò)滑行制動(dòng)回收發(fā)電實(shí)現(xiàn)電能補(bǔ)充,同時(shí)在加速過(guò)程中出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的串聯(lián)發(fā)電工況(圖中△點(diǎn)部分),但電量SOC從49%降低至42%,總體上處于放電狀態(tài)。

作為市區(qū)工況的典型對(duì)比,如圖6a所示,研究車輛在超高速工況下主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)行駛,外部阻力功率需求峰值為60 kW,發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的同時(shí)還提供串聯(lián)發(fā)電,發(fā)電功率峰值60 kW。對(duì)比市區(qū)工況,超高速工況下的發(fā)電工況顯著增多(圖中△曲線所示),發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間占比也明顯增加(圖中·曲線所示)。如圖6b所示,盡管處于超高速工況,但運(yùn)行電量SOC略有升高(從43%升高至45%),整車綜合效率處于較高水平,是車輛比較節(jié)能的運(yùn)行工況。雖然處于超高速工況,但發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)工況并不多見(jiàn)(圖中△點(diǎn)所示)。

2.4 基于典型循環(huán)工況的整車能量流運(yùn)行工況點(diǎn)分析

圖7示出了WLTC循環(huán)中發(fā)動(dòng)機(jī)及雙電機(jī)運(yùn)行工況分布特征。在WLTC循環(huán)工況中,串聯(lián)模式運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)僅占4.6%,但其輸出能量卻占全部需求的55.4%,特別是郊區(qū)工況的電量SOC明顯處于較高水平,整體上處于充電狀態(tài)。循環(huán)中,發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的扭矩分別在各自相對(duì)固定的數(shù)值附近運(yùn)行,發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與車速解耦,但驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與車速耦合運(yùn)行。由于在市區(qū)和市郊循環(huán)工況下,車輛幾乎全部采用純電驅(qū)動(dòng),同時(shí)通過(guò)串聯(lián)發(fā)電補(bǔ)充能量,一方面充分利用了電機(jī)在中低轉(zhuǎn)速工況大扭矩高效率運(yùn)行的優(yōu)勢(shì),另一方面發(fā)動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)速1 200 r/min左右運(yùn)行,有助于實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。在高速和超高速循環(huán)工況中,發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛具有更高的熱效率,不再進(jìn)入串聯(lián)發(fā)電及電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)及雙電機(jī)運(yùn)行工況分布特征

3 基于典型循環(huán)工況降低實(shí)際道路運(yùn)行能耗

如前所述,基于典型循環(huán)工況分析整車能量流及能量管理策略,分析過(guò)程及結(jié)果實(shí)現(xiàn)了針對(duì)混合動(dòng)力車輛的能耗測(cè)試和評(píng)價(jià)。進(jìn)一步基于典型循環(huán)工況提出了針對(duì)實(shí)際道路運(yùn)行工況的能耗優(yōu)化方法,該方法分別針對(duì)典型循環(huán)工況和實(shí)際道路運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算各自的工況特征參數(shù),然后基于該工況特征參數(shù)計(jì)算各典型循環(huán)工況與實(shí)際道路運(yùn)行工況的歐氏距離,挑選歐氏距離最短的典型循環(huán)工況作為代表,針對(duì)該典型循環(huán)工況進(jìn)行扭矩分配策略的優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際道路的策略優(yōu)化。

3.1 工況特征參數(shù)的提取

整車能耗與單位里程下的滾阻消耗能量、空氣阻力消耗能量以及加速消耗能量成一定比例,比例系數(shù)為動(dòng)力系統(tǒng)效率(ηPT)。整車整備質(zhì)量(m)、滾阻系數(shù)(cr)、空氣阻力系數(shù)(Cd)、車輛迎風(fēng)面積(A)、空氣密度(ρa(bǔ))均為常數(shù),所以單位里程下的滾阻消耗能量為常數(shù),單位里程下的空氣阻力消耗能量與加速阻力消耗能量分別取決于式(4)和式(5)。

(4)

(5)

式中:v為車速;d為行駛里程;IV和IA分別為車輛運(yùn)行工況的速度分布及駕駛激烈程度。

對(duì)于混合動(dòng)力車輛,其驅(qū)動(dòng)消耗的電能在串聯(lián)發(fā)電、并聯(lián)發(fā)電及制動(dòng)滑行回收過(guò)程中被及時(shí)補(bǔ)充。其中,串聯(lián)發(fā)電和并聯(lián)發(fā)電取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行效率,回收能量取決于車輛的動(dòng)能回收效率。因此,不同工況下的整車能耗主要取決于ηPT、IV和IA,對(duì)于特定車輛,ηPT是確定的,因此最終IV和IA決定了車輛的能耗。

3.2 基于工況特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)典型循環(huán)代表工況的選擇

為了實(shí)時(shí)識(shí)別車輛道路行駛工況并匹配使用相似典型循環(huán)工況的能量管理策略及優(yōu)化參數(shù),本研究首先采用研究車型進(jìn)行了實(shí)際道路測(cè)試,獲得了如圖8所示的實(shí)測(cè)樣本數(shù)據(jù),根據(jù)式(4)和式(5)計(jì)算該樣本數(shù)據(jù)的IV和IA。

圖8 實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)樣本

為了消除量綱的影響,采用式(6)對(duì)實(shí)測(cè)樣本的IV和IA進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化:

(6)

式中:Fnomi為標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果;dciniji為第j個(gè)樣本的第i個(gè)特征參數(shù);σi為第i個(gè)特征參數(shù)向量的標(biāo)準(zhǔn)差;m為樣本個(gè)數(shù)。

基于特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,采用主成分分析消除標(biāo)準(zhǔn)化特征參數(shù)之間的相關(guān)性,得到的主成分如式(7)所示:

[PC1PC2]=[Fnom1Fnom2]·Co2×2。

(7)

式中:PC1和PC2是IV和IA的主成分,Fnom1和Fnom2分別是IV和IA的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,Co2×2是特征參數(shù)的協(xié)方差矩陣。

為了挑選與實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)最相似的典型循環(huán)工況,本研究選擇了7種典型循環(huán)工況:CLTC-P、FTP75、JC08、LA92、NEDC、UDDS和WLTC;同時(shí)還將CLTC-P中1部和2部的組合工況(CLTC-P-12)、WLTC中低速和中速的組合工況(WLTC-LM)作為上述候選典型循環(huán)工況的補(bǔ)充。如圖9所示,采用歐式距離迭代計(jì)算的實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)為坐標(biāo)中心,其周圍分布了上述9種候選典型循環(huán)工況的特征值。從圖9可以看出,WLTC-LM與實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)中心距離最近,最能夠表征實(shí)際道路運(yùn)行數(shù)據(jù)的速度分布及駕駛激烈程度,因此選取WLTC-LM作為策略優(yōu)化的典型循環(huán)工況,針對(duì)該典型循環(huán)工況優(yōu)化整車能量流管理策略,實(shí)現(xiàn)道路實(shí)際運(yùn)行控制優(yōu)化。

圖9 各典型工況循環(huán)與實(shí)測(cè)道路數(shù)據(jù)樣本的歐氏距離

3.3 基于典型循環(huán)工況優(yōu)化能量管理策略

混動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的扭矩分配策略對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率起決定性作用,因此,選擇該部分策略參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 為了驗(yàn)證該優(yōu)化策略的整車節(jié)油效果,搭建了研究車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的仿真模型,該仿真模型由AVL Cruise整車模型及Matlab/Simulink控制策略模型組成。采用該模型計(jì)算的WLTC循環(huán)冷起動(dòng)百公里油耗為8.59 L,相比冷起動(dòng)轉(zhuǎn)鼓百公里油耗8.46 L,該模型的仿真誤差為1.5%。其中,該仿真模型加載了實(shí)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率MAP、電機(jī)效率MAP和變速箱效率MAP,附件損耗550 W,純電怠速時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為800 r/min,電機(jī)扭矩為6～8 N·m,車速低于12 km/h不允許能量回收,車速高于55 km/h時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不允許脫開(kāi),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖,提供約-17.5 N·m扭矩,同時(shí)采用電池內(nèi)阻計(jì)算電池?fù)p耗。

為了實(shí)現(xiàn)原規(guī)則能量管理策略的優(yōu)化,采用了如1.3節(jié)所述的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法及如上原仿真模型加載的MAP參數(shù)和策略運(yùn)行邊界條件限制,搭建了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化計(jì)算模型,根據(jù)式(3)獲得特定工況的SOC最佳變化軌跡以及最低油耗?；谠撃Ｐ图八x的WLTC-LM循環(huán)工況,分別采用原控制策略和DP動(dòng)態(tài)規(guī)劃策略進(jìn)行仿真計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表3。由仿真結(jié)果可見(jiàn),采用原控制策略的熱機(jī)起動(dòng)百公里油耗為7.54 L。如圖10所示,經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法模型的優(yōu)化,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況分布得到改善,沒(méi)有出現(xiàn)低于50 N·m的低負(fù)荷工況,高于150 N·m的高負(fù)荷工況也極少,大部分工況都集中分布在發(fā)動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行區(qū),研究車輛采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法后經(jīng)濟(jì)性提升了3.98%。

表3 百公里能耗仿真結(jié)果

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

以混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象,開(kāi)展了不同循環(huán)工況下的整車能量流分析,得到了WLTC循環(huán)工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及整車的運(yùn)行特征及整車能量流評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究車輛以電驅(qū)為主,發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于補(bǔ)充電驅(qū)能量,發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)綜合效率和能量回收效率都處于較高節(jié)能水平,高速工況下整車綜合效率為29.72%,是車輛最節(jié)能的工況?；旌蟿?dòng)力汽車的串聯(lián)發(fā)電運(yùn)行占比僅4.60%,但輸出能量占全部需求能量的55.40%;發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)按照類似于線工況區(qū)域運(yùn)行,驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照面工況運(yùn)行。

提出了一種采用速度分布特IV和駕駛激烈程度特征IA迭代計(jì)算典型循環(huán)工況與道路運(yùn)行數(shù)據(jù)的歐氏距離,選取其中歐氏距離最短的典型循環(huán)工況代表該道路運(yùn)行工況,針對(duì)該典型循環(huán)優(yōu)化扭矩分配策略,實(shí)現(xiàn)了典型工況的能耗優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)際道路運(yùn)行工況的能耗優(yōu)化,經(jīng)仿真驗(yàn)證,整車百公里能耗降低了3.98%。