EV控制策略研究-

1、控制策略研究v1. 工作模式v2. EV系統(tǒng)原理圖v3. 系統(tǒng)的功率損失v4. 部件功率損失v5. 系統(tǒng)的約束條件v6. 系統(tǒng)優(yōu)化v7. EV/HEV系統(tǒng)控制邏輯v8. 系統(tǒng)優(yōu)化求解v9. 具有固定速比的EV傳動系設(shè)計目 錄1. EV工作模式 StartStop EV Drive (constant speed, Acceleration, Deceleration, climbing) Braking Regeneration Plug-in Charging-. PEV工作模式 StartStop EV Drive (constant speed, Acceleration, Decele

2、ration, climbing) Braking RegenerationGeneration by Engine (series configration) Plug-in Charging-. HEV工作模式 StartStop Assist Conventional Drive (Engine drive only) EV Drive (low speed) Braking Regeneration Generation-. PHEV工作模式 StartStop Assist （Engine + Motor） Conventional Drive (Engine drive only)

3、 EV Drive (low speed) Braking Regeneration Generation Plug-in Charging-. 4x4 HEV工作模式 -front ISG +rear motor StartStop (front + rear motor EV lunch) Assist （Engine + Motor） Conventional Drive (Engine drive only) EV Drive (low speed) Braking Regeneration Generation (front motor/generation) 4x4 Drive (

4、full accel., slippery road, tight cornering)2. EV系統(tǒng)原理圖HV Battery12V BatteryDC-DCInverterSteering System MotorElectric BrakeAxlePlug-in interfaceBrake SystemAC電能量流動電能量流動機械能量流動機械能量流動-. HEV 系統(tǒng) 圖Fuel StorageFuel Conversion(Engine)BrakeSystemHybridTransmissionMotor /InverterHV BatteryStorageHV BatteryCon

5、versionHV Loads(incl. LV BatteryStorage)PFUELPINPMOTOR MECHPINV ELECPBATTERYPOUTPAXLEPHV LOADPLOSS ENGPLOSS BRAKEPLOSS MECHPLOSS MOTORPLOSS BAT- EV系統(tǒng)損失Brake Regen.SystemHybridTransmissionMotor /InverterHV BatteryConversionHV LoadsHV BatteryStoragePloss batteryPloss brakePloss mechPloss motor and Inv

6、erterPaxlePoutPbatteryPinvPmotorPhvload-. EV/PHEV系統(tǒng)簡化忽略制動能量回收能量損失 忽略電動AC及低壓供電系統(tǒng)的影響簡化的系統(tǒng)圖為：簡化的系統(tǒng)圖為：MotorHV Battery InverterTransmissionAxleEngine 3. 系統(tǒng)的功率損失汽車驅(qū)動時的功率損失：電機功率損失（ ）；逆變器功率損失（ ）；電池的放電損失（ ）。機械功率損失 （ )mlPilPblP總的功率損失：clPclblilmltlPPPPP4. 部件功率損失 電機(,)mlmlmmPPnTmTmn等功率損失曲線圖等功率損失曲線圖 逆變器mTmn(,)il

7、ilmmPPnT等逆變器效率曲線圖等逆變器效率曲線圖 電池功率損失 大部分產(chǎn)生于 庫倫損失較小20I R20b lPIR 電池內(nèi)阻 電池放電電流0RI- 機械功率損失 )T,n(PPmmclcl0REIaUbaPUI0RSOC內(nèi)阻00()RRSOC- 總功率損失02mmclmmilmmmltlRI)T,n(P)T,n(P)T,n(PP5. 系統(tǒng)約束條件 電池電池電流電壓00m axm axUUIIaSO Cb 電機轉(zhuǎn)速、扭矩00mmmaxmmmaxnnTT6. 系統(tǒng)優(yōu)化對系統(tǒng)的功率損失進行優(yōu)化，可使整個EV系統(tǒng)近似運行在最優(yōu)區(qū)域。min( )tlP約束條件集合Key on/offAcc ped

8、alBrake pedalClutch pedal模式管理模式管理Plug-in ChargingStart/StopRegen BrakingEV drive充電模塊充電模塊 起起/停模塊停模塊 能量回收能量回收模塊模塊 扭矩需求扭矩需求map 策略控制策略控制optimum 變速器狀變速器狀態(tài)態(tài) 自然力制動自然力制動(Cast down)制動系統(tǒng)制制動系統(tǒng)制動動電機電機 后后 軸軸00( , )N Tgi(,)iiN T(,)imimNT EV邏輯圖邏輯圖7. EV/HEV系統(tǒng)控制邏輯系統(tǒng)控制邏輯-. EV 中心控制流程StrategicControlShift Executionand

9、Start/StopMotor Torque/SpeedDeterminationActuator:Clutch/shift TorqueMotor TorquesspeedTR Rng StateDesd Ni N0T0 RequestNi Ti reqFmn*mn*mTmT*aV*aVaVaTaFreqreqaPFV需求功率： ()ireqfwjireqmreqiamreqFFFFFTTVn ()min Powerloss約束條件*(,)mmnTi- EV 控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)1. 如果有AMT or CVT，只有一個動力源，2. 如果只有一固定速比i，在系統(tǒng)控制中無優(yōu)化可能，在設(shè)計時，可進行

10、粗略的優(yōu)化設(shè)計，見后。3. 如果有另一動力源m2，并有AMT or CVT，*/()( ,)mmmTk T req iConstanttmin Powerlossi n時刻采用ID優(yōu)化方法求解。*()( ,)mmin Powerlossi n T*12mmTTT*1mT優(yōu)化主動力源得第二動力源扭矩輸出采用2D優(yōu)化方法求解。- 計算速比和變速器的狀態(tài)00.3770.377mgomgnrViinriv igigi 對于CVT，根據(jù) 值，可執(zhí)行有關(guān)控制操作。 對于AMT，根據(jù) 值， 考慮到操縱平順性， 控制電機扭矩，檔位不變換高檔換低檔KtTT*mi*1mihtNN*mi*1miKey on/off

11、Acc pedalBrake pedalClutch pedal管理模式管理模式GenerationStart/StopReg. BrakingEV發(fā)電模塊發(fā)電模塊 起起/停模塊停模塊 能量回收能量回收模塊模塊 扭矩需求扭矩需求map 發(fā)動機策發(fā)動機策略優(yōu)化略優(yōu)化 變速器狀變速器狀態(tài)態(tài)電機電機 后后 軸軸00( , )N Tgi(,)iiN T-. HEV邏輯圖邏輯圖ConventionalAssist發(fā)動機狀發(fā)動機狀態(tài)態(tài)策略控制優(yōu)化策略控制優(yōu)化 Optimum(,)eiTN(,)imN TeT-. HEV 中心控制流程StrategicControlTacticalControlMotor

12、TorqueDeterminationTA CmdTB CmdTO RequestNOHyb Rng StDesdNi DesdHyb Rng St ActNi ProfShift ExecutionandEngine Start/StopNiTi Act(from ECM)Ti Cmd(to ECM)System State:Hybrid Range State andInput Speed1Actuator:Clutch Torque2Actuator:Motor Torques4Actuator:Engine Torque38. 系統(tǒng)優(yōu)化求解（一）- 1D 直接方法 由上分析知道，這是一

13、個ID優(yōu)化問題。這里選擇黃金分割法（ID Golden section search), 求解 。*n- 黃金分割法優(yōu)點 很快的逐步縮小搜尋區(qū)間方法； 不需微分運算； 每次搜索，區(qū)間減少38.19%； 10次循環(huán)搜索后，區(qū)間縮至0.8%初始長度； 20次循環(huán)搜索后，區(qū)間縮至0.0066%初始長度。 有比Powell和Newton法更強的適應(yīng)性。- 缺點 在一個搜索區(qū)間內(nèi)，要求只有一個極值。u 1D Golden Section Search1DGolden SectionSearchEnginef (x)xMINxMAXnxiFOR iteration loop1231.Input Itera

14、tion Number (n) and Boundary Conditions2.Iteration loop3.Output Optimal Answer (x*)f(xi)flxax- 黃金分割法（0.618法）bxux 開始兩點 計算兩內(nèi)點( , ( ),(, ()lluux f xxf x(,(),(,()aabbxf xxf x51()0.618()2aublululxxdxxddxxxx()()abf xf x ,lax x 如果 ，則丟掉 ，則丟掉 再進行下一個搜索循環(huán)。,buxx()()abf xf x8.系統(tǒng)優(yōu)化求解 （二）- 2D 直接方法優(yōu)化方法：vHeuristic s

15、ampling search method or othersvRequires no derivative evaluation (no gradient)vUsed extensively in industrial applications優(yōu)點:vRobust global convergencevRapid reduction of feasible search areavLow amount of cost function evaluations缺點：vChallenging implementation in embedded controllervStack memory u

16、sagevConstraint handling2D Direct Method Search2DDirect MethodSearch Enginef (x, y)xMINxMAXnx*, y*FOR iteration loop1231.Calculate Boundary Conditions2.Iteration loop3.Output Optimal Answer (x*, y*)BoundaryConditionDefinitionf(xi,yi)xi,yi2D Direct Method Search Example0NiMin2000300040005000NiMax7000

17、-200TiMin0100200300TiMax5002-D Optimization Results Using the Aggressive DIRECT AlgorithmInput Speed rpmInput Torque NmSearch MinGlobal MinHard Input Speed ConstraintsHardInputTorqueConstraintsAllowableSearchAreaPenalty FunctionInput Torque ConstraintsBattery Pow er Constraints are Included but not

18、displayed2D Direct Method Search Example0NiMin2000300040005000NiMax7000-200TiMin0100200300TiMax5002-D Optimization Results Using the Aggressive DIRECT AlgorithmInput Speed rpmInput Torque NmFirst 3 Pts of SearchSearch Area Broken Into Thirds2D Direct Method Search Example0NiMin2000300040005000NiMax7000-200TiMin0100200300TiMax5002-D Optimization Results Using the Aggressive DIRECT AlgorithmInput Speed rpmInput Torque NmPt Found to have the Minimum CostSearch Area is Reduced to this Rectangleand Divided Again into Thirds 2D Direct Method Search Example0NiMin2000300040005000NiMax700