基于isight軟件的增程器系統(tǒng)控制優(yōu)化

1、1基于iSIGHT軟件的增程器系統(tǒng)控制優(yōu)化王惠來，王斌(上海交通大學(xué)，上海200240)[摘要]為了改善增程型電動(dòng)汽車的油耗與排放，其搭載的增程器需要工作在有限個(gè)固定點(diǎn)。本文通過Kriging無偏估計(jì)方法建立了增程器系統(tǒng)的發(fā)電功率與燃油消耗預(yù)測(cè)仿真模型，并對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過仿真分析，確定了滿足5個(gè)發(fā)電功率需求的最佳油耗工況點(diǎn)。通過增程器系統(tǒng)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和整車實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)單個(gè)發(fā)電功率運(yùn)行點(diǎn)和整車的燃油消耗進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，單個(gè)發(fā)

2、電功率運(yùn)行點(diǎn)油耗最大降幅達(dá)到了15.96%，而在兩種不同的車輛控制模式下整車能耗分別降低了4.62%和3.50%。關(guān)鍵詞：增程型電動(dòng)汽車；增程器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；Kriging模型ControloptimizationofrangeextenderfextendedrangeelectricvehiclesusingiSIGHTsoftwareWangHuilaiWangBinShanghaiJiaoTongUniversityShangha

3、i200240China[Abstract]Toimprovethefueleconomyemissionsofextendedrangeelectricvehicles(EREVs)therangeextendermustbeoperatedatthelimitedfixedpoints.Inthispaperthefuelconsumptiongeneratingpowersimulationmodelwasestablishedb

4、ytheKrigingpredictmethod.Thesimulationmodelwasvalidatedbytheexperimentdata.Throughthesimulationanalysisthe5operatingpointsofthedesiredgeneratingpowersweredeterminedfminimizingthefuelconsumption.Finallythefuelconsumptions

5、ofeveryoperatingpointvehicleweretestedmeasuredbytherangeextendertestbenchvehiclechassisdynamometer.Theresultsshowthatthelargestreductionofthefuelconsumptionisupto15.96%amongthe5operatingpointsthevehicle’sfuelconsumptions

6、arerespectivelydecreasedby4.62%3.50%underthetwodifferentmodes.Keywds:ExtendedrangeElectricVehicle；RangeExtender；DesignOptimization；KrigingModel前言電動(dòng)汽車是應(yīng)對(duì)全球環(huán)境污染與能源危機(jī)的重要解決方案之一。利用電網(wǎng)能量來源的多樣性，將其應(yīng)用到交通運(yùn)輸領(lǐng)域，已成為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要方向[14]。鑒于純

7、電動(dòng)汽車行駛里程受到動(dòng)力電池能量密度的限制，增程型電動(dòng)汽車（ExtendedRangeElectricVehicle，EREV）已經(jīng)成為當(dāng)下電動(dòng)汽車研發(fā)的重要方向[5]。行駛初期，增程型電動(dòng)汽車EREV所搭載的大容量電池包儲(chǔ)存的來自電網(wǎng)的電能可以支持車輛行駛較長(zhǎng)的距離。發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于發(fā)電目的，而不直接輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛行駛。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以被限制在若干點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)與控制上有進(jìn)一步深入優(yōu)化的空間，而不像傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)

8、時(shí)需要統(tǒng)籌考慮全局運(yùn)行工況。所以，增程型電動(dòng)汽車EREV在排放特性和燃油經(jīng)濟(jì)性等方面具有潛力[67]。文獻(xiàn)[8]詳細(xì)介紹了EREV的主要工作模式和能量管理策略，并進(jìn)行了相關(guān)的參數(shù)匹配與試驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[9]利用MATLABSimulink軟件搭3式，幾何壓縮比為11，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性如圖2所示。同時(shí)，選用交流永磁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)[14]，其基本參數(shù)如表3所示。010203040504050607080901000200030004

9、0005000輸出功率kW輸出扭矩Nm轉(zhuǎn)速RPM扭矩曲線功率曲線圖2發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線表3發(fā)電機(jī)基本參數(shù)匯總發(fā)電機(jī)基本參數(shù)匯總項(xiàng)目參數(shù)值額定功率21.5kW峰值功率33kW額定扭矩58.7Nm峰值扭矩90Nm額定轉(zhuǎn)速3500RPM直流電壓范圍260V～370V為了能夠快速確定增程器系統(tǒng)的工作運(yùn)行點(diǎn)，使其在滿足發(fā)電功率需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)燃油消耗最低，本文使用Kriging無偏估計(jì)方法建立增程器系統(tǒng)的發(fā)電功率與燃油消耗預(yù)測(cè)模型，找出各個(gè)發(fā)電功率

10、需求所對(duì)應(yīng)的等發(fā)電功率曲線，同時(shí)確定各個(gè)工作運(yùn)行點(diǎn)的燃油消耗情況[15]。2.1基于Kriging方法的預(yù)測(cè)模型2.1.1Kriging方法概述Kriging方法始于地理統(tǒng)計(jì)學(xué)，是一種性能優(yōu)越的最優(yōu)內(nèi)插方法。從統(tǒng)計(jì)意義上來說，Kriging方法從變量的相關(guān)性與變異性出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無偏、最優(yōu)估計(jì)；從插值的角度來評(píng)價(jià)，其是對(duì)空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無偏內(nèi)插估計(jì)。Kriging方法作為線性回歸分析的一種改進(jìn)，包含了

11、線性回歸部分和隨機(jī)過程部分[16]。即，由實(shí)驗(yàn)獲得的真實(shí)值y(x)由多項(xiàng)式部分p(x)和隨機(jī)分布部分z(x)組成，如公式（1）所示：(1)??????ypz??xxx式中x—輸入向量p(x)作為在設(shè)計(jì)空間內(nèi)y(x)的一種全局近似，而z(x)是一個(gè)具有均值為零、方差為σ2的非零隨機(jī)過程，被認(rèn)為是y(x)的偏差項(xiàng)。z(x)的協(xié)方差矩陣可以表述為：(2)??????????2N2ijnnn=1covijexpZZMRRxx??????????

12、??????????????????????ijijijxxRRxxxx式中M—采樣點(diǎn)的數(shù)目xi和xj—兩個(gè)不相同的采樣點(diǎn)R—相關(guān)系數(shù)矩陣θ—相關(guān)系數(shù)于是，y(x)的估計(jì)值由公式計(jì)算得???Yx到：(3)????????????????T11T1T1T12M?...YRRR?????????????????????????????xrxRyppRppRyrxxxxxxx式中y—由所有采樣點(diǎn)構(gòu)成的M維向量p—由p(x)構(gòu)成的M維向量2.1

13、.2建立發(fā)電功率與燃油消耗的預(yù)測(cè)模型分別由發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性數(shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)發(fā)電效率MAP數(shù)據(jù)。通過發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率MAP數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（4）即可計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)輸出的電功率：(4)2100060GGTnP?????式中PG—發(fā)電機(jī)輸出的電功率，kWT—發(fā)電機(jī)輸入扭矩，Nmn—發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速，RPMηG—發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率由此，得到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩與發(fā)電功率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將其輸入到使用MATLAB軟件建立的K