混合动力电动汽车行驶工况分析与识别.pdf

1、华 南 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )第 35卷 第 6期 Journal of Sou th C hina U n iversity of Technology V ol. 35 N o. 62007年 6月 (N atu ral Science Edition) June 2007文 章 编 号 : 10002565X (2007) 0620008206收 稿 日 期 : 20062092043 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (50605020) ;广 东省 科 技 攻 关 项 目 (2006A10501001, 2004A1130

2、4001)作 者 简 介 : 罗 玉 涛 (19722) ,男 ,博 士 ,副 教 授 ,主 要 从 事 系统 动 力 学 与 电 动 汽 车 研 究 . E2mail: ctytluo scut. edu. cn混 合 动 力 电 动 汽 车 行 驶 工 况 分 析 与 识 别 3罗 玉 涛 1 胡 红 斐 2 沈 继 军 3(1.华 南 理 工 大 学 广 东 省 电 动 汽 车 研 究 重 点 实 验 室 , 广 东 广 州 510640;2. 广 东 工 业 大 学 机 械 工 程 学 院 , 广 东 广 州 510006; 3. 广 州 本 田 汽 车 有 限 公 司 , 广 东 广

3、 州 510700)摘 要 : 对 不 同 行 驶 工 况 下 混 合 动 力 电 动 汽 车 的 匹 配 和 控 制 策 略 优 化 结 果 进 行 了 分 析 ,发 现 工 况 的 平 均 功 率 和 平 均 功 率 的 标 准 差 对 混 合 动 力 汽 车 的 混 合 度 有 很 大 的 影 响 . 在 同一 混 合 度 下 ,针 对 不 同 的 工 况 采 用 不 同 的 可 调 参 数 可 得 到 不 同 的 燃 油 经 济 性 和 最 终 稳 定的 电 池 荷 电 状 态 值 . 提 出 了 “ 工 况 块 ” 的 概 念 ,用 工 况 的 平 均 行 驶 车 速 和 行 驶 距

4、 离 作 为 特征 参 数 ,将 统 计 的 理 论 工 况 进 行 分 类 ,通 过 模 糊 控 制 器 ,对 实 际 工 况 进 行 模 糊 分 析 ,将 其 划为 对 应 的 某 一 类 . 为 更 准 确 地 反 映 行 驶 工 况 ,还 提 出 以 时 间 、 距 离 、 最 大 车 速 等 10个 参 数作 为 工 况 的 相 关 特 性 参 数 ,用 聚 类 分 析 的 方 法 对 车 辆 行 驶 工 况 的 类 别 进 行 了 更 细 致 的 分析 和 辨 识 . 在 上 述 工 况 识 别 的 基 础 上 ,提 出 了 一 种 能 根 据 实 时 工 况 的 变 化 作 出

5、自 适 应 调 整的 混 合 动 力 汽 车 控 制 策 略 .关 键 词 : 混 合 动 力 电 动 汽 车 ; 控 制 策 略 ; 行 驶 工 况 ; 模 糊 识 别 ; 聚 类 分 析中 图 分 类 号 : U 469. 72 文 献 标 识 码 : A目 前 的 混 合 动 力 汽 车 ( HEV )动 力 总 成 参 数 匹配 以 及 控 制 策 略 优 化 大 部 分 都 是 在 对 特 定 的 汽 车 循环 工 况 进 行 分 析 的 基 础 之 上 得 到 的 127 . 虽 然 某 些 控制 策 略 的 优 化 方 法 已 经 具 有 很 高 的 实 用 价 值 ,但 汽车

6、的 实 际 运 行 工 况 是 一 个 随 机 的 、 不 确 定 的 过 程(尽 管 实 际 行 驶 工 况 可 能 包 含 一 些 理 论 循 环 ) ,对 控制 策 略 的 优 化 效 果 还 是 会 造 成 一 定 的 影 响 ,对 于 动力 总 成 的 匹 配 优 化 来 讲 会 带 来 一 定 的 隐 忧 . 因 此HEV的 匹 配 和 控 制 策 略 设 计 必 须 在 充 分 研 究 实 际工 况 的 基 础 上 才 能 具 有 较 好 的 实 际 效 果 . 本 文 中 提出 了 针 对 不 同 的 工 况 类 别 对 HEV (本 文 中 仅 对 充 电保 持 型 HEV进

7、 行 研 究 )匹 配 和 控 制 策 略 进 行 优 化的 方 法 ,为 HEV的 设 计 和 应 用 提 供 更 全 面 的 参 考 .1 行 驶 工 况 对 HEV匹 配 和 控 制 策 略的 影 响不 同 行 驶 工 况 下 HEV匹 配 和 控 制 策 略 的 最 优 结果 是 不 同 的 ,工 况 、 动 力 总 成 匹 配 以 及 控 制 策 略 优 化三 者 之 间 究 竟 存 在 一 种 什 么 样 的 关 系 还 是 一 个 很 大的 未 知 数 .这 里 以 一 种 变 速 器 前 置 并 联 式 HEV为 例 ,对 不 同 行 驶 工 况 下 HEV匹 配 和 控 制

8、策 略 的 优 化 结 果进 行 介 绍 .该 HEV的 结 构 见 图 1,整 车 参 数 见 表 1.图 1 一 种 变 速 器 前 置 并 联 式 HEV动 力 总 成 拓 扑 结 构Fig. 1 A power2train topology of the post2transm ission parallelHEV表 1 整 车 参 数Table 1 Vehicle parameters参 数 数 值 参 数 数 值总 质 量 /kg 14 000 电 池 组 容 量 / (A h) 100 29发 动 机 功 率 /kW 87 主 传 动 比 6. 833电 机 功 率 /kW 55

9、 电 机 减 速 比 1. 667空 阻 系 数 0. 5 车 轮 半 径 /m 0. 493滚 阻 系 数 0. 015 迎 风 面 积 /m2 7. 251. 1 行 驶 工 况 对 HEV最 佳 混 合 度 的 影 响混 合 度 fr定 义 为 电 机 额 定 功 率 Pm占 总 功 率 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/(即 发 动 机 与 电 动 机 额 定 功 率 之 和 ) Pr 的 比 例 . 依 据此 定 义 可 知 fr 在 0 1

10、之 间 ,传 统 汽 车 fr 为 0,纯 电动 汽 车 fr 为 1. 并 联 混 合 动 力 驱 动 系 统 的 混 合 度 计算 公 式 如 下 :fr = PmPr= 1 - PePr= 1 - Pe( Pe + Pm )(1)式 中 : Pe 为 发 动 机 额 定 功 率 .为 了 体 现 工 况 与 混 合 度 的 关 系 ,必 须 从 工 况 中提 取 一 些 参 数 作 为 工 况 信 息 的 特 征 描 述 . 现 已 知 道描 述 工 况 信 息 的 参 数 有 24 个 之 多 1 ,这 里 取 对HEV匹 配 和 控 制 策 略 的 优 化 影 响 较 大 的 参 数

11、 ,即 功率 和 转 矩 的 统 计 特 征 :平 均 功 率 需 求 Pmean、 功 率 需求 标 准 差 Pstd、 平 均 转 矩 需 求 Tmean、 转 矩 需 求 标 准 差Tstd以 及 停 车 时 间 占 总 时 间 的 比 例 R st_tt 5个 参 数 2 来 讨 论 工 况 与 动 力 总 成 匹 配 以 及 控 制 策 略 优 化 之 间的 关 系 . 如 表 2所 示 是 几 种 工 况 下 统 计 特 征 值 与 最佳 混 合 度 f3r 的 数 值 .从 表 2数 据 可 以 看 出 ,混 合 度 与 工 况 平 均 功 率和 其 标 准 差 之 间 存 在

12、一 些 关 联 的 变 化 趋 势 . 尽 管 混合 度 与 工 况 的 统 计 特 征 值 之 间 的 关 系 还 是 未 知 的 ,但 我 们 可 以 通 过 对 大 量 工 况 的 仿 真 试 验 ,得 到 足 够的 样 本 数 据 ,从 而 利 用 统 计 学 的 相 关 理 论 和 方 法 或者 是 利 用 神 经 网 络 工 具 对 其 进 行 回 归 分 析 ,相 信 可以 找 到 一 个 合 理 的 关 系 .1. 2 行 驶 工 况 对 HEV控 制 策 略 的 影 响在 一 定 的 工 况 背 景 下 得 到 的 最 佳 控 制 策 略 ,都具 有 一 定 的 局 限 性

13、,虽 然 部 分 实 时 优 化 控 制 策 略 可以 做 到 不 受 具 体 工 况 的 制 约 ,但 为 了 满 足 蓄 电 池 荷电 状 态 ( SOC )保 持 这 一 全 局 性 要 求 ,不 得 不 依 据SOC相 应 地 改 变 动 力 元 件 的 工 作 状 态 ,这 样 最 终 的控 制 效 果 还 是 不 能 摆 脱 特 定 的 工 况 背 景 .这 里 以 基 于 等 效 燃 油 消 耗 率 最 小 化 的 离 线 瞬 时优 化 控 制 策 略 为 例 就 行 驶 工 况 对 HEV控 制 策 略 的影 响 进 行 说 明 . 该 策 略 是 根 据 车 辆 行 驶 过

14、程 中 可 能遇 到 的 各 种 转 矩 需 求 和 车 速 条 件 进 行 遍 历 寻 优 得 出的 结 果 ,在 线 应 用 时 增 加 了 惩 罚 函 数 (见 式 ( 2) )对优 化 结 果 的 修 正 ,该 策 略 详 细 描 述 见 文 献 3 .K = 1 - a x3SOC + b x4SOC (2)式 中 : K为 惩 罚 系 数 ; xSOC为 蓄 电 池 SOC经 过 标 准 化在 - 1, 1 范 围 内 的 值 , a, b为 系 数 .要 使 实 际 行 驶 工 况 下 的 控 制 策 略 达 到 最 佳 ,必须 对 惩 罚 函 数 的 具 体 表 达 形 式 或

15、 者 是 其 中 的 系 数 进行 针 对 性 的 调 整 ,本 文 中 调 整 系 数 b的 值 .表 3为 不 同 工 况 下 ,采 用 等 效 燃 油 消 耗 率 最 小 化的 离 线 瞬 时 优 化 控 制 策 略 ,调 整 惩 罚 函 数 中 的 参 数 b时 得 到 的 燃 油 经 济 性 ,以 及 最 终 SOC稳 定 的 值 .表 2 几 种 工 况 中 的 统 计 特 征 参 数 值 及 最 优 混 合 度Table 2 Op timal hybridization and statistical diagnostic parameters of several runnin

16、g cycles工 况 名 称 平 均 功 率 需求 Pmean /kW功 率 需 求标 准 差 Pstd平 均 转 矩需 求 Tmean / (N m)转 矩 需 求 标准 差 Tstd停 车 时 间 占 总 时间 的 比 例 R st_tt最 优 混 合度 f3rMANHATTAN 7. 179 4 52. 58 6 11 894 3 458. 1 0. 361 799 816 0. 530 9NurembergR36 9. 428 3 56. 599 1 5874 4 799. 9 0. 308 118 081 0. 440 2WVUC 8. 863 0 43. 586 15 425 5

17、 527. 4 0. 303 267 045 0. 420 910215 15. 621 0 59. 763 27 253 8 975. 3 0. 325 757 576 0. 385 7NYCCOMP 9. 228 8 60. 515 15 638 5 987. 3 0. 331 389 699 0. 368 8WVUSUB 18. 146 0 63. 780 31 785 10 556. 0 0. 252 252 252 0. 352 3SC03 25. 444 0 106. 860 44 135 15 472. 0 0. 195 000 000 0. 345 3UDDSHDV 24. 4

18、37 0 80. 382 42 816 17 162. 0 0. 333 018 868 0. 336 2表 3 惩 罚 函 数 采 用 不 同 可 调 参 数 时 对 应 的 燃 油 经 济 性 和 最 终 稳 定 的 SOC值Table 3 Fuel economy and final stable SOC adop ting different adjustable parameters of the punishing function工 况 燃 油 经 济 性1) /L 最 终 稳 定 的 SOC值b = - 0. 4 b = - 0. 2 b = 0. 0 b = 0. 2 b =

19、 0. 4 b = - 0. 4 b = - 0. 2 b = 0. 0 b = 0. 2 b = 0. 4ETC城 市 26. 06 25. 32 24. 48 24. 31 24. 39 0. 648 0. 681 0. 721 0. 741 0. 757ECE 28. 31 27. 80 27. 52 27. 90 27. 97 0. 667 0. 674 0. 680 0. 683 0. 687WVUC 30. 54 30. 36 30. 06 30. 29 30. 42 0. 579 0. 599 0. 612 0. 626 0. 579UKBUS6 28. 06 27. 78 27

20、. 63 27. 53 27. 53 0. 709 0. 747 0. 773 0. 788 0. 7971)是 指 车 辆 行 驶 100 km消 耗 的 燃 油 量 .9 第 6期 罗 玉 涛 等 : 混 合 动 力 电 动 汽 车 行 驶 工 况 分 析 与 识 别 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/从 表 3中 可 以 看 出 ,对 每 一 种 工 况 ,均 有 一 个 最佳 系 数 b,使 燃 油 经 济 性 和 最 终 稳 定 的 SOC值

21、 最 好 .例 如 ETC城 市 工 况 下 , b = 012时 的 燃 油 经 济 性 较好 ,而 b = 014时 ,最 终 稳 定 的 SOC值 较 高 ;而 对 于WVUC工 况 , b = 0时 的 燃 油 经 济 性 较 好 ,而 b = 012时 ,最 终 稳 定 的 SOC值 较 高 . 将 上 述 结 果 进 行 拟 合 ,便 可 以 得 到 各 种 工 况 下 的 最 佳 的 可 调 参 数 ,从 而 对实 时 控 制 提 供 依 据 ,使 控 制 策 略 对 实 际 工 况 适 应 性增 强 .2 行 驶 工 况 的 识 别在 行 驶 工 况 与 HEV匹 配 和 控

22、制 策 略 的 定 量 关系 还 未 找 到 之 前 ,从 相 似 性 角 度 出 发 运 用 模 糊 分 析和 聚 类 分 析 的 方 法 对 工 况 做 类 别 方 面 的 探 讨 .2. 1 行 驶 工 况 的 模 糊 识 别按 照 车 辆 行 驶 的 环 境 特 点 ,工 况 类 别 主 要 分 为城 市 、 郊 区 和 高 速 公 路 3类 . 为 了 更 准 确 地 描 述 行 驶环 境 的 不 同 特 点 ,本 文 中 将 工 况 类 别 细 分 为 5类 :stopngo,这 类 工 况 主 要 是 在 城 市 的 中 心 地 带 ,交 通 十分 繁 忙 ,车 辆 总 是 时

23、开 时 停 ; urban,市 内 交 通 较 通 畅的 路 段 ,车 辆 以 低 速 行 驶 ; suburban,近 郊 区 ,车 辆 以 中低 速 行 驶 ; rural,远 郊 区 ,车 辆 以 中 高 速 行 驶 ; highway,城 市 与 城 市 之 间 的 高 速 公 路 ,车 辆 以 高 速 行 驶 .定 义 车 辆 从 起 动 点 到 停 止 点 之 间 持 续 运 动 的 那一 段 工 况 为 “ 工 况 块 ” ,这 样 就 可 以 将 具 体 的 行 驶 工况 分 割 为 几 个 “ 工 况 块 ” ,观 察 所 有 的 循 环 工 况 ,都是 由 一 系 列 连

24、续 的 “ 工 况 块 ” 所 组 成 ,如 图 2所 示 的10215工 况 即 由 7个 连 续 的 “ 工 况 块 ” 组 成 .图 2 10215工 况 中 工 况 块 的 定 义Fig. 2 Definition of cycle blocks of the 10215 cycle采 用 “ 工 况 块 ” 对 车 辆 行 驶 工 况 进 行 分 析 有 如下 优 点 : 1. 任 何 一 类 行 驶 工 况 均 由 一 系 列 连 续 的“ 工 况 块 ” 组 成 ,“ 工 况 块 ” 的 特 征 亦 反 映 了 行 驶 工 况的 特 征 ,这 样 降 低 了 工 况 分 析 的

25、复 杂 性 ; 2.“ 工 况块 ” 之 间 相 互 独 立 ,不 受 影 响 ,那 么 针 对 随 机 性 很 强的 实 时 行 驶 工 况 ,则 可 以 视 为 多 个 独 立 的 “ 工 况 块 ”之 间 的 组 合 .每 一 “ 工 况 块 ” 与 行 驶 工 况 一 样 均 是 车 速 va 随时 间 t历 程 变 化 的 曲 线 ,如 果 以 平 均 车 速 v、 行 驶 距离 s两 个 特 征 参 数 来 代 表 该 曲 线 ,则 该 曲 线 即 是 s,va 对 应 的 点 ,采 用 此 方 法 可 以 很 方 便 地 对 不 同 的“ 工 况 块 ” 进 行 比 较 分 析

26、. 本 文 中 利 用 电 动 汽 车 仿 真软 件 ADV ISOR中 的 37个 循 环 工 况 数 据 ,从 中 提 取出 独 立 的 “ 工 况 块 ” ,以 v随 s的 变 化 来 表 示 ,如 图 3所 示 .图 3 以 v2s表 示 的 工 况 块Fig. 3 Cycle blocks denoted by v2s所 需 设 计 的 模 糊 控 制 器 为 一 种 多 输 入 单 输 出 的模 型 ,输 入 变 量 为 “ 工 况 块 ” 的 平 均 车 速 和 行 驶 距离 ,输 出 量 为 “ 工 况 类 别 ” ,输 入 变 量 的 隶 属 函 数 选择 高 斯 型 函 数

27、 ,输 出 变 量 的 隶 属 函 数 选 择 三 角 型 函数 .以 图 3获 得 的 数 据 与 所 选 择 循 环 工 况 的 类 别 为例 ,得 到 模 糊 控 制 器 输 入 量 与 输 出 量 之 间 的 关 系 如图 4所 示 ,以 等 高 线 的 形 式 来 表 示 行 驶 工 况 类 别 的分 类 ,图 中 的 等 高 线 表 示 在 此 线 上 的 “ 工 况 ” 点 均 属图 4 模 糊 控 制 规 则Fig. 4 Rules of fuzzy control01 华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 35卷 1994-2009 China Aca

28、demic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/于 同 一 行 驶 工 况 类 别 ,此 即 为 模 糊 控 制 规 则 8 .基 于 已 设 计 好 的 模 糊 控 制 器 ,输 入 几 种 由 城 市 、郊 区 、 高 速 公 路 等 不 同 循 环 工 况 组 合 的 新 工 况 ,由“ NewYorkBus + UDDSHDV + NYCC + ARTER IAL +ARB02” 5种 不 同 类 别 的 循 环 工 况 组 成 . 这 样 的 混 合工 况 若 采 用 传 统 的 工 况 数

29、据 统 计 分 析 方 法 ,则 很 难提 取 出 有 利 于 辨 识 工 况 类 别 的 信 息 ,将 该 工 况 分 解成 多 个 “ 工 况 块 ” ,将 “ 工 况 块 ” 信 息 进 行 模 糊 辨 识 ,可 得 到 如 图 5所 示 的 输 出 ,从 而 可 得 出 该 工 况 块 所属 的 相 应 “ 工 况 类 别 ” . 从 结 果 可 以 发 现 该 模 糊 辨 识器 能 较 好 地 辨 识 出 “ 工 况 ” 所 属 的 类 别 .图 5 模 糊 控 制 器 识 别 得 到 的 行 驶 工 况 类 别Fig. 5 Running cycle sorts recognize

30、d by fuzzy controller2. 2 行 驶 工 况 的 聚 类 分 析模 糊 分 析 是 根 据 车 辆 行 驶 平 均 车 速 和 行 驶 距 离的 关 系 来 确 定 工 况 的 所 属 类 别 ,这 些 类 别 事 先 已 根据 一 定 的 经 验 确 定 了 下 来 ,由 于 这 些 类 别 的 划 分 标准 具 有 一 定 的 主 观 成 分 ,因 此 并 非 反 映 了 工 况 的 细致 特 性 和 关 系 . 这 里 采 用 聚 类 分 析 9 的 方 法 ,来 对工 况 类 别 特 性 进 行 更 细 致 的 定 量 分 析 .由 于 车 辆 行 驶 的 路 段

31、 包 含 多 种 不 同 交 通 特 征 ,实 际 运 行 工 况 的 调 查 与 分 析 过 程 比 较 复 杂 ,这 里 采用 ADV ISOR中 包 含 的 21种 理 论 循 环 工 况 进 行 分析 ,选 取 工 况 时 间 、 距 离 、 最 大 车 速 、 平 均 车 速 、 最 大加 速 度 、 最 大 减 速 度 、 平 均 加 速 度 、 平 均 减 速 度 、 停 止时 间 和 停 止 次 数 10个 参 数 作 为 工 况 相 关 特 性 参 数 ,如 表 4所 示 .在 此 数 据 基 础 上 ,采 用 Matlab工 具 对 上 述 21种 工 况 进 行 聚 类

32、分 析 ,得 到 如 图 6所 示 的 结 果 .如 图 6所 示 ,其 中 的 虚 线 表 示 分 类 时 选 取 的 相似 度 阀 值 ,工 况 类 别 之 间 的 连 线 (实 线 )的 高 度 表 示他 们 之 间 的 相 似 度 . 如 果 选 取 相 似 度 为 34129 %为表 4 部 分 理 论 循 环 工 况 的 相 关 特 性 参 数Table 4 Related characteristic parameters of some acdem ic running cycles序 号 工 况 总 时间 / s 总 距离 /km最 大车 速 /( km h - 1 )平 均

33、车 速 /( km h - 1 )最 大 加速 度 /(m s- 2 )最 大 减速 度 /(m s- 2 )平 均 加速 度 /(m s- 2 )平 均 减速 度 /(m s- 2 )停 止时 间 / s停 止次 数1 CBDTRUCK 850 3. 51 32. 19 14. 86 0. 36 0. 63 0. 29 0. 56 159 142 WVUC 1 408 5. 32 57. 65 13. 59 1. 14 3. 24 0. 30 0. 39 427 143 MANHATTAN 1 089 3. 32 40. 72 10. 98 2. 06 2. 50 0. 54 0. 67 3

34、94 204 NurembergR36 1 084 4. 32 53. 70 14. 33 1. 88 2. 11 0. 58 0. 55 334 245 10215 660 4. 16 69. 97 22. 68 0. 79 0. 83 0. 57 0. 65 215 76 NYCCOMP 1 029 4. 03 57. 94 14. 10 4. 11 3. 88 0. 47 0. 54 341 197 CBDBUS 574 3. 23 32. 19 20. 21 1. 03 2. 10 0. 81 1. 67 116 148 WVUSUB 1 665 11. 97 72. 10 25. 8

35、7 1. 29 2. 16 0. 33 0. 42 420 99 NYCC 598 1. 90 44. 58 11. 41 2. 68 2. 64 0. 62 0. 61 210 1810 NYCTRUCK 1 016 3. 43 54. 72 12. 16 1. 96 1. 87 0. 55 0. 65 529 2011 UDDSHDV 1 060 8. 94 93. 34 30. 32 1. 96 2. 07 0. 48 0. 58 353 1412 UDDS 1 369 11. 99 91. 25 31. 51 1. 48 1. 48 0. 50 0. 58 259 1713 ECE_E

36、UDC_L 400 6. 63 90. 00 31. 11 1. 06 1. 39 0. 58 0. 80 41 114 COMMUTER 329 6. 44 88. 51 70. 28 1. 03 2. 01 0. 28 1. 89 40 115 SC03 600 5. 76 88. 19 34. 51 2. 28 2. 73 0. 50 0. 60 117 616 EUDC 400 6. 95 120. 00 62. 44 0. 83 1. 39 0. 38 0. 93 42 117 ARTER IAL 291 3. 22 64. 37 39. 71 1. 07 2. 01 0. 60 1

37、. 79 48 418 LA92 1 435 15. 80 108. 15 39. 60 3. 08 3. 93 0. 67 0. 75 234 1619 REP05 1 400 32. 25 129. 23 82. 88 3. 79 3. 19 0. 44 0. 50 47 720 US06_HW Y 368 10. 04 129. 23 97. 91 3. 08 3. 08 0. 34 0. 41 12 121 HL07 421 10. 05 128. 75 85. 74 3. 58 2. 55 1. 29 0. 97 41 211 第 6期 罗 玉 涛 等 : 混 合 动 力 电 动 汽

38、 车 行 驶 工 况 分 析 与 识 别 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/分 类 阀 值 ,则 21个 工 况 被 分 为 了 两 大 类 ,第 一 大 类包 含 1 18号 工 况 ,第 二 大 类 包 含 19 21号 工 况 ;如 果 选 取 相 似 度 为 40135%为 分 类 阀 值 ,则 21个 工况 被 分 为 了 三 大 类 ,第 一 大 类 包 含 1 17号 工 况 ,第二 大 类 包 含 18号 工 况 ,第 三 大 类 包

39、含 19 21号 工况 ;以 此 类 推 ,选 取 更 大 的 相 似 度 作 为 分 类 阀 值 ,可以 得 到 更 细 的 分 类 .图 6 聚 类 分 析 得 到 的 行 驶 工 况 类 别Fig. 6 Clasification of driving cycles recognized by clustering图 7为 20和 21号 工 况 的 va 2t图 . 从 图 7可 见 ,对 于 20和 21号 两 种 高 速 公 路 工 况 ,通 过 聚 类 分 析不 仅 可 以 得 到 和 工 况 模 糊 分 类 同 样 的 判 别 ,而 且 可图 7 同 属 高 速 工 况 类 别

40、 的 20号 和 21号 循 环 工 况Fig. 7 No. 20 and No. 21 driving cycles belong to the highwaydriving cycle以 在 特 征 值 相 似 程 度 (相 似 度 约 为 65% )的 基 础 上得 到 更 量 化 的 分 类 属 性 .3 基 于 行 驶 工 况 识 别 的 HEV匹 配 与控 制 策 略车 辆 的 理 论 行 驶 工 况 是 在 车 辆 实 际 运 行 工 况 基础 上 根 据 一 定 的 规 则 提 取 出 来 的 具 有 代 表 性 的 特 征描 述 . 虽 然 实 际 运 行 工 况 是 随 机

41、 且 不 可 确 定 的 ,但 也能 够 从 大 量 的 理 论 循 环 工 况 中 找 到 一 些 类 似 的 特征 . 结 合 前 面 的 分 类 分 析 方 法 ,不 仅 可 以 在 HEV设计 定 型 之 前 对 其 将 要 适 用 的 工 况 环 境 有 一 个 详 实 细致 的 分 析 ,找 到 一 个 更 相 近 的 现 有 理 论 循 环 工 况(或 者 根 据 类 别 分 析 提 取 出 一 个 参 考 工 况 )作 为HEV匹 配 和 控 制 策 略 优 化 的 背 景 ,而 且 在 控 制 策 略的 实 际 应 用 过 程 中 ,可 先 根 据 大 量 的 理 论 循 环

42、 工 况数 据 获 得 控 制 策 略 的 集 合 ,在 实 际 行 驶 过 程 中 对 车辆 的 工 况 进 行 实 时 的 分 析 和 预 测 ,以 寻 找 相 似 程 度较 高 的 理 论 循 环 工 况 下 的 控 制 策 略 进 行 实 际 控 制 .实 际 应 用 时 ,可 通 过 行 驶 工 况 类 别 模 糊 控 制 器 ,将 HEV 积 累 的 实 际 行 驶 工 况 分 为 stopngo、 urban、suburban、 rural、 highway等 几 类 . 在 每 一 类 工 况 中 ,再通 过 聚 类 分 析 ,选 择 具 有 代 表 性 的 “ 行 驶 循 环

43、 簇 ” 组成 相 应 的 行 驶 工 况 数 据 库 10 .假 设 通 过 模 糊 控 制 器 辨 识 出 当 前 的 行 驶 工 况 属于 城 市 行 驶 工 况 ,又 通 过 聚 类 分 析 ,选 择 出 “ , , ” 行 驶 工 况 为 车 辆 的 城 市 行 驶 工 况 代 表 性 的 “ 行驶 循 环 簇 ” ,如 图 8所 示 . 由 于 从 出 发 地 到 目 的 地 的整 个 行 程 过 长 ,将 行 驶 工 况 分 为 多 个 阶 段 ,这 里 分 为“ 阶 段 1” 、“ 阶 段 2” .“ 行 驶 循 环 簇 ” 里 的 每 一 个 循 环 ,可 对 应 一 个 经

44、过 计 算 的 参 数 控 制 策 略 ,该 策 略 可 以 实 现 驱 动 系 统的 动 力 性 要 求 ,并 能 使 控 制 目 标 达 到 最 优 ,如 行 驶 工况 对 应 策 略 ,如 此 类 推 .图 8 行 驶 循 环 簇 示 意 图Fig. 8 Sketch map of running cycle clusters21 华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 35卷 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/在 设 定

45、的 每 个 阶 段 ,车 载 各 种 传 感 系 统 对 车 辆当 前 的 行 驶 工 况 信 息 进 行 采 集 ,将 工 况 信 息 与 相 应类 别 的 行 驶 工 况 数 据 库 中 的 工 况 进 行 比 较 ,选 择 相近 的 类 似 工 况 对 HEV优 化 能 量 管 理 策 略 进 行 控 制 .此 外 ,还 可 根 据 对 实 时 工 况 的 分 析 和 预 测 ,判 断其 工 况 的 类 别 以 决 定 控 制 策 略 中 控 制 目 标 的 优 先 情况 ,例 如 对 城 市 工 况 可 考 虑 针 对 排 放 性 能 的 优 先 控制 ,而 郊 区 工 况 和 高 速

46、 公 路 工 况 可 考 虑 燃 油 经 济 性的 保 证 和 提 升 .4 结 论本 文 中 通 过 对 不 同 行 驶 工 况 下 ,混 合 动 力 电 动汽 车 匹 配 和 控 制 策 略 优 化 结 果 进 行 分 析 发 现 ,工 况的 平 均 功 率 和 平 均 功 率 的 标 准 差 对 混 合 动 力 汽 车 的混 合 度 有 很 大 的 影 响 . 在 同 一 混 合 度 下 ,针 对 不 同 的工 况 采 用 不 同 的 可 调 参 数 可 得 到 不 同 的 燃 油 经 济 性和 最 终 稳 定 的 电 池 荷 电 状 态 值 .提 出 了 “ 工 况 块 ” 的 概 念

47、 ,用 工 况 的 平 均 行 驶 车速 和 行 驶 距 离 作 为 特 征 参 数 ,将 统 计 的 理 论 工 况 进行 分 类 ,通 过 模 糊 控 制 器 ,对 实 际 工 况 进 行 模 糊 分析 ,将 其 划 为 对 应 的 某 一 类 . 为 更 准 确 地 反 映 行 驶 工况 ,还 提 出 了 以 时 间 、 距 离 、 最 大 车 速 等 10个 参 数 作为 工 况 相 关 特 性 参 数 ,用 聚 类 分 析 的 方 法 对 车 辆 行驶 工 况 的 类 别 进 行 了 更 细 致 的 分 析 和 辨 识 .在 上 述 工 况 识 别 的 基 础 上 ,提 出 了 根

48、据 车 辆 实际 行 驶 工 况 的 采 集 进 行 实 时 工 况 识 别 ,以 期 让 控 制策 略 根 据 实 时 工 况 的 变 化 作 出 自 适 应 调 整 的 混 合 动力 汽 车 控 制 策 略 .参 考 文 献 : 1 李 孟 良 ,李 洧 ,方 茂 东 . 道 路 车 辆 实 际 行 驶 工 况 解 析 方法 研 究 J . 武 汉 理 工 大 学 学 报 , 2003, 27 (1) : 69272.L iMeng2liang, L i W ei, Fang Mao2dong, et al. The parsemethod of actual running cycle

49、of vehicle on road J .Journal ofW uhan University of Technology, 2003, 27 (1) :69272. 2 L in Chan2chiao, Peng Huei, Jeon Soonil. Control of a hy2brid electric truck based on driving pattern recognition C Proceedings of the 2002 Advanced Vehicle ControlConference. Japan: H iroshima, 2002. 3 胡 红 斐 ,黄 向 东 ,罗 玉 涛 ,等 . 一 种 混 联 式 HEV瞬 时 优化 监 控 策 略 的 研 究 J . 中 国 机 械 工 程 , 2006, 17 ( 6) :6492653.Hu Hong2fei, Huang Xiang2dong, Luo Yu2tao, et al. S