分布式驱动的增程式电动汽车运行模式优化与整车协调控制研究

Distributed drive mode based extended-range electric vehicle (E-REV) is a multi-body multi-field coupling system, which shows complex characteristics of changing operating mode, dynamic operating conditions and time-varying parameters. How to choose the operation mode and design the coordination control strategy, in order to achieve safe, stable and efficient operation for E-REV, has become an urgent problem to be solved. In this project, firstly, multi-body multi-field coupling dynamics model will be established for E-REV, and the nonlinear relationship between vehicle operation mode and vehicle energy consumption, exhaust emissions will be explored. Secondly, a comprehensive multi-objective function model (minimum energy consumption and emissions) will be established for the problem of vehicle operation mode, then a multi-objective optimization method is proposed to solve this optimization problem and the optimization result is the optimal operation modes under various conditions. Finally, real-time coordination control method will be presented under the changeable driving environment and complex condition, the wheel motor torque coordination, range extender/battery coordination, engine/ generator coordination and drive mode switch strategy will be studied. This project will propose novel control theory and control method for distributed drive mode based E-REV, especially in the operation mode optimization and vehicle coordination control. The main objective of this project is to realize the comprehensive optimization of vehicle power performance and economy for E-REV. The research results will provide new theoretical methods and technical support for the electric vehicle control.

采用分布式驱动方式的增程式电动汽车是一个多体多场强耦合系统，具有运行模式多变、工况复杂、参数时变的运行特性。如何选择车辆运行模式并设计整车协调控制策略，实现车辆的安全稳定与高效节能运行，已成为一个亟待解决的难题。为此，本项目首先建立该对象的多体多场耦合动力学模型，探索车辆运行模式与整车综合能耗、尾气排放的非线性关系；其次，设计最小化整车综合能耗和尾气排放的多目标函数，提出车辆运行模式多目标优化方法，解决各种工况下的全局优化运行难题；最后，研究多变行驶环境与复杂工况下的整车实时协调控制方法，解决轮毂电机转矩协调、增程器与蓄电池功率协调、发动机与发电机协调、驱动模式切换等关键难题。项目将提出增程式电动汽车的运行模式优化与整车协调控制新理论、新方法，实现车辆动力性能和经济性能的综合优化，研究成果将为电动汽车控制提供新理论方法和技术支持。

项目所研究的分布式驱动电动汽车是一个多体多场强耦合系统，具有运行模式多变、工况复杂、参数时变的特性。如何实现整车的协调控制、安全稳定与高效节能运行，是一个亟待解决的难题。为此，本项目首先建立路面-轮胎-悬架-车身多体耦合动力学模型，以及驱动系统-轮毂电机多场耦合动力学模型；在车辆运行模式优化方面，研究充电效率优化，研究多运行工况优化，以及相关的优化控制理论算法等。在轮毂电机驱动/制动转矩协调方面和车辆稳定性控制方面，考虑车辆系统之间耦合、不确定特性等因素，研究最优转矩分配方案，实现车辆最优的经济性和稳定性。主要的结果包括：基于模糊逻辑滑模控制器的鲁棒再生充电控制、面向智能驾驶的速度自适应路径跟踪控制、基于多模型策略的分布式驱动电动汽车多工况模式优化、面向电动汽车运行模式优化的高斯变异的多目标和声优化、面向电动汽车运行模式优化的并行混沌与和声搜索的多目标混合优化、基于参数辨识和SOC在线校正的镍氢电池工作范围优化、基于动态解耦控制系统的分布式驱动电动汽车横摆控制、基于模型预测控制的分布式驱动电动汽车转矩分配、混合动力挖掘机能量管理系统控制策略研究、子空间预测控制方法等。最后，将运行模式优化与整车协调控制理论方法应用于所搭建的Carsim-Simulink 联合仿真平台，优化了控制系统及参数。本项目在实施过程中，研究计划及目标各部分均顺利执行，在国内外重要学术期刊发表研究论文22篇，其中SCI源刊论文17篇；参加国内外学术会议交流和学术讨论会19人次；申请国家发明专利6项，其中已经取得授权专利3项；获得省部级科技奖励2项。