能源效率的最佳优化策略

3.5.2.1　优化目标

混联式混合动力车辆实时能量效率优化目标为在每一瞬时给出最优控制量（发动机转速、转矩），在满足瞬时需求功率的前提下，使得功率分配机构效率与发动机效率乘积（能源效率）最大：

3.5.2.2　约束

系统的不等式约束仍为发电机、电机的转速、转矩等部件物理约束：

转速、转矩等式约束方程与前文中的一致，但需增加电池功率平衡约束条件：

Pbatt(k)=0

3.5.2.3　优化求解过程

（1）根据解析出的需求转矩（考虑了等效机械效率）和当前车速，对速比ρ进行优化：利用不同速比 ρr求得发动机转速 ωE_r，利用发动机外特性求出发动机最大输出转矩 TE_rmax，再由EVT1和EVT2的转速等式约束求解获得电机A、B的转速 ωA_r，ωB_r，验证电机转速不等式约束条件，排除不可行工作点。

（2）在满足（1）后，继续利用速比 ρr从功率分配装置效率中反求出两个模式分别对应的发动机转矩验证发动机转矩约束条件 （TE_r ≤ TE_rmax），若不满足直接舍去，若满足则进一步查表获得发动机油耗 m˙f _r （ωE_r，TE_r），进而利用式（3.62）和式（3.63）求出发动机效率 ηE_r，同时利用转矩等式约束关系式3.52和式3.53求得对应的电机A、B转矩验证电机转矩约束关系式（TA_r ≤ TA_rmax，TB_r ≤ TB_rmax）和电池功率平衡约束关系式（|Pbatt（k）|≤ δbatt，δbatt为数值计算时选取的一个接近于0的电池功率阈值），继续排除不可行工作点。

（3）将剩余可行工作点对应的功率分配装置效率和发动机效率相乘后获得该速比下系统实时能源效率。

（4）对不同速比重复以上步骤迭代优化，分别得到EVT1和EVT2的系统实时最大能量效率，效率高者即为最优模式。

（5）当前最优模式下的最佳能量效率所对应的发动机转速、转矩即为最优工作点。

EEMS的计算流程和控制架构分别如图3.15和图3.16所示。

图3.15　双模混联式混合动力车辆EEMS的计算流程

图3.16　双模混联式混合动力车辆EEMS的控制架构

3.5.2.4　仿真结果(www.xing528.com)

本节的仿真对象为双模混联式混合动力车辆，仍选取UDDS工况以及UDDSHDV工况进行仿真以分析所提出的能源效率最优化策略（EEMS）的电池SOC变化和燃油经济性。电池SOC，工作模式以及发动机，电机A、B的转速、转矩如图3.17和图3.18所示。

图3.17　UDDS工况、SOC、工作模式及发动机、电机转速、转矩

（a）UDDS工况、SOC和工作模式

图3.17　UDDS工况、SOC、工作模式及发动机、电机转速、转矩（续）

（a）UDDS工况、SOC和工作模式；（b）UDDS工况下的发动机、电机转速、转矩

图3.17　UDDS工况、SOC、工作模式及发动机、电机转速、转矩（续）

（b）UDDS工况下的发动机、电机转速、转矩

图3.18　UDDSHDV工况、SOC、工作模式及发动机、电机转速、转矩

（a）UDDSHDV工况、SOC和工作模式

图3.18　UDDSHDV工况、SOC、工作模式及发动机、电机转速、转矩（续）

（b）UDDSHDV工况下的发动机、电机转速、转矩

在UDDS工况下，电池SOC轨线始终保持在期望值0.6附近（工况结束时SOC值为0.608 5，变化率为1.4%）；在UDDSHDV工况下，电池SOC轨线有一些波动，但仍保持在期望值0.6附近（工况结束时SOC值为0.601 5，变化率为0.25%）。采用能源效率最优化策略时，系统功率基本上全部由发动机提供，即使在UDDSHDV工况的200 s附近和300 s附近输出功率需求非常小时，发动机仍需要提供功率。

表3.2为能源效率最优化策略在UDDS和UDDSHDV工况下的始末SOC值与燃油消耗结果。

表3.2　EEMS的SOC值和燃油消耗