通过动态规划优化插电式混合动力电动汽车 (PHEV) 能源管理附Matlab、Simulink代码

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🔥 内容介绍

一、引言

插电式混合动力电动汽车（PHEV）结合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点，能有效减少尾气排放并提高能源利用效率。然而，要充分发挥其优势，关键在于合理的能源管理策略。动态规划（DP）作为一种强大的优化技术，为 PHEV 能源管理提供了一种系统且有效的方法，可实现对发动机、电动机等能源部件的精准调控，从而优化车辆的能耗与排放。

二、PHEV 能源管理系统概述

1. PHEV 结构与工作模式

   ：PHEV 通常配备发动机、电动机、电池组以及相应的动力传输系统。它具有多种工作模式，如纯电模式（EV 模式），此时车辆仅依靠电动机驱动，适用于短距离行驶和低负载工况，能实现零排放；混合动力模式（HEV 模式），发动机和电动机协同工作，根据行驶需求智能分配动力，在长途行驶或高负载时保证车辆性能；以及纯发动机模式，一般在电池电量极低且需要大功率输出时启用。

2. 能源管理目标

   ：PHEV 能源管理的主要目标是在满足车辆行驶需求的前提下，最小化燃油消耗和尾气排放。这需要综合考虑多种因素，如驾驶循环（城市道路、高速公路等不同行驶工况）、电池状态（电量、健康状态）、发动机效率特性等，通过合理调配发动机和电动机的工作，实现能源的最优利用。

三、动态规划原理与应用

1. 动态规划原理

   ：动态规划基于贝尔曼最优性原理，将复杂问题分解为一系列相互关联的子问题，并通过求解子问题的最优解来得到原问题的最优解。在 PHEV 能源管理中，把车辆行驶过程按时间或行驶距离划分为多个阶段，每个阶段的决策（如发动机是否工作、电动机的功率输出等）取决于当前阶段的状态（如电池电量、车速等）以及下一阶段的状态。通过构建价值函数，评估每个阶段不同决策下的成本（如燃油消耗、排放等），最终找到使整个行驶过程总成本最小的决策序列。

四、基于动态规划的 PHEV 能源管理策略实现

1. 驾驶循环预测

   ：准确的驾驶循环预测对于动态规划优化至关重要。通过收集历史驾驶数据、使用车载传感器实时监测路况和驾驶行为等方式，预测未来一段时间内的行驶工况，如车速变化、启停频率等。这为动态规划提供了关键的输入信息，使其能够提前规划能源分配策略。

2. 离散化处理

   ：由于实际问题中状态变量和决策变量通常是连续的，为了应用动态规划，需要对其进行离散化。例如，将电池电量 SOC 划分为若干个离散区间，车速也离散化为不同的等级。虽然离散化会带来一定的近似误差，但能大大降低计算复杂度，使动态规划在实际中可行。

3. 动态规划求解过程
   • 初始化

     ：确定初始状态（如初始电池电量、初始车速等），并设定每个阶段的可能决策范围。

   • 正向递推

     ：从第一个阶段开始，对于每个可能的状态，计算在不同决策下的下一阶段状态以及相应的成本，更新价值函数。例如，在某一阶段，根据当前电池电量和车速，分别计算发动机和电动机不同功率组合下的燃油消耗、电池电量变化以及排放情况，得到该阶段不同决策的成本。

   • 反向追溯

     ：在完成所有阶段的正向递推后，从最后一个阶段开始，根据价值函数的值反向追溯，找到使总成本最小的决策序列，即最优能源管理策略。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1]韩彪.基于成本分析的PHEV参数匹配及其控制策略研究[D].吉林大学,2016.

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