Разработка рациональной стратегии управления автомобильной гибридной силовой установкой в ездовом цикле

Введение (постановка задачи и актуальность). Ввиду значительных расстояний между населёнными пунктами, а также недостаточно развитой инфраструктуры для повсеместной эксплуатации полных электромобилей, применение гибридных транспортных средств (ГТС) в Российской Федерации является оправданным и позволяет их гибко использовать в качестве альтернативы автомобилям с традиционными силовыми установками и полным электромобилям. Задача экономии энергетических ресурсов, а тем более невозобновляемых, при условии выполнения необходимой транспортной работы, актуальна для автомобилей со всеми типами силовых установок.
Цель исследования – разработка метода поиска рациональной стратегии регулирования гибридной силовой установкой (ГСУ) параллельного и последовательно-параллельного типов в заданном цикле движения: предложен критерий энергетической эффективности, подход к выбору варьируемых параметров и последовательность оптимизации.
Методология и методы. Применены численные методы исследования. В качестве примера рассмотрен процесс движения в условиях ездового цикла WLTC автомобиля Toyota Prius ZVW52, для которого расчётным способом составлены математические модели характеристик ГСУ.
Результаты и научная новизна заключаются в том, что предложенный метод по сравнению с известными подходами позволяет сократить вычислительную сложность задачи рационального регулирования агрегатов ГТС в заданном ездовом цикле за счёт объединения однотипных режимов движения в группы, исключения из числа возможных состояний системы нереализуемых и нерациональных режимных точек с последующим применением к оставшемуся числу состояний многопараметрической оптимизации.
Практическая значимость. Разработанный метод может быть применён для совершенствования алгоритмов управления ГТС параллельного и последовательно-параллельного типов с целью достижения максимальной совместной эффективности двигателя внутреннего сгорания и электрического привода как в условиях ездовых циклов, так и в реальных условиях движения.

1. ГОСТ Р 59890-2021. Автомобильные транспортные средства. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Технические требования и методы испытаний на базе всемирной согласованной процедуры испытания транспортных средств малой грузоподъёмности и испытаний в реальных условиях эксплуатации. – Введ. 2022-04-01. – М.: Российский институт стандартизации, 2022. – 280 с.

2. Парк электрокаров и гибридов в России. URL: https://www.autostat.ru/infographics/58435/?ysclid=m5ybwenpe2238918144 (дата обращения: 20.11.2024).

3. Zhang C, Vahidi A. Route preview in energy management of plug-in hybrid vehicles // IEEE Trans Control Syst Technol. – 2012. – No. 20 (2):546e53.

4. Chen Z., Xiong R., Wang C., Cao J. An on-line predictive energy management strategy for plug-in hybrid electric vehicles to counter the uncertain prediction of the driving cycle // Appl. Energy. – 2017. – No. 185 (2). – P. 1663–1672.

5. Guo H., Liang B., Guo H., Zhang K. A robust costate predictive model for energy management of plug-in hybrid electric bus // J. Clean. Prod. – 2020. – No. 250 (3), 119478.

6. Zhang B., Xu F.G., Shen T.L. Receding horizon optimal control of HEVs with onboard prediction of driver’s power demand // IET Intell. Transp. Syst. – 2020. – No. 14 (12). – P. 1534–1545.

7. East S., Cannon M. Energy management in plug-in hybrid electric vehicles: convex optimization algorithms for model predictive control // IEEE Trans. Control Syst. Technol. – 2020. – No. 28 (6). – P. 2191–2203.

8. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989. – 240 с.

9. Klir G.J. Facets of systems science. – Springer, 1991. – P. 121–128. – ISBN 9780306439599.

10. Блохин А.Н. Разработка методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учётом эксплуатационных свойств и назначения автомобиля: дис. … канд. тех. наук: 05.05.03. – Нижний Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2006. – 256 с.

11. Toyota Hybrid – Transmissions line-up. URL: https://www.toyota-club.net/files/faq/21-12-01_faq_hybrid_tr_en.htm?ysclid=m1osgwob4y333001578 (дата обращения: 20.11.2024).

12. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие для вузов; 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 496 с.

13. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2010. – 350 с.

14. Фираго Б.И., Александровский С.В. Энергетические показатели синхронного частотно-регулируемого электропривода // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. Объединений СНГ. – 2018. – Т. 61, № 4. – С. 287–298. EDN: TODPUE.

15. Тихомиров В.А., Бычков Е.В. Компьютерный анализ КПД преобразовательных устройств // Интеллектуальная электротехника. – 2021. – № 1 (13). – С. 93–108. DOI: 10.46960/2658-6754_2021_1_93.EDN: DDFXGH.

16. Горожанкин С.А., Савенков Н.В., Золотарев О.О. Исследование энергетической эффективности рабочего процесса гибридной силовой установки автомобиля при установившемся движении // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2024. – № 2 (145). – С. 90–101. EDN: BNXVMC.