机电复合传动系统实时功率分配优化控制研究

孙永丰　钱锟

摘 要：文章分别从机电复合传动系统的构成及其仿真模型的建立两个角度出发，对系统进行了深入的介绍，以此为基础，重点阐述了基于MPC的机电复合传动实时功率分配的优化控制策略，目的在于通过优化控制策略的实施，能够进一步提高传动系统的运行效率、使其实时性能够得到最大程度的保证。

关键词：机电复合传动系统；实时功率；分配；优化控制

在车辆运行过程中，传动系统起着重要的作用。机电复合传动系统属于传动系统的一种特殊形式，系统运行的主要目的在于提高车辆的灵活性，同时达到减小功率消耗、节约燃油的目的。对机电复合传动系统实时功率的分配优化控制过程的分析能够使上述目的得以达成，因此也就能够为车辆性能提供更大的价值。

1 机电复合传动系统构成

根据车辆的大小以及类型的不同，其机电复合传动系统的构成也不尽相同，以双模式机电复合传动系统为例，这一系统类型主要适用于大型车辆

双模式机电复合传动系统的构成主要包括电池组、电机、发动机以及离合器与制动器4个部分组成。其中电池组主要有一个，功能在于为传动系统功能的实现提供电力。发动机的数量同样为一个，作为车辆的核心部分，其功能主要在于为车辆的形式提供足够的动力。电机有两个，分别为电机A与电机B。离合器有两个，分别为CL0与CL1。制动器B1数量为1个。上述不同的部分通过互相连接共同组成了双模式的机电复合传动系统，并通过互相配合使得传动功能得以实现。

2 机电复合传动系统仿真模型的建立

在对机电复合传动系统进行开发的过程中，为了最大程度的节约成本，进行相应的仿真实验十分必要。仿真实验需要以事实为依据来完成，即实验的设定要与实际系统的设计情况完全吻合。

2.1 建模方法

机电复合传动系统仿真模型的建立方法主要包括两种，分别为后向仿真与前向仿真后向仿真与前向仿真的主要区别在于仿真顺序不同，同时，相对于后者而言，前者不存在驾驶员模块。在后向仿真过程中，首先需要假设车辆处于循环公开的情况下，按顺序分别对车轮、传动部件、控制器以及动力源进行计算，从而完成仿真实验过程。前向仿真不存在循环工况，需要驾驶员按照工况的需求进行驾驶，并完成从控制器到动力源、传动部件与车辆各参数的计算过程，从而结束仿真实验。在对方案进行选择的过程中，需要根据实验具体决定。文章主要采取了前向仿真的方式对机电复合传动系统的实时功率问题进行了分析。

2.2 模型的建立

在确定仿真方案后，需要做的便是建立相应的模型，其中发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型、动力电池组模型以及驾驶员模型都属于需要重点建立的部分。每一模型的建立都需要充分考虑其具体的特点。

驾驶员模型的构建需要考虑车辆的形势速度、空气阻力、迎风面积以及坡度阻力等多方面因素，这样才能保证模型的构建能够与实际情况相符合。

3 基于MPC的机电复合传动实时功率分配优化控制

3.1 MPC简介

模型预测控制，简称MPC，其产生时间相对较短，但实践证明，其应用价值值得肯定。相对于其他算法而言，模型预测控制在计算过程中具有过程简单的特点，同时其控制效果也相对较好，因此目前已经被应用到了工业等产业的控制系统中，并对系统功能的稳定发挥带来了积极的促进作用。将其应用到机电复合传动实时功率分配优化控制过程中，对于保证算法的可靠性具有极大的价值，同时，在这一基础上，优化控制过程的实现也会相对容易。

3.2 基于MPC的机电复合传动实时功率分配优化模型

基于MPC的机电复合传动实时功率分配优化模型的建立需要在了解发动机油耗的基础上进行，发动机瞬间油耗模型为：，其中Te代表发动机转矩，We代表发动机转速。通过将相应的系数代入到模型当中，最终能够得出瞬间油耗的值。除此之外，想要得出系统优化模型，还应具备电池组模型与不同模式下的系统动力耦合机构动力学模型。将上述模型与车量动力学方程相结合，能够得出不同模式下的系统的优化模型。通过对模型的简化，最终所得到的系统优化模型如下：

3.3 性能测试

为保证系统优化模型能够达到对机电复合传统系统实时功率进行优化控制的目的，实施相应的性能测试非常必要。本次实验所采取的性能测试方法为实车测试，即将所得到的优化控制策略真正应用到了实车驾驶过程中。

实车实验前需要做好相应的准备：首先需要对车辆的机电复合传动装置进行检查，要保证其性能良好，不存在故障，同时还要保证系统的各项参数均在正常范围内，各线路均连接正常。其次，实验开始之前半个小时需要对车辆进行预热，以保证其能够直接进入到测试的状态。最后，要控制好电机过载问题，不同的实验对电机过载的允许程度不同。

实验完成之后发现，通过对系统优化控制策略的应用，车辆的动力性能得到了一定程度的提高，同时实时功率的分配效果也得到了极大程度的改善。

4 结论

综上，对机电复合传统系统实时功率优化控制过程的实现需要通过建立机电复合系统功能模型以及相应的优化模型来实现，除此之外，相应的仿真实验以及性能测试也必不可少。通过对优化模型的建立以及性能测试发现，该优化模型对于实时功率的优化控制水平的提高能够起到较好的效果。

参考文献

[1]郑海亮.机电复合传动系统实时功率分配优化控制研究[D].北京理工大学，2015.

[2]张东好，韩立金，项昌乐，等.机电复合传动最优功率分配策略研究[J].汽车工程，2014，（11）：1392-1398，1404.

（作者单位：中国人民解放军65185部队）