Розробка підходу до оптимізації енергоменеджменту PHEV/HEV на основі критеріїв мінімізації витрат палива й викидів

Abstract

У роботі розглянуто основні архітектури гібридних силових установок, зокрема послідовну, паралельну, послідовно-паралельну та схему з розподілом потужності. Проаналізовано характер енергетичних потоків між двигуном внутрішнього згоряння, електродвигуном, генератором, трансмісією та тяговою батареєю. Досліджено сучасні стратегії енергоменеджменту PHEV/HEV, серед яких правило-орієнтовані алгоритми, нечітка логіка, еквівалентна мінімізація витрати палива, динамічне програмування, прогнозне керування та інтелектуальні методи оптимізації. Сформовано розрахункову схему гібридного транспортного засобу, визначено вихідні параметри для математичного моделювання та розглянуто основні сили опору руху автомобіля. Побудовано математичну модель визначення тягової сили та потужності на колесах, описано підхід до розрахунку витрати палива двигуном внутрішнього згоряння та оцінювання викидів CO₂ і шкідливих компонентів відпрацьованих газів. Розроблено структурну схему системи оптимізованого енергоменеджменту PHEV/HEV, яка передбачає отримання вхідних даних про режим руху, запит потужності, стан тягової батареї та параметри роботи двигуна внутрішнього згоряння.

The paper examines the principal architectures of hybrid powertrains, including series, parallel, series-parallel, and power-split configurations. The nature of energy flows between the internal combustion engine, electric motor, generator, transmission, and traction battery is analysed. Contemporary energy management strategies for PHEVs and HEVs are investigated, encompassing rule-based algorithms, fuzzy logic control, equivalent fuel consumption minimisation, dynamic programming, model predictive control, and intelligent optimisation methods. A computational scheme of the hybrid vehicle is formulated, the initial parameters for mathematical modelling are defined, and the principal motion resistance forces acting on the vehicle are examined. A mathematical model for determining traction force and wheel power output is constructed, an approach to calculating internal combustion engine fuel consumption is described, and a method for estimating CO₂ and harmful exhaust gas constituent emissions is presented. A structural block diagram of the optimised PHEV/HEV energy management system is developed, providing for the acquisition of input data on the driving mode, power demand, traction battery state, and internal combustion engine operating parameters.