高效的动力总成设计——一种混合整数几何规划方法

电池电动汽车的动力总成可被优化，以在牵引电池给定储能下最大化行驶里程。为此，必须求解一个组合控制与设计问题，其构成一个非凸混合整数非线性规划。为更高效地解决该设计任务，我们提出一种新的系统性优化方法，可将其转化为凸混合整数非线性规划。求解过程基于几何规划与 Benders 分解的结合。该方法的优势在于求解速度快、全局收敛，并且能够以零额外代价导出最优设计点处的局部灵敏度，因为这些灵敏度在优化过程中通过求解对偶问题得到。所提方法适用于完整驾驶循环的评估（如动力总成系统设计中通常所做的那样），亦可用于随机方法，即从给定概率密度函数中采样多个场景。后者有助于考虑驾驶行为的不确定性，从而针对大量车辆与驾驶条件生成平均意义下最优的解。动力总成模型中，我们采用最多两个可选传动比的变速器模型，以及基于缩放效率图表示的电动机模型。此外，所示模型亦可用来建模无级变速器，以展现该额外自由度带来的节能收益。所提设计方法亦适用于除上述用例外广泛的技术系统设计任务。