專利名稱：分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力汽車的能量管理方法，尤其是涉及一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力汽車是當(dāng)前清潔能源汽車的發(fā)展主流，它可彌補(bǔ)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的不足，同時(shí)相對傳統(tǒng)汽車又可大幅度地提高能源利用率，減少尾氣排放?；旌蟿?dòng)力汽車有內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)等多個(gè)動(dòng)力源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何實(shí)時(shí)有效地對多個(gè)動(dòng)力源進(jìn)行能量管理仍是混合動(dòng)力汽車控制領(lǐng)域的難題之一?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)主要有兩種結(jié)構(gòu)，即行星齒輪結(jié)構(gòu)和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)，其中行星齒輪結(jié)構(gòu)被廣泛采用。混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的能量管理策略主要有三種方法，即基于規(guī)則方法、最優(yōu)化方法和智能化方法，而實(shí)際被采用的只有基于規(guī)則的能量管理策略?；谝?guī)則的能量管理策略主要以發(fā)動(dòng)機(jī)為優(yōu)化對象，由發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作區(qū)域，根據(jù)最優(yōu)工作區(qū)域來制定控制策略，目前，該方法主要采用發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)控制策略或發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線控制策略。基于規(guī)則的方法雖然控制簡單，實(shí)用性強(qiáng)，但無法保證整車在運(yùn)行過程中始終處于最優(yōu)狀態(tài)。基于最優(yōu)化方法的能量管理策略是以車輛所有動(dòng)力部件為優(yōu)化對象，根據(jù)車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)以及將來的運(yùn)行信息，對車輛各個(gè)動(dòng)力部件進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，保證整車在運(yùn)行過程中始終處于最優(yōu)狀態(tài)。目前，正在研究的主要方法有動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、等效消耗最小法和預(yù)測控制法?；谧顑?yōu)化的方法理論上可以保證車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，但由于控制變量多、計(jì)算負(fù)荷大，且需獲取將來的行駛路況信息，因此現(xiàn)在還無法實(shí)際應(yīng)用到普通車輛上。智能化能量管理策略大都以車輛所有動(dòng)力部件為優(yōu)化對象，以人的思維方式對車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中進(jìn)行優(yōu)化控制，如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，智能化方法雖然魯棒性強(qiáng)，但優(yōu)化效果無法得到保障。在專利《一種混合動(dòng)力車輛能量管理方法及能量管理系統(tǒng)》(申請公布號(hào)為CN102717797A)中，公布了一種基于遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行最優(yōu)化控制的能量管理策略，把采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)通過GPRS實(shí)時(shí)得傳遞給遠(yuǎn)程服務(wù)器，建立駕駛員需求功率轉(zhuǎn)移概率矩陣，并基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃建立能量管理狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，通過迭代計(jì)算得到最優(yōu)解，再傳輸給車輛控制器進(jìn)行控制。這種方法計(jì)算負(fù)荷大，且僅適用于路線固定的公交汽車。在專利《一種混聯(lián)式混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力控制方法》(申請公布號(hào)CN102815295A)中，公布了一種基于需求功率進(jìn)行分模式控制的能量管理策略，但未能保證每個(gè)模式下車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都處于最優(yōu)狀態(tài)° 在文獻(xiàn)〃 A four-step method to design an energy management strategyfor hybrid vehicles" (Zhu Yuan, Chen Yaobin, Tian Guangyu, et al.Proceedings ofAmerican Control Conference, pp.156-161, 2004)中，針對一種混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，提出過分模式控制方法，但每個(gè)模式內(nèi)均采用模糊控制方法，優(yōu)化方法只用來調(diào)整相關(guān)參數(shù)，所以控制效果的優(yōu)化性不能保證。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實(shí)用性高、計(jì)算負(fù)荷低、優(yōu)化性能好、適用范圍廣的分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
—種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，所述的混合動(dòng)力汽車中設(shè)有行星齒輪耦合裝置以及與行星齒輪耦合裝置連接的發(fā)動(dòng)機(jī)、第一電機(jī)和第二電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)有發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，兩電機(jī)有各自的控制器，所述的控制方法具體包括以下步驟:
I)狀態(tài)機(jī)根據(jù)車速、電池充電狀態(tài)值和車輛需求功率對汽車的工作模式進(jìn)行切換，以確定當(dāng)前汽車所處的工作模式；
2)模式選擇控制器獲取狀態(tài)機(jī)確定的工作模式，選取與當(dāng)前工作模式相對應(yīng)的控制算法及所需傳感器信號(hào)；
3)由選定的控制算法得到各驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和電機(jī)控制器，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給制動(dòng)控制器。
所述的狀態(tài)機(jī)對汽車的工作模式進(jìn)行切換具體為:
101)狀態(tài)機(jī)判斷是否滿足當(dāng)前車速小于下限值、電池SOC值大于下限值且車輛需求功率小于電池額定功率，若滿足，則將工作模式切換為低速模式，并執(zhí)行步驟103)，否則執(zhí)行步驟102)；
102)判斷當(dāng)前車速是否小于上限值，若是，則將工作模式切換為常規(guī)模式，并執(zhí)行步驟103)，若否，則將工作模式切換為高速模式；
103)判斷車輛需求功率是否小于等于零，若是，則進(jìn)入再生制動(dòng)模式，并執(zhí)行步驟104)，若否，則執(zhí)行步驟101)；
104)判斷車輛需求功率是否大于零，若是，則執(zhí)行步驟101)，若否，則保持再生制動(dòng)模式。
當(dāng)汽車的工作模式為低速模式時(shí)，所述的控制算法為PID?？刂破鞑捎肞ID控制算法根據(jù)電機(jī)需求轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值輸出低速模式下電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩；
當(dāng)汽車的工作模式為常規(guī)模式、高速模式或再生制動(dòng)模式時(shí)，所述的控制算法為模型預(yù)測控制算法，模式選擇控制器獲取當(dāng)前工作模式，由當(dāng)前工作模式下的狀態(tài)方程和目標(biāo)函數(shù)采用模型預(yù)測控制算法獲得最優(yōu)控制量。
當(dāng)汽車的工作模式為常規(guī)模式時(shí)，所述的模型預(yù)測控制算法的具體控制過程為:
201)確定常規(guī)模式下的狀態(tài)方程及目標(biāo)函數(shù)，常規(guī)模式下的狀態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，所述的混合動(dòng)力汽車中設(shè)有行星齒輪耦合裝置以及與行星齒輪耦合裝置連接的發(fā)動(dòng)機(jī)、第一電機(jī)和第二電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)連接有發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，兩電機(jī)有各自的控制器，其特征在于，所述的控制方法具體包括以下步驟: 1)狀態(tài)機(jī)根據(jù)車速、電池充電狀態(tài)值和車輛需求功率對汽車的工作模式進(jìn)行切換，以確定當(dāng)前汽車所處的工作模式； 2)模式選擇控制器獲取狀態(tài)機(jī)確定的工作模式，選取與當(dāng)前工作模式相對應(yīng)的控制算法及所需傳感器信號(hào)； 3)由選定的控制算法得到各驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和電機(jī)控制器，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給制動(dòng)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，其特征在于，所述的狀態(tài)機(jī)對汽車的工作模式進(jìn)行切換具體為: 101)狀態(tài)機(jī)判斷是否滿足當(dāng)前車速小于下限值、電池SOC值大于下限值且車輛需求功率小于電池額定功率，若滿足，則將工作模式切換為低速模式，并執(zhí)行步驟103)，否則執(zhí)行步驟102)； 102)判斷當(dāng)前車速是否小于上限值，若是，則將工作模式切換為常規(guī)模式，并執(zhí)行步驟103)，若否，則將工作模式切換為高速模式； 103)判斷車輛需求功率是否小于等于零，若是，則進(jìn)入再生制動(dòng)模式，并執(zhí)行步驟104)，若否，則執(zhí)行步驟101)； 104)判斷車輛需求功率是否大于零，若是，則執(zhí)行步驟101)，若否，則保持再生制動(dòng)模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，其特征在于，當(dāng)汽車的工作模式為低速模式時(shí)，所述的控制算法為PID?？刂破鞑捎肞ID控制算法根據(jù)電機(jī)需求轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值輸出低速模式下電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩； 當(dāng)汽車的工作模式為常規(guī)模式、高速模式或再生制動(dòng)模式時(shí)，所述的控制算法為模型預(yù)測控制算法，模式選擇控制器獲取當(dāng)前工作模式，由當(dāng)前工作模式下的狀態(tài)方程和目標(biāo)函數(shù)采用模型預(yù)測控制算法獲得最優(yōu)控制量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，其特征在于，當(dāng)汽車的工作模式為常規(guī)模式時(shí)，所述的模型預(yù)測控制算法的具體控制過程為: 201)確定常規(guī)模式下的狀態(tài)方程及目標(biāo)函數(shù)，常規(guī)模式下的狀態(tài)方程為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分模式最優(yōu)化混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，具體包括以下步驟1)狀態(tài)機(jī)根據(jù)車速、電池充電狀態(tài)值和車輛需求功率確定當(dāng)前汽車所處的工作模式；2)模式選擇控制器獲取狀態(tài)機(jī)確定的工作模式，選取與當(dāng)前工作模式相對應(yīng)的控制算法及所需傳感器信號(hào)；3)由選定的控制算法得到各驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)源轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和電機(jī)控制器，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送給制動(dòng)控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實(shí)用性高、計(jì)算負(fù)荷低、優(yōu)化性能好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60W20/00GK103171559SQ20131009070
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者王峻, 宋吉鵬, 袁洪良, 陸梓嘉, 方遒 申請人:同濟(jì)大學(xué)