基于道路坡度信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于道路坡度信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，特別涉 及一種實(shí)時(shí)最優(yōu)的混合動(dòng)力汽車控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球能源與環(huán)境形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，特別是國(guó)際金融危機(jī)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的巨大沖擊， 推動(dòng)世界各國(guó)加快汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。為開發(fā)出更加節(jié)能環(huán)保的汽車，解決上述兩大問題， 混合動(dòng)力汽車目前已被產(chǎn)業(yè)化。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車具有電池和燃油雙系統(tǒng)驅(qū) 動(dòng)的冗余性，運(yùn)用這種冗余性可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置工作點(diǎn)到最優(yōu)位置，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目 標(biāo)。預(yù)計(jì)未來汽車的主流將是這種混合動(dòng)力汽車。由于混合動(dòng)力汽車可以回收伴隨車輛減 速產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量；利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的冗余性（發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)）優(yōu)化驅(qū)動(dòng)裝置工作點(diǎn)，因 此可以極大地發(fā)揮節(jié)能減排效用。但是最優(yōu)工作點(diǎn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，周圍車輛的行駛狀態(tài)， 道路交通條件的改變而時(shí)刻改變著。而且，旋轉(zhuǎn)系（發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)）具有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩極限，電 池具有荷電狀態(tài)極限，超出這些極限對(duì)于車輛關(guān)鍵零部件的性能影響很大。因此，混合動(dòng)力 汽車的節(jié)能減排效果很大程度上依賴于其能量管理策略（滿足約束條件）。而其關(guān)鍵技術(shù) 為能量管理中央控制器中的實(shí)時(shí)最優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)控制策略的商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)化。
[0003] 混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)的控制策略是其研發(fā)的技術(shù)核心和設(shè)計(jì)難點(diǎn)。目前已 經(jīng)提出的控制策略大致可以分為4類：數(shù)值最優(yōu)控制，解析最優(yōu)控制，瞬時(shí)最優(yōu)控制和啟發(fā) 式控制。數(shù)值最優(yōu)控制的典型代表是動(dòng)態(tài)規(guī)劃和模型預(yù)測(cè)控制。解析最優(yōu)控制的典型代表 是龐特里亞金極小值原理控制策略。瞬時(shí)最優(yōu)控制的典型代表是瞬時(shí)等效油耗最低控制 策略。啟發(fā)式控制策略的典型代表是基于規(guī)則的控制策略。傳統(tǒng)的全局最優(yōu)控制算法動(dòng)態(tài) 規(guī)劃和龐特里亞金極小值原理控制方法，由于需要事先知道未來全部工況信息，無法實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)最優(yōu)。傳統(tǒng)的基于規(guī)則的控制策略無法實(shí)現(xiàn)效率最大化。一般的前饋型控制（假定車 輛速度模式一定）無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最優(yōu)。傳統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)控制參數(shù)受未來車輛工況變化影響 太大，無法滿足控制性能。自20世紀(jì)90年代初以來，世界各國(guó)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研發(fā)給予 了高度重視，并取得了一些重大的成果和進(jìn)展。日本豐田汽車公司于1997年實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng) 力汽車的量產(chǎn)化，2012年實(shí)現(xiàn)了插電式混合動(dòng)力汽車的量產(chǎn)化。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬2009年宣 布了下一代先進(jìn)蓄電池和插電式混合動(dòng)力汽車計(jì)劃。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家"十一五" 863計(jì)劃設(shè)立 了節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目。申請(qǐng)者在日本九州大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，掌握了日本企 業(yè)和大學(xué)普遍采用的模型預(yù)測(cè)控制方法以及日本學(xué)者大塚敏之提出的C/GMRES快速控制 方法。這兩種方法結(jié)合可解決模型預(yù)測(cè)控制這種先進(jìn)控制方法的實(shí)際應(yīng)用問題。
[0004] 在此背景下，提高能源利用效率，減少汽車對(duì)環(huán)境的污染已成為當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā) 展的首要任務(wù)。同時(shí)利用道路坡度信息，進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)裝置效率也成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的 現(xiàn)實(shí)需要。為了解決上述問題，需要設(shè)計(jì)一種基于道路坡度信息的可產(chǎn)業(yè)化的混合動(dòng)力汽 車模型預(yù)測(cè)控制方法，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)ξ磥碥囕v工況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的基 于道路坡度信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，以達(dá)到最大限度地節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)化 混合動(dòng)力汽車能量管理中央控制器。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0007] 一種基于道路坡度信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，第一步為信息采集， 第二步為車輛建模，第三步為公式化控制策略，第四步為在線最優(yōu)控制，第五步為權(quán)重參數(shù) 調(diào)節(jié)，第六步為是否目標(biāo)滿足判斷；包括以下步驟：
[0008] 步驟1)信息采集：由全球定位系統(tǒng)和google地圖采集車輛的位置信息，實(shí)際道路 的位置信息，海拔高度和地形信息，作為實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)反饋；由車載雷達(dá)測(cè)速裝置采集前方 車輛速度，用于跟蹤控制；由卡爾曼濾波器利用采集的蓄電池信息對(duì)蓄電池荷電狀態(tài)進(jìn)行 估計(jì)。
[0009] 步驟2)車輛建模：行星齒輪式混聯(lián)混合動(dòng)力汽車包含5大動(dòng)態(tài)部件，它們是發(fā)動(dòng) 機(jī)，蓄電池，2個(gè)發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)和車輪；行星齒輪作為動(dòng)力分配裝置既有速度耦合器的作 用，又有電子無極變速器作用；根據(jù)車輛機(jī)械耦合和電子耦合關(guān)系，可以列寫系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方 程。對(duì)動(dòng)力學(xué)方程解耦，最終可以獲得系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，如式（1)所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于道路坡度信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：具體步驟 如下： 步驟1)信息采集：由全球定位系統(tǒng)和google地圖采集車輛的位置信息，實(shí)際道路的 位置信息，海拔高度和地形信息，作為實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)反饋，由車載雷達(dá)測(cè)速裝置采集前方車 輛速度，用于跟蹤控制，由卡爾曼濾波器利用采集的蓄電池信息對(duì)蓄電池荷電狀態(tài)進(jìn)行估 計(jì)； 步驟2)車輛建模：行星齒輪式混聯(lián)混合動(dòng)力汽車包含發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、兩個(gè)發(fā)電電動(dòng) 一體機(jī)和車輪五大動(dòng)態(tài)部件，行星齒輪作為動(dòng)力分配裝置具有速度耦合器和電子無極變速 器的作用，根據(jù)車輛機(jī)械耦合和電子耦合關(guān)系，列寫系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)動(dòng)力學(xué)方程解耦， 獲得系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型公式（1)如下： X = f (x,u) X - [WengPWM/G2XS0C] U - [TengTM/G2TM/GlTbrake]
M,N,PG 式中，X為狀態(tài)量，U為控制量，S和R是太陽(yáng)輪和齒圈齒數(shù)，TM/el，Tj^，Trasist，TbMke 和Tmg是第一發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)，第二發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)，車輛行駛阻力，車輛摩擦制動(dòng)和發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩，^M/d，《1!/(；2和Wmg是第一發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)，第二發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的角轉(zhuǎn) 速度，gf是主減速器速比，Im/mIM/e2, 1￥和1_是第一發(fā)電電動(dòng)一體機(jī)，第二發(fā)電電動(dòng)一體 機(jī)，車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，rw是車輪半徑，參數(shù)p，CD，A，m