实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法技术

本发明专利技术涉及一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，包括以下步骤：1)获取每条路径各个分段的实时工况信息；2)以每个路径各个分段的累积等效油耗最小为优化目标，以每条路径各个分段的限速、交通流速和动力电池工作电量的限值作为约束条件建立基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略；3)获取每条路径各个分段对应的目标经济车速，并发送给车载控制器；4)车载控制器获取预测时间尺度内各个时刻的需求转矩序列；5)以预测时间尺度内累积等效燃油消耗最小为目标，实时跟踪目标经济车速。与现有技术相比，本发明专利技术具有根据实时工况信息，将插电式混合动力汽车能耗的全局最优与实时最优有效结合等优点。

Energy optimization management method of plug in hybrid electric vehicle based on adaptive real time working condition

The plug-in hybrid vehicle energy management optimization method of the present invention relates to a real-time adaptive condition, which comprises the following steps: 1) to obtain real-time condition information of each path segments; 2) to each path of each section of the minimum cumulative equivalent fuel consumption as the optimization goal, with each path of each section of the speed limit, traffic speed and power the battery power limit as constraint conditions for the establishment of plug-in hybrid electric vehicle energy management optimization strategy based on dynamic programming; 3) target economic speed of each path segments corresponding to the acquisition, and sent to the vehicle controller; 4) vehicle controller obtain forecast demand torque of each time sequence within the time scale; 5) to forecast time scale accumulation of minimum equivalent fuel consumption as the target, tracking target economic speed. Compared with the existing technology, the present invention has the advantages of global optimum and real-time optimal combination of energy consumption of plug in hybrid electric vehicles according to the real-time working condition information.

【技术实现步骤摘要】
实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法
本专利技术涉及插电式混合动力汽车实时能量优化管理领域，尤其是涉及一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法。
技术介绍
随着汽车能耗和排放法规要求的日益严格，在电池技术没有得到突破性进展之前，插电式混合动力汽车必将在较长一段时间逐渐取代传统燃油汽车而成为新能源汽车的主流车型。能量管理策略是插电式混合动力车辆的关键技术，其通过协调控制发动机和电机，以使车辆的燃油经济性达到最优。目前，基于规则的插电式混合动力汽车能量管理策略已经实现产业化应用，但不能保证能耗最优。基于等效燃油消耗最小的能量管理策略使得各个时刻的等效燃油消耗最优，但并不能保证全局最优。而基于动态规划算法的能量管理策略可保证插电式混合动力汽车的能耗全局最优，但不能保证能耗优化的实时性。本专利技术考虑到行驶工况对于插电式混合动力汽车的能耗有着重要影响。随着车联网技术，尤其是电子地图、导航技术的不断发展，为插电式混合动力汽车提供实时工况信息提供了可能，同时，随着优化控制技术的发展与应用，也为实时工况自适应的最优能量管理策略提供了新的解决办法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，包括以下步骤：1)云端服务器根据行程的起点与终点，获得所有从起点到终点的路径，对每条路径进行分段，并获取每条路径各个分段的实时工况信息，包括道路的坡度、曲率半径、交通流速、限速和交叉路口；2)以每个路径各个分段的累积等效油耗最小为优化目标，以每条路径各个分段的限速、交通流速和动力电池工作电量的限值作为约束条件建立基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略；3)采用动态规划算法对插电式混合动力汽车能耗优化策略进行求解，获取每条路径各个分段对应的目标经济车速，并将该目标经济车速发送给车载控制器；4)车载控制器根据当前时刻当前位置的目标经济车速与实际车速的差值获取当前时刻当前位置车辆的需求转矩，并得到预测时间尺度内各个时刻的需求转矩序列；5)车载控制器根据需求转矩序列，以预测时间尺度内累积等效燃油消耗最小为目标，分配发动机与电机的转矩，实时跟踪目标经济车速，并且进行滚动优化。所述的步骤2)中，基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略的优化目标为：J＝min∑BePe+sPbatt/Hfuel其中，Be为燃油消耗率，Pe为发动机功率，s为油电转换系数，Pbatt为电池电功率，Hfuel为汽油的低热值。获取等效燃油消耗具体包括以下步骤：21)根据纵向动力学模型，计算插电式混合动力汽车需求的驱动力Ft和需求转矩；22)将需求转矩在发动机与电机间进行分配，得到发动机与电机的转矩与转速；23)根据发动机与电机的转矩与转速发动机获取发动机的燃油消耗和电池的电量消耗，通过油电转换，得到插电式混合动力汽车的等效燃油消耗。所述的步骤21)中，纵向动力学模型为：其中，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为坡度角，A为汽车迎风面积，CD为空气阻力系数，u为车速，δ为汽车旋转质量换算系数，为汽车加速度。所述的步骤4)中，根据当前时刻当前位置的目标经济车速与实际车速的差值e获取当前时刻当前位置车辆的需求转矩的计算式为：其中，T为插电式混合动力汽车需求转矩，vcyc为目标经济车速，vreal为实际车速，Kp为PI控制器比例系数，Ki为PI控制器积分系数，Tmax为当前时刻车辆能提供的最大转矩。所述的步骤4)中，预测时间尺度内各个时刻的需求转矩序列通过后向车辆纵向动力学模型计算得到，即：其中，T(s)为距离起点s处的需求转矩，m为整车质量，f为滚动阻力系数，A为汽车迎风面积，CD为空气阻力系数，v(s)为距离起点s处的经济车速，a(s)为距离起点s处的加速度，δ为车辆等效旋转质量换算系数，r为车轮滚动半径。所述的步骤5)中，采用基于随机动态规划的模型预测进行优化控制，即在预测时间尺度内，根据时间尺度内的车辆需求转矩序列，以步骤2)中的累积等效燃油消耗最小为优化目标，在预测时间尺度内优化得到发动机与电机的转矩序列，取当前时刻的发动机与电机转矩作为实际的控制量，在插电式混合动力汽车运行的过程中，预测时间尺度内的目标经济车速和需求转矩序列随着预测时域的滚动在不断地滚动更新，发动机与电机的转矩优化控制也在滚动优化。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术融合云端服务器，利用车联网技术获取实时的工况信息，具体包括道路的坡度、曲率半径、交通流速、限速和交叉路口，融合实时的工况信息采用全局动态规划最优的控制策略决策出目标经济车速，并传输给车载控制器，使得插电式混合动力汽车跟踪经济车速，保证其能耗的全局最优；二、本专利技术在车载控制器端结合车辆纵向动力学模型根据从云端服务器获取的经济车速计算得到预测时间尺度内的需求转矩。在预测时间尺度内，采用基于随机动态规划的模型预测控制方法，实时在线地优化发动机与电机的转矩分配，保证插电式混合动力汽车能量管理的实时最优；三、本专利技术可自动决策出基于能量经济性的车辆需求转矩，并在发动机与电机间进行分配，释放驾驶员对加速踏板的操作，使得车辆自动地工作在节能驾驶模式，实现插电式混合动力汽车基于能耗最优的纵向智能驾驶，将节能驾驶与智能驾驶有效结合。附图说明图1为基于实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法的示意图。图2为单轴并联插电式混合动力汽车能耗计算模型示意图。图3为基于动态规划的插电式混合动力汽车经济车速规划方法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。应理解，本具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1所示：该基于实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法包括：云端服务器基于导航路径的实时工况信息融合模块、插电式混合动力汽车能耗预测模块、基于动态规划的插电式混合动力汽车能耗最优经济车速规划模块以及在车载控制器端基于随机动态规划、等效燃油消耗最小的模型预测控制模块。具体包含以下步骤：(1)驾驶员通过导航模块设置行程的起点与终点，导航模块通过V2I通讯传输给云端服务器，与电子地图进行交互，规划出从起点到终点的路径，并得到实时工况信息，包括道路的坡度、曲率半径、交通流速、限速、交叉路口等工况信息。设导航路径沿途的工况信息如表1所示。表1导航路径工况信息(2)在云端服务器针对具体的插电式混合动力汽车车型建立相应的能耗计算模型。包括：发动机模型、电机模型、动力蓄电池模型、离合器模型、自动变速器模型和整车纵向动力学模型。本专利技术只关注插电式混合动力汽车的稳态能耗特性，因而基于试验数据获取发动机、电机、动力蓄电池、离合器与自动变速器的特性数据，在能耗预测模型中采用查表的方法。针对各个插电式混合动力汽车车型，选择相应构型的动力系统架构，导入各自的整车及动力部件参数，即可建立具体的插电式混合动力汽车能耗计算模型。以单轴并联插电式混合动力汽车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)云端服务器根据行程的起点与终点，获得所有从起点到终点的路径，对每条路径进行分段，并获取每条路径各个分段的实时工况信息，包括道路的坡度、曲率半径、交通流速、限速和交叉路口；2)以每个路径各个分段的累积等效油耗最小为优化目标，以每条路径各个分段的限速、交通流速和动力电池工作电量的限值作为约束条件建立基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略；3)采用动态规划算法对插电式混合动力汽车能耗优化策略进行求解，获取每条路径各个分段对应的目标经济车速，并将该目标经济车速发送给车载控制器；4)车载控制器根据当前时刻当前位置的目标经济车速与实际车速的差值获取当前时刻当前位置车辆的需求转矩，并得到预测时间尺度内各个时刻的需求转矩序列；5)车载控制器根据需求转矩序列，以预测时间尺度内累积等效燃油消耗最小为目标，分配发动机与电机的转矩，实时跟踪目标经济车速，并且进行滚动优化。

【技术特征摘要】
1.一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)云端服务器根据行程的起点与终点，获得所有从起点到终点的路径，对每条路径进行分段，并获取每条路径各个分段的实时工况信息，包括道路的坡度、曲率半径、交通流速、限速和交叉路口；2)以每个路径各个分段的累积等效油耗最小为优化目标，以每条路径各个分段的限速、交通流速和动力电池工作电量的限值作为约束条件建立基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略；3)采用动态规划算法对插电式混合动力汽车能耗优化策略进行求解，获取每条路径各个分段对应的目标经济车速，并将该目标经济车速发送给车载控制器；4)车载控制器根据当前时刻当前位置的目标经济车速与实际车速的差值获取当前时刻当前位置车辆的需求转矩，并得到预测时间尺度内各个时刻的需求转矩序列；5)车载控制器根据需求转矩序列，以预测时间尺度内累积等效燃油消耗最小为目标，分配发动机与电机的转矩，实时跟踪目标经济车速，并且进行滚动优化。2.根据权利要求1所述的一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，其特征在于，所述的步骤2)中，基于动态规划的插电式混合动力汽车能量优化管理策略的优化目标为：其中，Be为燃油消耗率，Pe为发动机功率，s为油电转换系数，Pbatt为电池电功率，Hfuel为汽油的低热值。3.根据权利要求2所述的一种实时工况自适应的插电式混合动力汽车能量优化管理方法，其特征在于，获取等效燃油消耗具体包括以下步骤：21)根据纵向动力学模型，计算插电式混合动力汽车需求的驱动力Ft和需求转矩；22)将需求转矩在发动机与电机间进行分配，得到发动机与电机的转矩与转速；23)根据发动机与电机的转矩与转...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵治国，沈沛鸿，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31