用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法、混合动力汽车技术

提供了一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法以及应用其的混合动力汽车。该方法包括：在时间维度上对行驶工况的系统状态进行离散化处理，给出对应时间区间内电池SOC的二维离散状态点分布网格；应用车辆数学模型计算时间区间内每个离散状态点所需的转速和扭矩，或功率；根据电机、电池和发动机的约束，分别从二维离散状态点分布网格的初始和终止状态点出发，获得时间区间内的SOC可达边界；在SOC可达边界限定的范围内，以满足系统约束为条件对成本函数正向计算，获得整个时间区间的SOC可达状态矩阵和对应油耗矩阵；通过递归调用，从终止状态点逆推至初始状态点，进行遍历寻优，获得使油耗最小的能量分配轨迹作为能量控制轨迹。

Energy control trajectory optimization method for hybrid electric vehicle and hybrid electric vehicle

An energy control trajectory optimization method for hybrid electric vehicles and a hybrid electric vehicle applied to the hybrid power vehicle are provided. The method includes: the system state of driving conditions in the dimension of time discretization, the corresponding time interval of the two-dimensional discrete state battery SOC distribution grid; calculation of each time interval discrete state to the desired speed and torque, power or vehicle mathematical model; according to the motor, battery and engine constraints from the initial state, the two-dimensional discrete point distribution grid and termination point, time interval of SOC can reach up to SOC in the range of boundary; boundary limit, in order to satisfy the system constraints conditions on the function of the forward calculation, SOC reachability matrix and the corresponding matrix to obtain the whole time interval of fuel consumption; through the recursive call from the termination state inverse to the initial state, through optimization, to obtain the energy distribution of the minimum energy trajectory as fuel Control the trajectory.

【技术实现步骤摘要】
用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法、混合动力汽车
本专利技术涉及混合动力汽车的能量管理技术，具体而言，涉及一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法及应用其的混合动力汽车。
技术介绍
混合动力电动汽车(HEV)按照汽车动力系统的特点一般分为串联式、并联式和混联式。串联式混合动力电动汽车中，发动机仅仅用于发电，发电机发出的电能供给电动机，从而驱动汽车行驶。发动机启动后持续工作在高效区，当发动机发出的功率超过汽车行驶所需要的功率时，多出的功率可以输出到发电机，由发电机进行发电，而发电机发出的部分电能向电池充电，来延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外电池还可以单独向电动机提供电能来驱动车辆。并联式混合动力电动汽车中，车辆的驱动力可由电动机及发动机同时或单独供给，其中发动机和电动/发电机以机械叠加的方式驱动汽车，从而组成不同的动力学模式组合。并联式混合动力电动汽车能够在较低负荷时单独使用发动机或电动机作为动力源，而提供需要大功率时可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。混联式混合动力电动汽车是串联式和并联式的综合，它在结构形式和控制方式上充分发挥了两种驱动各自的优点，能够使发动机、发电机、电动机等多个部件进行更多种组合的优化匹配，从而在结构上保证了即使在复杂工况下系统也能工作在更优的状态下，从而更容易实现燃油消耗和其他方面的控制目标。然而，不管在哪种类型的混合动力车辆中，都采用两种能量形式为整车提供驱动，因此其关键问题则为如何根据具体工况的需求，来管理能量的提供和转化过程。混合动力的控制系统应当在满足整车动力性能指标的前提下，通过对各个总成进行协调和管理，来实现提高燃油经济性和降低排放的目标。更具体地，由于荷电状态(SOC)可以代表车辆当前的状态，因此优化控制策略的过程即优化SOC在行车过程中变化轨迹的过程。需要提供一种对车辆行驶过程中SOC轨迹优化的方法，来获得这样一种优化的SOC轨迹，其能够实现提高燃油经济性和降低排放的要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法，该方法包括：基于已知或预设或预测的行驶工况或其组合来确定混合动力汽车的速度参数和加速度参数；基于速度和加速度参数，通过车辆数学模型计算动力输出信息和能耗信息；基于动力输出信息和能耗信息，计算得出能量控制轨迹。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，已知或预设的行驶工况是基于法规规定的法规行驶工况和/或基于驾驶习惯得到的自定义行驶工况。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，车辆数学模型是整车纵向动力学模型。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，动力输出信息包括混合动力车的电机和发动机分别对应的需求功率或转速和扭矩。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，计算得出能量控制轨迹所采用的成本函数由下式表示：其中，fuel(k)表示第k时间段的燃油消耗。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，计算得出的能量控制轨迹的有关数据被存储到车载存储器或远程服务器端的数据存储模块。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，计算得出的能量控制轨迹的有关数据用于分析和评估或用于在实际行驶工况中对车辆的能量管理。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，计算得出能量控制轨迹包括：先计算出混合动力汽车的电池SOC的可行域，然后在满足SOC约束的条件下，计算能量控制轨迹。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，基于通过车辆数学模型计算的动力输出信息和能耗信息，从初始离散时间点出发，根据电机、电池、发动机的约束，得到电池SOC的在离散空间的可行域。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，从初始离散时间点出发，沿时间方向计算从SOC轨迹起点到达SOC上下限之前的可行域部分；从终止离散时间点出发，逆时间方向计算从SOC上下限到达SOC终点之前的可行域部分。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，电机的约束包括电机能够发出的最大、最小功率和/或提供的最大、最小扭矩；电池的约束包括电池单位时间段内的最大放电量和最大充电量，以及电池的最大允许的荷电状态和最小允许的荷电状态；发动机的约束包括发动机所能够发出的最大、最小功率和/或能够提供的最大、最小扭矩和/或发动机高效工作区间。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，电池最大允许的荷电状态即电池SOC上限，电池最小允许的荷电状态即电池SOC下限。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，电池最大允许的荷电状态为电池满电下的荷电量的90％且电池最小允许的荷电状态为电池满电下的荷电量的10％，或者电池最大允许的荷电状态为电池满电下的荷电量的80％且电池最小允许的荷电状态为电池满电下的荷电量的20％。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法，该方法包括：在时间维度上对一个行驶工况或者多于一个相同或者不同行驶工况的组合内的系统状态进行离散化处理，给出对应时间区间内该电池SOC的二维离散状态点分布网格；应用车辆数学模型计算时间区间内每个单独的离散状态点的所需转速和扭矩，或功率；根据电机、电池和发动机的约束，分别从二维离散状态点分布网格的初始状态点和终止状态点出发，获得时间区间内的SOC可达边界；在SOC可达边界所限定的范围内，以满足系统约束为条件，对成本函数正向计算，获得整个时间区间的SOC可达状态矩阵和与之对应的油耗矩阵；通过递归调用的方式，从终止状态点逆推至初始状态点，进行遍历寻优，获得使油耗最小的能量分配轨迹作为能量控制轨迹。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，获得使油耗最小的能量分配轨迹包括：从终止状态点的时间点起依次向前计算，直至起始状态点的时间点，计算每一离散状态点对应的油耗值，并进行累积，从而获得每个状态点到达终止状态点的累积油耗，通过找到累积油耗的最小值，得到使得整个时间区间油耗最小的轨迹，并且确定该轨迹中每个状态点对应的坐标。可选地，在根据本专利技术的能量控制轨迹优化方法中，坐标指向与状态点对应的信息，包括：SOC状态、燃油消耗、基于车辆数学模型计算的转速和扭矩，或功率。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种混合动力汽车，其能量分配是基于根据本专利技术公开了任一种能量控制轨迹优化方法来控制的。可选地，在根据本专利技术的混合动力汽车中，该混合动力汽车通过互联网自动地预测和/或估计驾驶路径的工况，并基于该工况动态地确定行驶工况或行驶工况组合。可选地，在根据本专利技术的混合动力汽车中，混合动力汽车既包括非插电式的混合动力车，也包括插电式混合动力车；从联动方式的角度，包括并联、串联和混联方式的混合动力车。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化设备，其中该轨迹优化设备包括：工况信息处理装置，车辆模拟装置和能量分配装置，工况信息处理装置基于已知或预设或预测的行驶工况或其组合来确定混合动力汽车的速度参数和加速度参数，并将该速度参数和加速度参数发送给车辆模拟装置；车辆模拟装置根据车速参数和加速度参数，得出SOC可行区间路径和油耗矩阵路径，并将该SOC可行区间路径和油耗矩阵路径发送给能量分配装置；能量分配装置基于SOC可行区间路径和油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法，其特征在于，包括：在时间维度上对一个行驶工况或者多于一个相同或者不同行驶工况的组合内的系统状态进行离散化处理，给出对应时间区间内该电池SOC的二维离散状态点分布网格；应用车辆数学模型计算所述时间区间内每个单独的离散状态点的所需转速和扭矩，或功率；根据电机、电池和发动机的约束，分别从所述二维离散状态点分布网格的初始状态点和终止状态点出发，获得所述时间区间内的SOC可达边界；在所述SOC可达边界所限定的范围内，以满足系统约束为条件，对成本函数正向计算，获得整个所述时间区间的SOC可达状态矩阵和与之对应的油耗矩阵；通过递归调用的方式，从所述终止状态点逆推至所述初始状态点，进行遍历寻优，获得使油耗最小的能量分配轨迹作为所述能量控制轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法，其特征在于，包括：在时间维度上对一个行驶工况或者多于一个相同或者不同行驶工况的组合内的系统状态进行离散化处理，给出对应时间区间内该电池SOC的二维离散状态点分布网格；应用车辆数学模型计算所述时间区间内每个单独的离散状态点的所需转速和扭矩，或功率；根据电机、电池和发动机的约束，分别从所述二维离散状态点分布网格的初始状态点和终止状态点出发，获得所述时间区间内的SOC可达边界；在所述SOC可达边界所限定的范围内，以满足系统约束为条件，对成本函数正向计算，获得整个所述时间区间的SOC可达状态矩阵和与之对应的油耗矩阵；通过递归调用的方式，从所述终止状态点逆推至所述初始状态点，进行遍历寻优，获得使油耗最小的能量分配轨迹作为所述能量控制轨迹。2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的能量控制轨迹优化方法，其特征在于，所述获得使油耗最小的能量分配轨迹包括：从终止状态点的时间点起依次向前计算，直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾华栋，栾云飞，李志平，
申请(专利权)人：法乐第北京网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11