基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法技术

基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，包括以下步骤：汽车由自身所带合作感知系统对自身精确定位并获取周围环境信息，构建表示环境信息局部数字栅格地图，通过无线通信完成与其他车辆感知的环境栅格地图实时共享，进行地图合并完善本车对路况的完整感知，结合汽车CAN总线信息预测汽车的未来最优加速度，计算出未来一段时间速度变化情况，利用预测的行驶速度提前获取未来一段时间转矩和功率需求，结合动力电池的当前容量状态，组合插电式混合动力汽车运行过程中各模式的占比，有效调节充放电控制。本发明专利技术实现了对混合动力汽车运行过程中的实时能量优化控制，能够达到改善燃油经济性和降低排放目的，易在实车上推广应用。

Energy Optimal Control Method for Plug-in Hybrid Electric Vehicle Based on Cooperative Perception

The energy optimization control method of plug-in hybrid electric vehicle based on Cooperative perception includes the following steps: the vehicle is positioned accurately by its own cooperative perception system and the surrounding environment information is acquired; the local digital raster map representing the environmental information is constructed; the real-time sharing of the environmental raster map with other vehicles is completed through wireless communication; the map is merged to improve the vehicle. Full perception of road conditions, combined with CAN bus information to predict the future optimal acceleration of vehicles, calculate the future period of speed changes, use the predicted driving speed to obtain the future period of time ahead of time torque and power requirements, combined with the current capacity status of power batteries, the proportion of each mode in the operation process of combined plug-in hybrid electric vehicles can be effectively adjusted. Discharge control. The invention realizes real-time energy optimization control in the operation process of hybrid electric vehicle, achieves the purpose of improving fuel economy and reducing emissions, and is easy to popularize and apply in real vehicle.

【技术实现步骤摘要】
基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法
本专利技术属于新能源汽车领域，尤其涉及一种基于合作感知的插电式混合动力汽车的能量优化控制方法。
技术介绍
目前插电式混合动力汽车的能量管理大多采用基于规则的能量管理策略，分为确定性规则和模糊规则，确定性规则根据实际的工程经验制定规则控制混合动力系统的工作模式切换，从而合理配置各能量源的动力，在实时控制系统运用较广，不需要汽车的运行工况信息，但其规则的设计目标比较单一，无法最大程度发挥节能减排的效果；模糊规则通过添加先前经验使控制规则模糊化，利用模糊值对控制规则进行描述，凭借先前经验和模糊规则完成系统的控制输出，能够提高控制系统的稳定性和可靠性，但当控制目标增加时，其模糊规则相对难以制定，也无法达到最大限度地节能减排效果。另一种较好的方法是从优化的角度制定其能量管理策略，分为瞬时优化和全局优化，瞬时优化是根据汽车运行过程中前一时刻的动力系统状态以及转矩需求，以燃油经济性和排放性能作为目标函数，对其进行瞬时优化来得出最优控制参数，但对于不用工况的自适应能力差，容易陷入局部最优；全局优化则是针对整个已知的工况，利用各种目标的约束条件计算出最优的控制参数，但这种优化方法难以在实车上运用。针对插电式混合动力汽车工况的自适应以及实时控制问题，关键是怎样预测得到汽车在未来一段时间内的行驶工况，通过这种预测的工况可以得到其在该段时间内的功率及转矩需求，从而完成插电式混合动力汽车实时的能量管理控制。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于合作感知的插电式混合动力汽车的能量优化控制系统，实现本专利技术的技术方案如下：基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，包括如下步骤：步骤1：汽车开始在道路上行驶，利用自身安装的GPS-BDS定位模块精确定位生成自身的实时位置信息；步骤2：汽车上安装的多层传感器模块实时监测汽车周围道路信息，包括其他汽车、行人的位置和运动状态、道路交通信号以及障碍物的位置信息，通过信息处理模块完成信息的处理与融合，构建汽车自身局部环境栅格地图；步骤:3：通过汽车上安装的合作感知系统中的无线通讯模块与通信范围内的其他车辆建立传输连接，完成各车生成局部的环境栅格地图的实时共享，同时上传自身车辆安装的CAN总线系统采集的信息；步骤4：合作感知系统中的信息处理模块针对其他车辆共享的环境栅格地图，与自身环境栅格地图进行合并，最终生成反映自身周围环境的精确环境栅格地图；步骤5：根据合并生成后的精确环境栅格地图，信息处理模块根据精确环境栅格地图合并结果生成路径优化函数，结合CAN总线系统采集的自身运动状态信息合理地预测汽车的加速度，从而实时预测未来一段时间内的行驶工况；步骤6：根据预测行驶工况获取速度变化，可得到汽车在未来一段时间内的转矩和功率需求，结合纯电动驱动模式、发动机直接驱动模式、串联混合驱动模式、串联混合驱动充电模式、并联混合驱动模式、并联混合驱动充电模式、制动能量回收模式分别的耗能需求，可合理在这七种模式之间及时切换，从而达到改善燃油经济性以及节能减排的目的。基于合作感知的方法是建立在汽车实时通信的基础上，通过道路上多车之间的合作感知获取其周围的环境栅格地图，将行车过程中的车辆、行人、道路标线、交通信号信息在栅格地图上表示，利用采集到的环境信息生成路径优化函数，最终结合自身的运行状态预测未来一段时间内的行驶工况。通过合作感知结果所预测的所述行驶工况的信息，包括制动启动状态、加速行驶状态、减速行驶状态，根据未来一段时间内汽车的速度变化情况，可以结合插电式混合动力汽车的动力电池容量状态及行车转矩需求制定出合理的运行模式切换方案。通过合作感知获取自身周围环境的精确环境栅格地图过程是通过汽车上安装的合作感知系统完成的，所述合作感知系统包括：所述的GPS-BDS定位模块、所述的多层传感器模块、所述的无线通讯模块、所述的信息处理模块；其中，GPS-BDS定位模块用于实现车辆的精确定位，获取其位置信息，提高传感器采集精度；多层传感器模块包括三维激光雷达、CCD摄像头传感器，CCD摄像头传感器分为三层：第一层用于采集周围障碍物位置信息；第二层用于采集行人、车辆的动态变化；第三层用于采集交通环境信息，包括车道线、交通信号灯信息；无线通讯模块用于与其他车辆联网，采用2.5GHZ通讯协议，其通讯范围设置为半径50m，传输速度为60MB/s，对自身获取的环境信息进行共享；信息处理模块一方面用于融合处理自身雷达和摄像头检测到的信息生成环境栅格地图，另一方面用于融合周边其他车辆共享的环境栅格地图。利用汽车安装的CAN总线系统可获取汽车自身的运动参数，运动参数包括车速、动力电池状态、功率、转矩和控制信号，并将运动参数与合作感知系统连接以传输汽车自身信息到信息处理模块，并将自身的状态信息通过无线通讯模块传输给其他车辆；利用合作感知系统获得的环境栅格地图信息与CAN总线系统获取的汽车自身速度信息、动力电池状态信息和转矩信息结合，通过信息处理模块完成汽车下一段时间内行驶工况的预测；通过获取未来一段时间内的速度变化状态，可提前计算得到汽车的功率及转矩需求，结合功率、转矩需求，通过与插电式混合动力汽车动力系统中的发动机高效运转输出转矩比对，能量优化控制系统可根据自身动力电池状态合理调控自身驱动模式及充放电状态。所述步骤1中，利用GPS与BDS两种定位系统结合的方法精确定位获取道路车辆的位置信息，通过对两种定位系统的数据融合，提高其定位精度。所述步骤2中，通过底层的信息融合技术丰富单车对路场环境的感知，实现车辆对自身状态的检测的方法构建汽车自身局部环境栅格地图，其过程如下：根据三维激光雷达和CCD摄像头传感器的安装位置建立空间坐标系模型，将三维激光雷达和CCD摄像头传感器采集的信息导入到该坐标系模型中；对三维激光雷达和CCD摄像头传感器采集的信息进行预处理，过滤掉其非有用信息，并进一步提取其数据特征，对其进行归一化处理；针对处理好的数据，利用卡尔曼滤波算法结合真实地图进行匹配计算，合并其特征信息；结合上一次构建的栅格地图更新合并后的目标位置信息；针对不断更新的目标数据多次进行过滤、合并、匹配运算、更新过程，最终构建出完整的环境栅格地图。所述步骤3中，在单个车辆检测环境并生成局部的环境栅格地图之后，经过无线通信网络共享，将多个局部不完整的环境栅格地图加以综合，形成相对完整的环境栅格地图；所述步骤4中，通过对多车构建的环境栅格地图进行合并，合并后的环境栅格地图解决单车感知的盲区问题，反映出汽车周围的物体分布情况，合并过程如下：构建局部地图Mi和Mj，并输入局部地图Mi和Mj；初始化种群qij，每个个体表示转换函数的参数λ、γ，转换函数计算公式为：对每个个体进行适应度函数fn计算，用其作为寻优度量，适应度函数fn的计算公式如下：公式中Nij为地图Mi和地图Mj完全融合的栅格数目，α为转换函数Fs的权重系数；；根据选择、交叉和变异生成新的个体；开始进行遗传迭代运算，判断是否满足终止条件，如果满条则继续进行下一步，反之则返回第二步；终止条件的设定是为了在有效的时间内完成迭代，实现地图的正确的融合，需要有一个评价函数来确定地图Mi和Mj的融合是否失败，评价函数表示如下：定义复合计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：汽车开始在道路上行驶，利用自身安装的GPS‑BDS定位模块精确定位生成自身的实时位置信息；步骤2：汽车上安装的多层传感器模块实时监测汽车周围道路信息，包括其他汽车、行人的位置和运动状态、道路交通信号以及障碍物的位置信息，通过信息处理模块完成信息的处理与融合，构建汽车自身局部环境栅格地图；步骤:3：通过汽车上安装的合作感知系统中的无线通讯模块与通信范围内的其他车辆建立传输连接，完成各车生成局部的环境栅格地图的实时共享，同时上传自身车辆安装的CAN总线系统采集的信息；步骤4：合作感知系统中的信息处理模块针对其他车辆共享的环境栅格地图，与自身环境栅格地图进行合并，最终生成反映自身周围环境的精确环境栅格地图；步骤5：根据合并生成后的精确环境栅格地图，信息处理模块根据精确环境栅格地图合并结果生成路径优化函数，结合CAN总线系统采集的自身运动状态信息合理地预测汽车的加速度，从而实时预测未来一段时间内的行驶工况；步骤6：根据预测行驶工况获取速度变化，可得到汽车在未来一段时间内的转矩和功率需求，结合纯电动驱动模式、发动机直接驱动模式、串联混合驱动模式、串联混合驱动充电模式、并联混合驱动模式、并联混合驱动充电模式、制动能量回收模式分别的耗能需求，可合理在这七种模式之间及时切换，从而达到改善燃油经济性以及节能减排的目的。...

【技术特征摘要】
1.基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：汽车开始在道路上行驶，利用自身安装的GPS-BDS定位模块精确定位生成自身的实时位置信息；步骤2：汽车上安装的多层传感器模块实时监测汽车周围道路信息，包括其他汽车、行人的位置和运动状态、道路交通信号以及障碍物的位置信息，通过信息处理模块完成信息的处理与融合，构建汽车自身局部环境栅格地图；步骤:3：通过汽车上安装的合作感知系统中的无线通讯模块与通信范围内的其他车辆建立传输连接，完成各车生成局部的环境栅格地图的实时共享，同时上传自身车辆安装的CAN总线系统采集的信息；步骤4：合作感知系统中的信息处理模块针对其他车辆共享的环境栅格地图，与自身环境栅格地图进行合并，最终生成反映自身周围环境的精确环境栅格地图；步骤5：根据合并生成后的精确环境栅格地图，信息处理模块根据精确环境栅格地图合并结果生成路径优化函数，结合CAN总线系统采集的自身运动状态信息合理地预测汽车的加速度，从而实时预测未来一段时间内的行驶工况；步骤6：根据预测行驶工况获取速度变化，可得到汽车在未来一段时间内的转矩和功率需求，结合纯电动驱动模式、发动机直接驱动模式、串联混合驱动模式、串联混合驱动充电模式、并联混合驱动模式、并联混合驱动充电模式、制动能量回收模式分别的耗能需求，可合理在这七种模式之间及时切换，从而达到改善燃油经济性以及节能减排的目的。2.根据权利要求1所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于，基于合作感知的方法是建立在汽车实时通信的基础上，通过道路上多车之间的合作感知获取其周围的环境栅格地图，将行车过程中的车辆、行人、道路标线、交通信号信息在栅格地图上表示，利用采集到的环境信息生成路径优化函数，最终结合自身的运行状态预测未来一段时间内的行驶工况。3.根据权利要求2所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于，通过合作感知结果所预测的所述行驶工况的信息，包括制动启动状态、加速行驶状态、减速行驶状态，根据未来一段时间内汽车的速度变化情况，可以结合插电式混合动力汽车的动力电池容量状态及行车转矩需求制定出合理的运行模式切换方案。4.根据权利要求2所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于，通过合作感知获取自身周围环境的精确环境栅格地图过程是通过汽车上安装的合作感知系统完成的，所述合作感知系统包括：所述的GPS-BDS定位模块、所述的多层传感器模块、所述的无线通讯模块、所述的信息处理模块；其中，GPS-BDS定位模块用于实现车辆的精确定位，获取其位置信息，提高传感器采集精度；多层传感器模块包括三维激光雷达、CCD摄像头传感器，CCD摄像头传感器分为三层：第一层用于采集周围障碍物位置信息；第二层用于采集行人、车辆的动态变化；第三层用于采集交通环境信息，包括车道线、交通信号灯信息；无线通讯模块用于与其他车辆联网，采用2.5GHZ通讯协议，其通讯范围设置为半径50m，传输速度为60MB/s，对自身获取的环境信息进行共享；信息处理模块一方面用于融合处理自身雷达和摄像头检测到的信息生成环境栅格地图，另一方面用于融合周边其他车辆共享的环境栅格地图。5.根据权利要求2所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于：利用汽车安装的CAN总线系统可获取汽车自身的运动参数，运动参数包括车速、动力电池状态、功率、转矩和控制信号，并将运动参数与合作感知系统连接以传输汽车自身信息到信息处理模块，并将自身的状态信息通过无线通讯模块传输给其他车辆；利用合作感知系统获得的环境栅格地图信息与CAN总线系统获取的汽车自身速度信息、动力电池状态信息和转矩信息结合，通过信息处理模块完成汽车下一段时间内行驶工况的预测；通过获取未来一段时间内的速度变化状态，可提前计算得到汽车的功率及转矩需求，结合功率、转矩需求，通过与插电式混合动力汽车动力系统中的发动机高效运转输出转矩比对，能量优化控制系统可根据自身动力电池状态合理调控自身驱动模式及充放电状态。6.根据权利要求1所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于：所述步骤1中，利用GPS与BDS两种定位系统结合的方法精确定位获取道路车辆的位置信息，通过对两种定位系统的数据融合，提高其定位精度。7.根据权利要求4所述的基于合作感知的插电式混合动力汽车能量优化控制方法，其特征在于：所述步骤2中，通过底层的信息融合技术丰富单车对路场环境的感知，实现车辆对自身状态的检测的方法构建汽车自身局部环境栅格地图，其过程如下：根据三维激光雷达和CCD摄像头传感器的安装位置建立空间坐标系模型，将三维激光雷达和CCD摄像头传感器采集的信息导入到该坐标系模型中；对三维激光雷达和...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖艳秋，崔光珍，明五一，李晓科，周坤，罗国富，乔东平，文笑雨，焦建强，闫富宏，杨先超，夏琼佩，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41