一种基于顺序选择遗传算法的全混动汽车能效优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法，其工作于四轮驱动插电式全混合动力系统，由车辆需求转矩和动力电池剩余电量SOC确定车辆进入全驱动混合动力模式、纯电模式或者前驱混合动力模式；在全驱动混合动力模式、纯电模式下采用以顺序选择遗传算法优化前驱电机、集成式启动电机以及后驱电机的转矩，并以各电机转矩分配系数限定各电机转矩。本发明专利技术能够高效快速得获得全混动汽车的三个电机转矩在全局范围内的最优解，进而控制对应电机转矩使车辆能效最优，相比现有技术能效提升10％左右。

An energy efficiency optimization method for all hybrid vehicles based on sequential selection genetic algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于顺序选择遗传算法的全混动汽车能效优化方法
本专利技术涉及一种混动汽车能效优化方法，特别是一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法。
技术介绍
混合动力汽车是指由两种动力源驱动车辆行驶的车辆，根据车辆使用工况的要求，适时调整两种动力源参与驱动的比例，达到节省能源和减少排放的效果。混合动力汽车的使用工况包括起步加速阶段，正常行驶阶段，制动减速阶段。在起步阶段，由于电动机具备低速大转矩的特性，首先启动电动机工作，当车速达到巡航速度时，再启动发动机驱动车辆行驶；如车辆需要爬坡或者加速行驶时，同时启动发动机和电动机驱动车辆行驶。当发动机尚有后备功率且动力电池组亏电时，电动机改为发电模式，利用发动机的后备功率为电池组充电。当车辆制动时，电动机改为发电模式，最大限度地回收制动动能，达到节约能源的效果。总之，混合动力系统一般以燃油经济性为控制目标，通过控制两个动力源的工作状态，达到节油效果。混合动力汽车按照电能参与比例可以分为微混合动力汽车、中度混合动力汽车、全混合动力汽车。微混合动力汽车一般只具有起停功能，城市工况可以节约燃油3％-5％；中度混合动力汽车一般是指ISG系统(集成式启动电机)，电动机参与车辆驱动，制动时电动机改为发电模式，回收制动能量；全混合动力汽车是指发动机、电动机都具备独立驱动车辆行驶的能力，根据工况调整油电参与比例。混合动力汽车还可以分为串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力汽车。串联式混合动力是指发动机不直接参与驱动车辆，一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车；并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。这两个系统既可以同时协调工作，又可以各自单独工作驱动汽车；混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转，目前为最先进的混合动力车辆使用。现有专利涉及的插电四驱混合动力汽车能效优化控制方法主要通过优化两个驱动电机的参数来实现能效优化，通过计算在纯电动驱动模式和两种HEV三动力混合模式下电动汽车两台驱动电机的目标总转矩，通过优化算法获得最优优化系数分配给两个驱动电机，达到优化效果。该专利存在的主要问题在于车辆模型先进性差，目前市场主流混动产品主要为三电机全混合动力系统，同时基于搜索算法的优化模型很难保证得到全局最优解。全混合动力系统使得动力系统模式更为灵活，更好的利用发动机后备功率以及在制动式回收电能。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法，针对三电机全混合动力系统求解最优以优化系统能效。本专利技术的技术方案是这样的：一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法，是基于一种四轮驱动插电式全混合动力系统实现的；所述的一种四轮驱动插电式全混合动力系统包括：发动机、第一离合器、集成式启动电机、第二离合器、自动变速箱控制单元TCU(TransmissionControlUnit)、前驱动电机、后驱动电机、前驱动电机变速器、前驱动电机逆变器系统、后驱动电机变速器、后驱动电机逆变器系统、集成式启动电机逆变器系统、车载充电机、动力电池和DCDC转换器；所述发动机的输出端与所述第一离合器的输入端机械连接，所述第一离合器的输出端与所述集成式启动电机的输入端机械连接，所述集成式启动电机的输出端与所述第二离合器的输入端机械连接，所述第二离合器的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机变速器的输出端与车辆前轴机械连接；所述前驱动电机、发动机和集成式启动电机实现机械耦合；所述车载充电器的输出端与所述动力电池的输入端电连接，所述动力电池的输出端与所述前驱动电机逆变器系统的输入端、所述集成式启动电机逆变器系统的输入端以及所述后驱动电机逆变器系统的输入端电连接，所述前驱动电机逆变器系统的输出端与所述前驱动电机电连接，所述集成式启动电机逆变器系统的输出端与所述集成式启动电机电连接，所述后驱动电机逆变器系统的输出端与所述后驱动电机电连接，所述后驱动电机的输出端与所述后驱动电机变速器的输入端机械连接，所述后驱动电机变速器的输出端与后桥机械连接；所述自动变速箱控制单元分别与所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器电连接并用于控制所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器。所述能效优化方法包括以下步骤：步骤1、在汽车行驶过程中，实时监测动力电池剩余电量SOC、车辆行驶速度及油门踏板开度，由所述车辆行驶速度和油门踏板开度计算车辆需求转矩，进入步骤2；步骤2、由所述车辆需求转矩和动力电池剩余电量SOC确定车辆进入以下三种工作模式之一，并进入步骤3：第一模式：由所述发动机、集成式启动电机、前驱动电机和后驱动电机同时工作，驱动车辆行驶的全驱动混合动力模式；第二模式：由所述发动机、工作、集成式启动电机选择性工作、前驱动电机和后驱动电机均不工作，驱动车辆行驶的前轮驱动混合动力模式；第三模式：所述发动机不工作、由所述前驱动电机、集成式启动电机和后驱动电机共同工作，驱动车辆行驶的纯电动模式；步骤3、当车辆进入所述第一模式或第三模式时进入步骤4，否则返回步骤1；步骤4、以顺序选择遗传算法优化所述前驱动电机的转矩T1，所述集成式启动电机的转矩T2和所述后驱动电机的转矩T3，所述T1，T2和T3的范围由对应的电机技术参数确定，具体依次包括以下步骤；步骤401、种群初始化，采用十进制编码方法对汽车三个转矩T1，T2和T3进行编码，种群规模定义为N，交叉率为Pc，变异率为Pm，最好的个体的选择概率为q，迭代最大代数为Tmax；步骤402、随机产生N个个体，组成初始种群V＝{v1,v2,...,vi,...,vN}，其中第i个个体为vi＝(vi,1，vi,2，vi,3)，vi,1表示第i个个体第k时刻前驱动电机转矩T1(k)i大小，vi,2表示第i个个体第k时刻集成式启动转矩T2(k)i大小，vi,3表示第i个个体第k时刻后驱动电机转矩T3(k)i大小，将当前优化代数设置为t＝1；步骤403、计算V中的每个个体vi的适应度值大小，即第k时刻汽车实施总效率η(k)i大小；步骤404、判断当前优化代数t是否等于Tmax，若为是则停止计算，取V中适应度值最大的个体，即第k时刻实时总效率η(k)i最高的个体vi作为所求结果并根据对应的T1(k)i，T2(k)i和T3(k)i控制所述前驱动电机、集成式启动电机和后驱动电机，然后计算三个电机的转矩之和T(k)i，结束流程，否则进入步骤405；T(k)i＝ψ1×T1(k)i+ψ2×T2(k)i+ψ3×T3(k)i其中ψ1、ψ2和ψ3为三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法，其特征在于，基于一种四轮驱动插电式全混合动力系统实现的；所述的一种四轮驱动插电式全混合动力系统包括：发动机、第一离合器、集成式启动电机、第二离合器、自动变速箱控制单元TCU、前驱动电机、后驱动电机、前驱动电机变速器、前驱动电机逆变器系统、后驱动电机变速器、后驱动电机逆变器系统、集成式启动电机逆变器系统、车载充电机、动力电池和DCDC转换器；/n所述发动机的输出端与所述第一离合器的输入端机械连接，所述第一离合器的输出端与所述集成式启动电机的输入端机械连接，所述集成式启动电机的输出端与所述第二离合器的输入端机械连接，所述第二离合器的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机变速器的输出端与车辆前轴机械连接；所述前驱动电机、发动机和集成式启动电机实现机械耦合；/n所述车载充电器的输出端与所述动力电池的输入端电连接，所述动力电池的输出端与所述前驱动电机逆变器系统的输入端、所述集成式启动电机逆变器系统的输入端以及所述后驱动电机逆变器系统的输入端电连接，所述前驱动电机逆变器系统的输出端与所述前驱动电机电连接，所述集成式启动电机逆变器系统的输出端与所述集成式启动电机电连接，所述后驱动电机逆变器系统的输出端与所述后驱动电机电连接，所述后驱动电机的输出端与所述后驱动电机变速器的输入端机械连接，所述后驱动电机变速器的输出端与后桥机械连接；所述自动变速箱控制单元分别与所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器电连接并用于控制所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器；/n所述能效优化方法包括以下步骤：/n步骤1、在汽车行驶过程中，实时监测动力电池剩余电量SOC、车辆行驶速度及油门踏板开度，由所述车辆行驶速度和油门踏板开度计算车辆需求转矩，进入步骤2；/n步骤2、由所述车辆需求转矩和动力电池剩余电量SOC确定车辆进入以下三种工作模式之一，并进入步骤3：第一模式：由所述发动机、集成式启动电机、前驱动电机和后驱动电机同时工作，驱动车辆行驶的全驱动混合动力模式；第二模式：由所述发动机、工作、集成式启动电机选择性工作、前驱动电机和后驱动电机均不工作，驱动车辆行驶的前轮驱动混合动力模式；第三模式：所述发动机不工作、由所述前驱动电机、集成式启动电机和后驱动电机共同工作，驱动车辆行驶的纯电动模式；/n步骤3、当车辆进入所述第一模式或第三模式时进入步骤4，否则返回步骤1；/n步骤4、以顺序选择遗传算法优化所述前驱动电机的转矩T...

【技术特征摘要】
1.一种基于顺序选择遗传算法全混动汽车能效优化方法，其特征在于，基于一种四轮驱动插电式全混合动力系统实现的；所述的一种四轮驱动插电式全混合动力系统包括：发动机、第一离合器、集成式启动电机、第二离合器、自动变速箱控制单元TCU、前驱动电机、后驱动电机、前驱动电机变速器、前驱动电机逆变器系统、后驱动电机变速器、后驱动电机逆变器系统、集成式启动电机逆变器系统、车载充电机、动力电池和DCDC转换器；
所述发动机的输出端与所述第一离合器的输入端机械连接，所述第一离合器的输出端与所述集成式启动电机的输入端机械连接，所述集成式启动电机的输出端与所述第二离合器的输入端机械连接，所述第二离合器的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机的输出端与所述前驱动电机变速器的输入端机械连接，所述前驱动电机变速器的输出端与车辆前轴机械连接；所述前驱动电机、发动机和集成式启动电机实现机械耦合；
所述车载充电器的输出端与所述动力电池的输入端电连接，所述动力电池的输出端与所述前驱动电机逆变器系统的输入端、所述集成式启动电机逆变器系统的输入端以及所述后驱动电机逆变器系统的输入端电连接，所述前驱动电机逆变器系统的输出端与所述前驱动电机电连接，所述集成式启动电机逆变器系统的输出端与所述集成式启动电机电连接，所述后驱动电机逆变器系统的输出端与所述后驱动电机电连接，所述后驱动电机的输出端与所述后驱动电机变速器的输入端机械连接，所述后驱动电机变速器的输出端与后桥机械连接；所述自动变速箱控制单元分别与所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器电连接并用于控制所述前驱动电机变速器和所述后驱动电机变速器；
所述能效优化方法包括以下步骤：
步骤1、在汽车行驶过程中，实时监测动力电池剩余电量SOC、车辆行驶速度及油门踏板开度，由所述车辆行驶速度和油门踏板开度计算车辆需求转矩，进入步骤2；
步骤2、由所述车辆需求转矩和动力电池剩余电量SOC确定车辆进入以下三种工作模式之一，并进入步骤3：第一模式：由所述发动机、集成式启动电机、前驱动电机和后驱动电机同时工作，驱动车辆行驶的全驱动混合动力模式；第二模式：由所述发动机、工作、集成式启动电机选择性工作、前驱动电机和后驱动电机均不工作，驱动车辆行驶的前轮驱动混合动力模式；第三模式：所述发动机不工作、由所述前驱动电机、集成式启动电机和后驱动电机共同工作，驱动车辆行驶的纯电动模式；
步骤3、当车辆进入所述第一模式或第三模式时进入步骤4，否则返回步骤1；
步骤4、以顺序选择遗传算法优化所述前驱动电机的转矩T1，所述集成式启动电机的转矩T2和所述后驱动电机的转矩T3，所述T1，T2和T3的范围由对应的电机技术参数确定，具体依次包括以下步骤；
步骤401、种群初始化，采用十进制编码方法对汽车三个转矩T1，T2和T3进行编码，种群规模定义为N，交叉率为Pc，变异率为Pm，最好的个体的选择概率为q，迭代最大代数为Tmax；
步骤402、随机产生N个个体，组成初始种群V＝{v1,v2,...,vi,...,vN}，其中第i个个体为vi＝(vi,1，vi,2，vi,3)，vi,1表示第i个个体第k时刻前驱动电机转矩T1(k)i大小，vi,2表示第i个个体第k时刻集成式启动转矩T2(k)i大小，vi,3表示第i个个体第k时刻后驱动电机转矩T3(k)i大小，将当前优化代数设置为t＝1(t≤Tmax)；
步骤403、计算V中的每个个体vi的适应度值大小，即第i个个体第k时刻汽车实施总效率η(k)i大小；
步骤404、判断当前优化代数t是否等于Tmax，若为是则停止计算，取V中适应度值最大的个体，即第k时刻实时总效率η(k)i最高的个体vi作为所求结果并根据对应的T1(k)i，T2(k)i和T3(k)i控制所述前驱动电机、集成式启动电机和后驱动电机，然后计算三个电机的转矩之和T(k)i，结束流程，否则进入步骤405；
步骤405、按照适应度值大小对个体进行排序；
步骤406、定义最好的个体的选择概率为q，则排序后的第i个个体第k时刻的选择概率为：



其中，i＝1,2,...,N，
然后按照所述选择概率所决定的选中机会从V中随机选择再生个体，根据交叉率进行交叉操作，得到群体V2；
步骤407、按照变异率按照基本的单点变异方法得到群体V3；
步骤408、将群体V3作为新一代种群，用V3代替V，并另t＝t+1，并返回步骤403。


2.根据权利要求1所述的基于顺序选择遗传算法全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛龙，王佳，林玲，冯是全，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32