一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，包括：获取不同驾驶工况下各工况点对应的车辆需求转矩、车速以及电池SOC值，作为该工况点的三维坐标，建立每种工况下的工况点数据集；对待处理工况中的工况点数据集按照工作模式进行分类，并储存每个工作模式中的每个工况点的三维坐标，得到工况点的三维散点图；对每种工作模式下的工况点分别进行三维凸包求解，得到每种工作模式对应的初始三维凸包模型；确定每种工作模式对应的初始三维凸包模型的优先级，对初始三维凸包模型进行更新，得到每种工作模式对应的最终三维凸包模型；获取当前行驶工况下的工况点三维坐标，判断工况点所属的最终三维凸包模型，确定工况点的工作模式。工况点的工作模式。工况点的工作模式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法


[0001]本专利技术属于车辆能量管理
，特别涉及一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法。

技术介绍

[0002]当前全球变暖、环境污染、能源短缺等问题亟需人们解决，发展新能源汽车是解决上述问题的重要途径。混合动力汽车既可以弥补纯电动汽车续驶里程的不足，也可以在传统车的基础上减少燃油消耗及尾气排放。如何制定混合动力汽车能量管理策略，更大程度上发挥其优点是一项重要课题。针对整个已知工况进行动态规划能量管理可计算出理论最小油耗值，确定车辆工作模式区域的最优分布等全局最优解。但动态规划计算量大，需要消耗大量时间完成计算，很难应用于实时能量管理。因此总结动态规划结果的规律，将其用于实时能量管理有着重要的意义。
[0003]对于混合动力汽车，动力系统中电机、发动机的不同工作情况构成了不同的工作模式，如何根据车速、车辆需求功率、车辆需求转矩以及电池荷电状态(stage of charge,SOC)等信息选择工作模式是能量管理中的重要环节，它决定了电机和发动机参与工作时是否能够满足整车实际功率需求，同时使整个循环工况结束后达到较小的能耗。目前存在的工作模式切换规则通常是基于二维信息，如车速和车辆需求功率，车速和车辆需求转矩确定的。但工况是多样的，存在一些工况点，在相同二维坐标值下，由于SOC不同而选择了不同的工作模式，在二维坐标平面中就会出现部分工况点覆盖的情况；同时，各工作模式之间的边界很难统一求解和表达，需要用不同的方程甚至不同的方式求解和表示。基于上述情况，如何利用统一方法迅速得到具有全局能量管理规律的各工作模式边界，并在工作模式切换规则中用统一的方式表示切换条件，形成车辆工作模式控制器将其应用于实时的能量管理中是需要解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，利用三维凸包覆盖各工作模式的具体存在区域，能够适应各模式工况点构成的三维空间中的不规则区域，使各工作模式的界限更为清晰；不需要人工针对不同的工况确定不同的模式切换曲线方程，只需统一求解各三维凸包，即可自动形成各模式切换条件。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、获取不同驾驶工况下各工况点对应的车辆需求转矩、车速以及电池SOC值，作为该工况点的三维坐标，建立每种工况下的工况点数据集；
[0008]步骤二、对待处理工况中的工况点按照工作模式进行分类，并储存每个所述工作模式中的每个工况点的三维坐标，得到工况点的三维散点图；
[0009]步骤三、对每种所述工作模式下的工况点分别进行三维凸包求解，得到每种所述
工作模式对应的初始三维凸包模型；
[0010]步骤四、确定每种所述工作模式对应的初始三维凸包模型的优先级，并按照优先级由高到低的顺序对所述初始三维凸包模型进行更新，得到每种所述工作模式对应的最终三维凸包模型；
[0011]步骤五、获取当前行驶工况下的工况点三维坐标，判断所述工况点所属的最终三维凸包模型，确定所述工况点的工作模式；
[0012]其中，所述工况点所属的最终三维凸包模型对应的工作模式即为该工况点的工作模式。
[0013]优选的是，所述工作模式包括：纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式、联合驱动模式和行车充电模式。
[0014]优选的是，在所述步骤三中，采用增量法进行三维凸包求解，得到所述初始三维凸包模型，包括如下步骤：
[0015]步骤1、随机选择同一工作模式下的四个不共面的工况点，构成第一三维凸包；
[0016]步骤2、从该工作模式中剩余的工况点随机选取一个工况点pi，判断所述第一三维凸包是否存在对工况点pi的不可见区域；
[0017]如果存在所述不可见区域，则工况点pi与地平线上的各工况点及所述不可见区域构成第二三维凸包；
[0018]其中，所述地平线为第一三维凸包对工况点pi的可见区域与第一三维凸包对工况点pi的不可见区域相交形成的封闭折线；
[0019]如果不存在所述不可见区域，则忽略工况点pi；
[0020]步骤3、按照步骤2中的方法，对该工作模式中其他剩余的工况点逐个进行判断，对三维凸包进行迭代更新；直到判断完该工作模式中所有的工况点，得到该工作模式对应的所述初始三维凸包模型。
[0021]优选的是，在所述步骤四中，确定所述初始三维凸包模型的优先级，包括如下步骤：
[0022]步骤A、确定所述初始三维凸包模型的重心的三维坐标；
[0023]步骤B、根据重心的三维坐标，计算所述初始三维凸包模型的电动模式偏离值；
[0024][0025]其中，Cx和Cy分别为重心的三维坐标对应的车速和需求转矩；
[0026]步骤C、按照电动模式偏离值从大到小的顺序进行优先级排序；
[0027]其中，电动模式偏离值最大的初始三维凸包模型的优先级最高。
[0028]优选的是，在所述步骤A中，所述重心的三维坐标的计算方法包括如下步骤：
[0029]步骤A1、对各工况点的三维坐标变量分别进行归一化：
[0030][0031][0032][0033]其中，V表示车速，T表示需求转矩，SOC表示电池SOC；V
max
表示最大车速，T
max
表示最大需求转矩，SOC
max
和SOC
min
分别表示电池SOC的最大值和最小值；V
’
为V归一化后得到的值，T
’
为T归一化后得到的值，SOC
’
为SOC归一化后得到的值；
[0034]步骤A2、取所述初始三维凸包模型存储面上的任意一个工况点e，将工况点e与初始三维凸包模型上不包含工况点e的存储面分别组成四面体，将所述初始三维凸包模型划分为多个四面体；
[0035]步骤A3、根据如下公式计算所述初始三维凸包模型的重心的三维坐标：
[0036][0037][0038][0039]其中，Cx、Cy、Cz分别是初始三维凸包模型的重心的三维坐标，分别对应V
’
、T
’
、SOC
’
；Cx
i
，Cy
i
，Cz
i
为第i个四面体重心的三维坐标，n为四面体的数量；v
i
是第i个小四面体的体积。
[0040]优选的是，在所述步骤A3中通过如下公式计算每个所述四面体的重心的三维坐标：
[0041][0042][0043][0044]式中，(x
i1
，y
i1
，z
i1
)，(x
i2
，y
i2
，z
i2
)、(x
i3
，y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取不同驾驶工况下各工况点对应的车辆需求转矩、车速以及电池SOC值，作为该工况点的三维坐标，建立每种工况下的工况点数据集；步骤二、对待处理工况中的工况点数据集按照工作模式进行分类，并储存每个所述工作模式中的每个工况点的三维坐标，得到工况点的三维散点图；步骤三、对每种所述工作模式下的工况点分别进行三维凸包求解，得到每种所述工作模式对应的初始三维凸包模型；步骤四、确定每种所述工作模式对应的初始三维凸包模型的优先级，并按照优先级由高到低的顺序对所述初始三维凸包模型进行更新，得到每种所述工作模式对应的最终三维凸包模型；步骤五、获取当前行驶工况下的工况点三维坐标，判断所述工况点所属的最终三维凸包模型，确定所述工况点的工作模式；其中，所述工况点所属的最终三维凸包模型对应的工作模式即为该工况点的工作模式。2.根据权利要求1所述的基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，其特征在于，所述工作模式包括：纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式、联合驱动模式和行车充电模式。3.根据权利要求2所述的基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，其特征在于，在所述步骤三中，采用增量法进行三维凸包求解，得到所述初始三维凸包模型，包括如下步骤：步骤1、随机选择同一工作模式下的四个不共面的工况点，构成第一三维凸包；步骤2、从该工作模式中剩余的工况点随机选取一个工况点pi，判断所述第一三维凸包是否存在对工况点pi的不可见区域；如果存在所述不可见区域，则工况点pi与地平线上的各工况点及所述不可见区域构成第二三维凸包；其中，所述地平线为第一三维凸包对工况点pi的可见区域与第一三维凸包对工况点pi的不可见区域相交形成的封闭折线；如果不存在所述不可见区域，则忽略工况点pi；步骤3、按照步骤2中的方法，对该工作模式中其他剩余的工况点逐个进行判断，对三维凸包进行迭代更新；直到判断完该工作模式中所有的工况点，得到该工作模式对应的所述初始三维凸包模型。4.根据权利要求3所述的基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，其特征在于，在所述步骤四中，确定所述初始三维凸包模型的优先级，包括如下步骤：步骤A、确定所述初始三维凸包模型的重心的三维坐标；步骤B、根据重心的三维坐标，计算所述初始三维凸包模型的电动模式偏离值；其中，Cx和Cy分别为重心的三维坐标对应的车速和需求转矩；
步骤C、按照电动模式偏离值从大到小的顺序进行优先级排序；其中，电动模式偏离值最大的初始三维凸包模型的优先级最高。5.根据权利要求4所述的基于三维凸包快速确定混合动力车辆工作模式的方法，其特征在于，在所述步骤A中，所述重心的三维坐标的计算方法包括如下步骤：步骤A1、对各工况点的三维坐标变量分别进行归一化：步骤A1、对各工况点的三维坐标变量分别进行归一化：步骤A1、对各工况点的三维坐标变量分别进行归一化：其中，V表示车速，T表示需求转矩，SOC表示电池SOC；V
max
表示最大车速，T
max
表示最大需求转矩，SOC
max
和SOC
min
分别表示电池SOC的最大值和最小值；V
’
为V归一化后得到的值，T
’
为T归一化后得到的值，SOC
’
为SOC归一化后得到的值；步骤A2、取所述初始三维凸包模型存储面上的任意一个工况点e，将工况点e与初始三维凸包模型上不包含工况点e的存储面分别组成四面体，将所述初始三维凸包模型划分为多个四面体；步骤A3、根据如下公式计算所述初始三维凸包模型的重心的三维坐标：模型的重心的三维坐标：模型的重心的三维坐标：其中，Cx、Cy、Cz分别是初始三维凸包模型的重心的三维坐标，分别对应V
’

【专利技术属性】
技术研发人员：许楠，何明晓，睢岩，刘俏，陈佳新，赵云峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：