基于動態(tài)規(guī)劃的phev控制門限參數(shù)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限優(yōu)化方法，首先基于行駛模式建立插電式混合動力汽車基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略，門限值控制策略總體架構(gòu)包括信號輸入模塊、信號輸出模塊、駕駛員轉(zhuǎn)矩需求計算模塊、行駛模式判斷模塊、轉(zhuǎn)矩分配模塊，提出PHEV行駛模式判別方法及不同行駛模式下的轉(zhuǎn)矩分配方法；然后建立PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真模型，在典型工況下，以最小油耗為優(yōu)化目標(biāo)，采用動態(tài)規(guī)劃法求得發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點；最后依據(jù)動態(tài)規(guī)劃法求得的發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點，基于PHEV行駛模式判別條件，提取門限值控制門限。本發(fā)明使采用RB控制策略的PHEV能夠獲得接近DP優(yōu)化結(jié)果的理論最小油耗，提高其經(jīng)濟性。
【專利說明】
基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種插電式混合動力汽車的控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，尤其涉及一種基 于動態(tài)規(guī)劃的（DynamiC Programming，DP)的插電式混合動力汽車的控制門限參數(shù)優(yōu)化方 法，屬于新能源汽車控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 插電式混合動力汽車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)具有較大容量 的動力電池，并能夠從外部電網(wǎng)為電池充電。當(dāng)電池電量(SOC)充足時，PHEV可以主要依靠 電機驅(qū)動車輛，即采用電量消耗模式(Charge Depleting，CD)行駛；當(dāng)SOC下降到最小許可 值(SOCmin)時，可以采用電量維持模式(Charge Sustaining，CS)，此時，PHEV相當(dāng)于傳統(tǒng)的 混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)。因此，PHEV兼具了電動汽車和混合動力汽 車的優(yōu)點，具有續(xù)駛里程長，油耗低，排放少等特點，非常適合我國的國情，是我國新能源汽 車重點發(fā)展的車型之一。
[0003] 插電式混合動力汽車能量管理策略是PHEV設(shè)計的關(guān)鍵問題，目前，實際運行的 PHEV多采用基于規(guī)則的門限值整車能量管理策略(Rule-based control strategy，RB)。該 策略基于啟發(fā)式的編程思想，依據(jù)車速、SOC以及駕駛員功率需求等判斷PHEV的行駛模式， 當(dāng)上述狀態(tài)變量達到某控制門限值時，PHEV進行模式切換，并依據(jù)不同模式控制動力系統(tǒng) 部件的運行狀態(tài)及分配轉(zhuǎn)矩。該策略計算量小，實時性好，易于編程實現(xiàn)，因此，幾乎所有商 業(yè)化的PHEV均采用此類控制方法?；谝?guī)則的PHEV能量管理策略的控制門限值是基于工程 經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)進行設(shè)置和調(diào)整的，一般是在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況(如NEDC、FTP75等），以油耗最 小為目標(biāo)進行調(diào)整。但是由于該策略的控制門限一般有多個，且其與油耗之間的關(guān)系是非 線性的，工程上需要大量的試驗才能找到較優(yōu)的控制門限值。但該方法耗時長，所確定的控 制門限也往往不是最優(yōu)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)PHEV邏輯門限值控制中的控制門限不易確定和優(yōu)化的問題，本 發(fā)明提供一種基于動態(tài)規(guī)劃(Dynamic Programming，DP)的PHEV控制門限優(yōu)化方法。該方法 的主要流程是：建立PHEV的動力學(xué)仿真模型，在典型工況下，以最小油耗為優(yōu)化目標(biāo)，采用 動態(tài)規(guī)劃法求得發(fā)動機、電機最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點；以PHEV行駛模式特征為約束條件，提出門限 提取方法，提取控制門限。本發(fā)明使采用RB控制策略的PHEV能夠獲得接近DP優(yōu)化結(jié)果的理 論最小油耗，提高其經(jīng)濟性。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：
[0006] -種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、基于行駛模式，建立插電式混合動力汽車基于規(guī)則的邏輯門限值控制策 略，PHEV采用的基于規(guī)則的門限值控制策略總體架構(gòu)包括信號輸入模塊、信號輸出模塊、駕 駛員轉(zhuǎn)矩需求計算模塊、行駛模式判斷模塊、轉(zhuǎn)矩分配模塊，提出PHEV行駛模式判別方法及 不同行駛模式下的轉(zhuǎn)矩分配方法；
[0008] 步驟二、建立PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真模型，在典型工況下，以最小油耗為優(yōu)化目 標(biāo)，采用動態(tài)規(guī)劃法求得發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點；
[0009] 步驟三、依據(jù)所述步驟二動態(tài)規(guī)劃法求得的發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點，基 于所述步驟一提出的PHEV行駛模式判別條件，提取門限值控制門限。
[0010] 進一步地，所述步驟一包括以下步驟：
[0011] 1.1)整車控制器從CAN線上接收整車控制所需的車輛狀態(tài)信號，包括:加速踏板開 度~、制動踏板開度a b、車速Vh、發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩I、電機轉(zhuǎn)速1^、電機轉(zhuǎn)矩Tm、電池 S0C、變速器檔位ng;經(jīng)所述信號輸入模塊進行異點剔除后，傳遞給后續(xù)模塊；
[0012] 1.2)所述駕駛員轉(zhuǎn)矩需求模塊計算駕駛員驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩和制動需求轉(zhuǎn)矩；
[0013] 驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩Tdreq為：
[0014] Td-req = Tv-req(Vh) · aa/ig
[0015] 式中，Tv_re3q為合成轉(zhuǎn)矩，其為車速Vh的函數(shù)，依據(jù)發(fā)動機和電機外特性合成得到， N.m；
[0016] "為變速器速比；
[0017] 需求制動轉(zhuǎn)矩TbreA:
[0018] Tb_req = Kb · ab
[0019] 式中，Kb為制動因數(shù)；
[0020] 1.3)所述行駛模式判斷模塊依據(jù)控制門限和車輛狀態(tài)參數(shù)按照規(guī)則判斷PHEV的 行駛模式，包括驅(qū)動模式、制動模式、停車模式三種主模式；
[0021] 1.4)所述轉(zhuǎn)矩分配模塊計算不同模式下的發(fā)動機及電機轉(zhuǎn)矩。
[0022] 進一步地，所述步驟1.3)中停車模式、驅(qū)動模式和制動模式三種主模式的判斷條 件為：
[0023] 1.3.1)驅(qū)動模式:aa^：aa_min&a b = 〇,其中，aa_min為最小加速踏板開度門限；
[0024] 1.3.2)制動模式:aa彡〇&ab = ab_min，其中，ab_min為最小制動踏板開度門限；
[0025] 1 · 3 · 3)停車模式:知彡〇&(^ = 〇&外<外_*，其中，外_*為最小停車車速門限。
[0026] 進一步地，所述步驟1.3.1)驅(qū)動模式包括以下子模式：
[0027] 1.3.1.1)純電動模式：當(dāng)11(3彡1^1(^ (1_叫彡了(^&30(：彡30(^時，進入純電動模式， 其中，rudie為發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速;Td_EV為純電動最高轉(zhuǎn)矩門限;SOCmiACD模式最小允許SOC; [0028] 1.3.1.2)發(fā)動機驅(qū)動模式：當(dāng)11(3>1^1 (^(^<了(1_叫^^(^時，進入發(fā)動機驅(qū)動模 式，其中，Td_EN為發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限；
[0029] 發(fā)動機驅(qū)動模式中，又根據(jù)SOC的狀態(tài)分為純發(fā)動機驅(qū)動及行車充電兩種子模式：
[0030] 當(dāng)S0C> SOCchr時，發(fā)動機僅驅(qū)動車輛；
[0031] 當(dāng)SOC彡SOCchr時，發(fā)動機不僅驅(qū)動車輛還需要帶動電機給電池充電，其中，SOCchr 為行車充電最小S0C;
[0032] 1.3.1.3)聯(lián)合驅(qū)動模式:Td_req>Td_EN&S0C>S0C min，在聯(lián)合啟動模式下，發(fā)動機和 電機聯(lián)合驅(qū)動車輛行駛；
[0033]需要確定并優(yōu)化的門限為Td_EV和Td_EN，一般Td_EV<Td_ EN，且均為發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne的非 線性函數(shù)。
[0036]
[0034] 進一步地，所述步驟1.4)中驅(qū)動模式下發(fā)動機及電機轉(zhuǎn)矩計算方法為：[0035] 1.4.1)純電動模式：
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 式中，Tm為電機分配轉(zhuǎn)矩;Te為發(fā)動機分配轉(zhuǎn)矩。
[0044] 進一步地，所述步驟二具體包括以下過程：
[0045] 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)矩可表示為：
[0046]
[0047] 式中，Uk為轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)，uk = Tm/Td;Td為動態(tài)規(guī)劃算法中的駕駛員需求轉(zhuǎn)矩：
[0048]

[0049] 式中，IU為傳動系統(tǒng)效率；ig為變速器速比；io為主減速器速比；Tw為車輪驅(qū)動轉(zhuǎn) 矩：
[0050]
[0051]式中，m為整車質(zhì)量，kg;g為重力加速度，9.8m2/s;fr為滾動阻力系數(shù);Cd為風(fēng)阻系 數(shù);Pd為空氣密度，kg/m3; A為迎風(fēng)面積，m2; δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);Va為車速;r為車輪滾動 半徑；
[0052] 電機功率Pm由下式計算：
[0053]
[0054]式中，η?為電機效率，依據(jù)電機轉(zhuǎn)速查詢電機效率map圖得到；
[0055]電池電流Ib由下式計算：
[0056]
[0057] 式中，U。。為電池升峪電J±，V;Ri為電池內(nèi)阻，Ω ;
[0058]狀態(tài)變量SOC可由以下差分方程得到：
[0059]
[0060] 式中，Δ t為仿真時間步長;Qo為電池總?cè)萘?，Ah;
[0061 ]約束條件如下：
[0062]
[0063] DP優(yōu)化的目標(biāo)為總油耗量J最小，即：
[0064]
[0065]式中，mf為單位時間內(nèi)的燃油消耗率，g/kW.h，由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查燃油消耗率 特性表得到。
[0066] 進一步地，所述步驟三包括以下步驟：
[0067] 3.1)建立PHEV動態(tài)規(guī)劃算法仿真模型:將所述步驟二建立的PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué) 仿真模型采用Mat Iab工程計算軟件依據(jù)Bel Iman算法編制成PHEV動態(tài)規(guī)劃計算機仿真程 序；
[0068] 3.2)選取典型標(biāo)準(zhǔn)工況作為仿真工況進行PHEV動態(tài)規(guī)劃算法動力學(xué)仿真；
[0069 ] 3.3)提取發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN;
[0070] 3.4)提取純電動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV。
[0071 ]進一步地，所述步驟3.3)提取發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN包括以下過程：
[0072] 3.3.1)提取動態(tài)規(guī)劃仿真中聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點；
[0073] PHEV門限值策略進入聯(lián)合驅(qū)動的條件是:Td_req > Td_EN&S0C > SOCmin，此時Te = Td_EN;
[0074] 在動態(tài)規(guī)劃仿真結(jié)果中，聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點符合以下條件：
[0075]
[0076]其中，Te_max為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩值，N.m;
[0077] 在動態(tài)規(guī)劃仿真得到的發(fā)動機工作點中，提取符合上式的發(fā)動機工作點，即為聯(lián) 合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點;
[0078] 3.3.2)在發(fā)動機怠速IUdie與最高轉(zhuǎn)速ne_ max范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點；
[0079] 3.3.3)選取某轉(zhuǎn)速點Ile^1在其某領(lǐng)域范圍內(nèi)的聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點 Te_b_t_i，求取這些工作點的均值Td_EN(ne_i):
[0080]
[0081]將Td+ENUd)值作為該轉(zhuǎn)速點I^i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN;
[0082]重復(fù)本步驟，計算其它轉(zhuǎn)速點的Td_EN，得到離散的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限；
[0083] 3.3.4)采用樣條插值方法，對所述步驟3.3.3)中得到的離散門限進行平滑處理， 得到發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN。
[0084] 進一步地，所述步驟3.4)提取純電動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV的過程如下：
[0085] 3.4.1 )PHEV邏輯門限值策略進入純電驅(qū)動的條件是：
[0086] ne<mdie&Td_req彡Td_Ev&S0C彡SOC min,在純電驅(qū)動模式下各轉(zhuǎn)速點電機工作點的最 大值即為最高轉(zhuǎn)矩門限TcLEV;
[0087] 左奸太_七丨丨代吉廷里出，先提取純電驅(qū)動的電機工作點Tm_ ev_i滿足以下條件：
[0088]
[0089] 在動態(tài)規(guī)劃仿真得到的電機工作點中，提取滿足上式的電機工作點，即為純電機 驅(qū)動電機工作點Tm^v+i;
[0090] 3.4.2)在發(fā)動機怠速IUdie3與最高轉(zhuǎn)速Iie^ max范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點；
[0091 ] 3.4.3)選取某轉(zhuǎn)速點I^i在其領(lǐng)域范圍內(nèi)的純電驅(qū)動的電機工作點，對選取 工作點依據(jù)轉(zhuǎn)矩值進行從大到小排序，選取轉(zhuǎn)矩值前N個點
[0092]
[0093] 將Td+EvUd)值作為該轉(zhuǎn)速點I^i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV;
[0094] 重復(fù)本步驟，計算其它轉(zhuǎn)速點的Td_EN，得到離散的純電動最高轉(zhuǎn)矩門限；
[0095] 3.4.4)采用樣條差值方法，對所述步驟3.4.3)中得到的離散門限進行平滑處理， 得到發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV。
[0096] 本發(fā)明的有益效果：
[0097] 本發(fā)明解決了 PHEV邏輯門限值控制中的控制門限不易確定和優(yōu)化的問題，依據(jù)本 方法獲取的控制門限能夠使PHEV的油耗接近動態(tài)規(guī)劃求得的理論最小油耗，提高了PHEV的 經(jīng)濟性，為PHEV控制系統(tǒng)設(shè)計提供了有益的參考。
【附圖說明】
[0098] 本發(fā)明的【具體實施方式】將在下文通過結(jié)合應(yīng)用示例進行詳細闡述。
[0099]圖1是并聯(lián)PHEV系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)；
[0100]圖2是PHEV邏輯門限值控制策略構(gòu)架；
[0101]圖3是PHEV控制門限提取方法原理；
[0102] 圖4是3b類車輛WLTC循環(huán)車速時間歷程。
【具體實施方式】
[0103]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。以下實例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一 步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0104]動態(tài)規(guī)劃(DP)是一種全局優(yōu)化方法，該方法采用Bel Iman原理，將整體動態(tài)規(guī)劃問 題分解成一系列的最小化子問題逐步求解，所求得的解不僅局部最優(yōu)，并且是全局最優(yōu)的。 因此，從理論上說，按照動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化的計算結(jié)果進行轉(zhuǎn)矩分配，PHEV能獲得理論最小油 耗。但是，DP需要在已知工況下才能逆序求解優(yōu)化問題，并且計算量非常巨大，幾乎無法用 于實際的PHEV控制。本文將動態(tài)規(guī)劃法與門限值控制方法相結(jié)合，依據(jù)動態(tài)規(guī)劃獲得的發(fā) 動機、電機最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點，以PHEV行駛模式特征為約束條件，提取控制門限，解決PHEV控 制門限值不易確定和優(yōu)化的問題，使PHEV在實際的RB控制中能夠獲得接近理論最小的油 耗，提高其經(jīng)濟性。
[0105] 圖1為某并聯(lián)插電式混合動力汽車硬件結(jié)構(gòu)。需要聲明的是:本專利所述及的方法 適用于任何構(gòu)型的PHEV，不僅限于本例中的PHEV構(gòu)型。本例中的并聯(lián)PHEV采用同軸并聯(lián)結(jié) 構(gòu)。其中，電機同軸安裝在自動變速器的輸入軸上，電池可由外接充電器充電。PHEV控制系 統(tǒng)包括:油門踏板(含踏板開度傳感器）、制動踏板(含踏板開度傳感器）、整車控制器(HCU)、 發(fā)動機控制器(ECU)、電機控制器(MCU)、自動變速器控制器(TCU)、電池管理單元(BMU)，各 部件之間通過CAN總線交互信息。
[0106] 1.建立插電式混合動力汽車基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略：
[0107] 基于行駛模式，建立插電式混合動力汽車邏輯門限值控制策略，提出該策略架構(gòu)， 提出PHEV行駛模式判別方法及轉(zhuǎn)矩分配方法。
[0108] 圖2為本例PHEV采用的基于規(guī)則的門限值控制策略總體架構(gòu)（只包含能量管理部 分），包括信號輸入模塊、信號輸出模塊、駕駛員轉(zhuǎn)矩需求計算模塊、行駛模式判斷模塊、轉(zhuǎn) 矩分配模塊等。該門限值控制策略為"混合驅(qū)動"（Blended)型，即在電量消耗模式(⑶）下， 當(dāng)控制參數(shù)達到相應(yīng)門限值時，發(fā)動機將參與驅(qū)動車輛。該策略各模塊的功能及計算步驟 如下：
[0109] 1.1車輛上電并通過自檢后，整車控制器(H⑶)從CAN線上接收整車控制所需的車 輛狀態(tài)信號。包括:加速踏板開度a a( % )、制動踏板開度ab( % )、車速vh(km/h)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速 ne(rpm)、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Te(N.m)、電機轉(zhuǎn)速nm(rpm)、電機轉(zhuǎn)矩Tm(N.m)、電池 S0C、變速器檔位ng 等。經(jīng)信號輸入模塊進行異點剔除后，傳遞給后續(xù)模塊。
[0110] 1.2計算駕駛員需求轉(zhuǎn)矩。由駕駛員轉(zhuǎn)矩需求模塊根據(jù)加速踏板開度~（％)、制動 踏板開度Ct b等計算駕駛員驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩和制動需求轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩Td_raq為：
[0111] Td-req = Tv-req(Vh) · aa/ig (I)
[0112] 其中，Tv_re3q為合成轉(zhuǎn)矩，其為車速Vh的函數(shù)，依據(jù)發(fā)動機和電機外特性合成得到， 單位N.m，i g為變速器速比。
[0113] 需求制動轉(zhuǎn)矩Tb_req為：
[0114] Tb_req = Kb · Ob (2)
[0115] 其中，Kb為制動因數(shù)。
[0116] 1.3行駛模式判斷。由行駛模式判斷模塊依據(jù)控制門限和車輛狀態(tài)參數(shù)按照規(guī)則 判斷PHEV的行駛模式，本例中PHEV的行駛模式及動力系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)如表1所示。本例 中的行駛模式分成停車模式、驅(qū)動模式和制動模式三種主模式，每類主模式下又分為若干 子模式。
[0117] 表1PHEV行駛模式
[0119] 主模式的判斷條件如下：
[0120] 1.3.1驅(qū)動模式:aa^：aa_min&a b = 〇,其中，aa_min為最小加速踏板開度門限，本例中取 為1% 〇
[0121] 1.3.2制動模式:aa$〇&ab = Ctb min，其中，Ctb min為最小制動踏板開度門限，本例中取 為1% 〇
[0122] 1.3.3停車模式:aa>〇&ab = 〇&Vh<Vh min，其中，Vh min為最小停車車速門限，本例中 取為 0.5km/h。
[0123] 其中，制動模式中的再生制動模式一般由再生制動控制器負責(zé)制動轉(zhuǎn)矩的計算， 本例不對其控制門限進行優(yōu)化;在停車模式中的停車發(fā)電模式，一般將發(fā)動機控制在最高 效率點附近，本例也不對該模式門限進行優(yōu)化。本例重點優(yōu)化驅(qū)動模式的控制門限，因此僅 列出驅(qū)動模式的模式判斷條件及轉(zhuǎn)矩分配計算方法。
[0124] 本例中，PHEV驅(qū)動模式包含三個子模式:純電動模式，發(fā)動機驅(qū)動模式及聯(lián)合驅(qū)動 模式。三個子模式的判斷規(guī)則如下：
[0125] 1.3.1 · 1純電動模式：當(dāng)ne彡mdie&Td_req彡Td_Ev&S0C彡SOC min時，進入純電動模式，其 中IUdie為發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速，本例中IUdie = 800rpm; Td_EV為純電動最高轉(zhuǎn)矩門限;SOCmin為⑶模 式最小允許SOC，本例中，SOC min為0.3。
[0126] 1 · 3 · 1 · 2發(fā)動機驅(qū)動模式：當(dāng)ne>nidie&Td_Ev<Td_req彡Td_EN時，進入該模式，其中 Td_EN為發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限。
[0127] 在發(fā)動機驅(qū)動模式中，又根據(jù)SOC的狀態(tài)分為:純發(fā)動機驅(qū)動及行車充電兩種子模 式，即：當(dāng)S0C> SOCchr時，發(fā)動機僅驅(qū)動車輛；當(dāng)SOCS SOCchr時，發(fā)動機不僅驅(qū)動車輛還需要 帶動電機給電池充電，其中，SOCchr為行車充電最小SOC，本例中，SOCchr為0 · 45〇
[01 28] 1.3.1.3聯(lián)合驅(qū)動模式:Td_req>Td_EN&S0C>S0Cmin，在該模式下，發(fā)動機和電機聯(lián)合 驅(qū)動車輛行駛。
[0129]上述控制門限將發(fā)動機萬有特性分成三個部分，如圖3所示。本例中需要確定并優(yōu) 化的門限為Td_EV和Td_EN，圖3中虛線表不Td_EV和Td_EN在未確定前的大致位置，一般Td_EV< Td_EN，且均為發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne的非線性函數(shù)。
[0130] 1.4發(fā)動機及電機分配轉(zhuǎn)矩計算。由轉(zhuǎn)矩分配模塊計算不同模式下的發(fā)動機及電 機轉(zhuǎn)矩。
[0131]本例僅列出驅(qū)動主模式下的分配轉(zhuǎn)矩計算方法。
[0132] 1.4.1純電動模式
[0133]
(63)
[0134] 其中，Tm為電機分配轉(zhuǎn)矩;Te為發(fā)動機分配轉(zhuǎn)矩。[0135] 1.4.2純發(fā)動機驅(qū)動模式
[0136] (4)
[0137]
[0138] C5)
[0139]
[0140] (6)
[0141 ] 2.建立PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真模型，在典型工況下，以最小油耗為優(yōu)化目標(biāo)，采 用動態(tài)規(guī)劃法求得發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點：
[0142] 針對本例中圖1所示構(gòu)型的PHEV，建立動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真模型。本例中，動態(tài)規(guī) 劃的狀態(tài)變量X為電池 SOC，控制變量為轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)Uk，即
[0143]
(7)
[0144] 其中，Td為DP算法中的駕駛員需求轉(zhuǎn)矩，由下式求得
[0145]
(8)
[0146] 其中，IU為傳動系統(tǒng)效率；ig為變速器速比；io為主減速器速比；Tw為車輪驅(qū)動轉(zhuǎn) 矩，由下式求得
[0147]
(:9.)
[0148] 其中，m為整車質(zhì)量，kg;g為重力加速度，9.8m2/s;fr為滾動阻力系數(shù);Cd為風(fēng)阻系 數(shù);Pd為空氣密度，kg/m 3; A為迎風(fēng)面積，m2; δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);Va為車速;r為車輪滾動 半徑。
[0149] 由公式(7)，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)矩可表示為
[0153] 其中，％為電機效率，依據(jù)電機轉(zhuǎn)速查詢電機效率map圖得到。[0154] 電池電流Ib由下式計算
[0150] (IO)
[0151]
[0152] Π I )
[0155]
C12)
[0156] 其中，U。。為電池開路電壓，V;Ri為電池內(nèi)阻，Ω。
[0157] 則狀態(tài)變量SOC可由以下差分方程得到
[0158]
C
[0159] 其中，At為仿真時間步長，本例取為Is;Qo為電池總?cè)萘?，Ah。
[0160] 上述狀態(tài)變量和控制變量需要滿足如下約束條件：
[0161]
(14>
[0162] DP優(yōu)化的目標(biāo)為總油耗量J最小，即
[0163]
U5)
[0164] 其中，mf為單位時間內(nèi)的燃油消耗率，g/kW.h，由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查燃油消耗率 特性表得到。
[0165] 按照上公式(7)~（15 )，采用Bel Iman算法編制PHEV動態(tài)規(guī)劃計算機仿真程序，實 現(xiàn)PHEV的動態(tài)規(guī)劃算法優(yōu)化，求出全局最優(yōu)的發(fā)動機和電機轉(zhuǎn)矩系數(shù)u k，然后由公式（10) 求出最優(yōu)的發(fā)動機和電機分配轉(zhuǎn)矩。
[0166] 3.基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制參數(shù)優(yōu)化：
[0167] 依據(jù)動態(tài)規(guī)劃獲得的發(fā)動機、電機最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點，基于PHEV行駛模式判別條件， 提取門限值控制門限。
[0168] 如前所述，本例僅對純電動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV和發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN進 行提取，步驟如下：
[0169] 3.1建立PHEV動態(tài)規(guī)劃算法仿真模型。將本實例所述的"2. PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿 真模型"，采用MatIab工程計算軟件依據(jù)BeIlman算法編制成PHEV動態(tài)規(guī)劃計算機仿真程 序，本例中，仿真步長為I s，SOC網(wǎng)格劃分間隔為0.1 %。
[0170] 3.2PHEV動態(tài)規(guī)劃算法動力學(xué)仿真。選取某典型標(biāo)準(zhǔn)工況作為仿真工況，工況的選 取原則是:使仿真工況的行駛里程與用戶全天的平均行駛里程相近，仿真工況應(yīng)能反映實 際用戶的工況特征。
[0171] 本例米用全球統(tǒng)一輕型車測試程序(Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure，WLTP)中的3b類車輛測試循環(huán)工況(WLTC)作為仿真標(biāo)準(zhǔn)工況，如圖4所示。 一個WLTC循環(huán)工況行駛距離為23.2km，本例采用3個WLTC循環(huán)作為一次仿真運行工況，總計 行程約70km。運行本例中初始仿真SOC為95%，⑶模式允許最小SOC為30%。
[0172] 3.3提取發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN，其步驟如下：
[0173] 3.3.1提取DP仿真中，聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點。
[0174] 由1.3.1.3可知，PHEV門限值策略進入聯(lián)合驅(qū)動的條件是：Td_req>Td_EN&S0C> SOCmin，由公式(6)可知，此時Te = Td_EN。說明RB策略的聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點即為 發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN。若將動態(tài)規(guī)劃中符合聯(lián)合驅(qū)動的發(fā)動機工作點提取出來， 并依據(jù)其確定RB策略的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_ EN，則用該方法提取得到的Td_EN就能達 到與DP優(yōu)化相近的控制效果。
[0175] 在動態(tài)規(guī)劃(DP)仿真結(jié)果中，聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點合以下 條件：
[0176]
Γ 16)
[0177] 其中，Te_max為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩值，N.m。
[0178] 在DP仿真得到的發(fā)動機工作點中，編程提取滿足公式（16)的發(fā)動機工作點，即為 聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點Te^C 1CisU。并繪制在發(fā)動機萬有特性上，如圖3所示（△號）。
[0179] 3.3.2在發(fā)動機怠速IUdie3與最高轉(zhuǎn)速Iie^ max范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點。本例 中以200rpm為間隔，即選取[800 1000 1200…5000 5200 5400]rpm處的發(fā)動機轉(zhuǎn)速點。 [0180] 3.3.3選取某轉(zhuǎn)速點在其某領(lǐng)域范圍內(nèi)的聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點 Te_b_t_i。如在圖3中，在轉(zhuǎn)速點3000rpm±50rpm的范圍內(nèi)選取的聯(lián)合驅(qū)動發(fā)動機工作點，然 后求取這些工作點的均值Td_EN(ne_i)，即
[0181]
(17)
[0182] 將Td+ENUd)值作為該轉(zhuǎn)速點I^i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN。重復(fù)本步驟，計 算其它轉(zhuǎn)速點的Td_ EN，得到離散的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限。若在轉(zhuǎn)速點ny的領(lǐng)域范圍內(nèi) 無任何發(fā)動機工作點，則采用2個鄰近轉(zhuǎn)速點Td+ENUy)的均值作為該點的最高轉(zhuǎn)矩門限。
[0183] 3.3.4采用樣條插值方法，對上一步中得到的離散門限進行平滑處理，得到如圖3 所示的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_ EN，如圖3所示。
[0184] 3.4提取純電動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV，其步驟如下：
[0185] 3 · 4 · 1由1 · 3 · 1 · 1可知，PHEV邏輯門限值策略進入純電驅(qū)動的條件是：ne彡nidie& Td_req彡Td_EV&S0C多SOCmin，可見在純電驅(qū)動模式下各轉(zhuǎn)速點電機工作點的最大值即為最高 轉(zhuǎn)矩門限Td_ EV。因此，在動態(tài)規(guī)劃仿真結(jié)果中，先提取純電驅(qū)動的電機工作點，這些工 作點滿足下式要求：
[0186]
(1.8)
[0187] 在DP仿真得到的電機工作點中，提取滿足公式（18)的電機工作點，即為純電機驅(qū) 動電機工作點Tm+ev+i。并繪制在發(fā)動機萬有特性上，如圖3所示(*號）。
[0188] 3.4.2在發(fā)動機怠速IUdie3與最高轉(zhuǎn)速Iie^ max范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點。本例 中以200rpm為間隔，即選取[800 1000 1200…5000 5200 5400]rpm處的發(fā)動機轉(zhuǎn)速點。
[0189] 3.4.3選取某轉(zhuǎn)速點n^i在其領(lǐng)域范圍內(nèi)的純電驅(qū)動的電機工作點Tni。對選取 工作點依據(jù)轉(zhuǎn)矩值進行從大到小排序，選取轉(zhuǎn)矩值前N個點Im^v+N，本例中N= 5，然后求平均 值Td-Ev(ne-i)，即
[0190]
(17)
[0191] 將Td+EvUd)值作為該轉(zhuǎn)速點n^i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV。重復(fù)本步驟，計 算其它轉(zhuǎn)速點的Td_ EN，得到離散的純電動最高轉(zhuǎn)矩門限。若在轉(zhuǎn)速點nu的領(lǐng)域范圍內(nèi)無任 何電機工作點，則采用2個鄰近轉(zhuǎn)速點Td+ENUy)的均值作為該點的最高轉(zhuǎn)矩門限。
[0192] 3.4.4采用樣條差值方法，對上一步中得到的離散門限進行平滑處理，得到如圖3 所示的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV。
【主權(quán)項】
1. 一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、基于行駛模式，建立插電式混合動力汽車基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略， PHEV采用的基于規(guī)則的門限值控制策略總體架構(gòu)包括信號輸入模塊、信號輸出模塊、駕駛 員轉(zhuǎn)矩需求計算模塊、行駛模式判斷模塊、轉(zhuǎn)矩分配模塊，提出PHEV行駛模式判別方法及不 同行駛模式下的轉(zhuǎn)矩分配方法； 步驟二、建立PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真模型，在典型工況下，以最小油耗為優(yōu)化目標(biāo)， 采用動態(tài)規(guī)劃法求得發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點； 步驟三、依據(jù)所述步驟二動態(tài)規(guī)劃法求得的發(fā)動機及電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配點，基于所 述步驟一提出的PffiV行駛模式判別條件，提取門限值控制門限。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟一包括以下步驟： 1.1) 整車控制器從CAN線上接收整車控制所需的車輛狀態(tài)信號，包括:加速踏板開度aa、 制動踏板開度a b、車速vh、發(fā)動機轉(zhuǎn)速~、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速nm、電機轉(zhuǎn)矩Tm、電池 SOC、 變速器檔位ng;經(jīng)所述信號輸入模塊進行異點剔除后，傳遞給后續(xù)模塊； 1.2) 所述駕駛員轉(zhuǎn)矩需求模塊計算駕駛員驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩和制動需求轉(zhuǎn)矩； 驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩Td_raq為： Td_req Tv_ req (Vh) ? aa/ig 式中，Tv_raq為合成轉(zhuǎn)矩，其為車速vh的函數(shù)，依據(jù)發(fā)動機和電機外特性合成得到，N.m; ig為變速器速比； 需求制動轉(zhuǎn)矩Tb_:req為： Tb_req = Kb * 〇b 式中，Kb為制動因數(shù)； 1.3) 所述行駛模式判斷模塊依據(jù)控制門限和車輛狀態(tài)參數(shù)按照規(guī)則判斷PHEV的行駛 模式，包括驅(qū)動模式、制動模式、停車模式三種主模式； 1.4) 所述轉(zhuǎn)矩分配模塊計算不同模式下的發(fā)動機及電機轉(zhuǎn)矩。3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟1.3)中停車模式、驅(qū)動模式和制動模式三種主模式的判斷條件為： 1.3.1) 驅(qū)動模式:aa> aa_min&ab = 〇，其中，aa_min為最小加速踏板開度門限； 1.3.2) 制動模式:aa彡〇&ab = ab_min，其中，ab_min為最小制動踏板開度門限； 1.3.3) 停車模式:aa> 〇&ab = 〇&Vh< Vh min，其中，Vh min為最小停車車速門限。4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟1.3.1)驅(qū)動模式包括以下子模式： 1 ? 3 ? 1 ? 1)純電動模式：當(dāng)ne彡mdie&Td_req彡Td_Ev&SOC彡SOC min時，進入純電動模式，其中， mm為發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速;Td_EV為純電動最高轉(zhuǎn)矩門限;SOCminSCD模式最小允許SOC; 1.3.1.2)發(fā)動機驅(qū)動模式：當(dāng)n^nidie&Td+E^Td+req彡Td_EN時，進入發(fā)動機驅(qū)動模式，其 中，Td_EN為發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限； 發(fā)動機驅(qū)動模式中，又根據(jù)S0C的狀態(tài)分為純發(fā)動機驅(qū)動及行車充電兩種子模式： 當(dāng)S0C > SOCchr時，發(fā)動機僅驅(qū)動車輛； 當(dāng)S0C彡SOCchr時，發(fā)動機不僅驅(qū)動車輛還需要帶動電機給電池充電，其中，SOCchr為行 車充電最小soc; 1.3.1.3)聯(lián)合驅(qū)動模式:1<^<1>1(^&30030(^，在聯(lián)合啟動模式下，發(fā)動機和電機 聯(lián)合驅(qū)動車輛行駛； 需要確定并優(yōu)化的門限為Td_EV和Td_EN，一般Td_EV<Td_ EN，且均為發(fā)動機轉(zhuǎn)速~的非線性 函數(shù)。5. 如權(quán)利要求2所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟1.4)中驅(qū)動模式下發(fā)動機及電機轉(zhuǎn)矩計算方法為：式中，Tm為電機分配轉(zhuǎn)矩;Te為發(fā)動機分配轉(zhuǎn)矩。6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟二具體包括以下過程： 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)矩可表示為：式中，Uk為轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)，Uk=Tm/Td; Td為動態(tài)規(guī)劃算法中的駕駛員需求轉(zhuǎn)矩： Td = Tw/(nt ? ig ? io) 式中，％為傳動系統(tǒng)效率;ig為變速器速比；io為主減速器速比;Tw為車輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩：式中，m為整車質(zhì)量，kg;g為重力加速度，9.8m2/s;fr為滾動阻力系數(shù);Cd為風(fēng)阻系數(shù);Pd 為空氣密度，kg/m3; A為迎風(fēng)面積，m2; S為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);Va為車速;r為車輪滾動半徑； 電機功率Pm由下式計算：式中，W為電機效率，依據(jù)電機轉(zhuǎn)速查詢電機效率map圖得到； 電池電流lb由下式計算：式中，U。。為電池開路電壓，V;Ri為電池內(nèi)阻，Q ; 狀態(tài)變量SOC可由以下差分方程得到：式中，△ t為仿真時間步長;Q〇為電池總?cè)萘?，Ah; 約束條件如下：動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化的目標(biāo)為總油耗量J最小，即：式中，mf為單位時間內(nèi)的燃油消耗率，g/kW.h，由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查燃油消耗率特性 表得到。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟三包括以下步驟： 3.1) 建立PHEV動態(tài)規(guī)劃算法仿真模型：將所述步驟二建立的PHEV動態(tài)規(guī)劃動力學(xué)仿真 模型采用Matlab工程計算軟件依據(jù)Bellman算法編制成PHEV動態(tài)規(guī)劃計算機仿真程序； 3.2) 選取典型標(biāo)準(zhǔn)工況作為仿真工況進行PHEV動態(tài)規(guī)劃算法動力學(xué)仿真； 3.3) 提取發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN; 3.4) 提取純電動最高轉(zhuǎn)矩門限1(1_四。8. 如權(quán)利要求7所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟3.3)提取發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_ EN包括以下過程： 3.3.1)提取動態(tài)規(guī)劃仿真中聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點； PHEV門限值策略進入聯(lián)合驅(qū)動的條件是:Td_req> Td_EN&SOC > SOCmin，此時Te = Td_EN; 在動態(tài)規(guī)劃仿真結(jié)果中，聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點符合以下條件：其中，為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩值，N. m; 在動態(tài)規(guī)劃仿真得到的發(fā)動機工作點中，提取符合上式的發(fā)動機工作點，即為聯(lián)合驅(qū) 動模式下的發(fā)動機工作點; 3.3.2) 在發(fā)動機怠速rudie與最高轉(zhuǎn)速ne_max范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點； 3.3.3) 選取某轉(zhuǎn)速點在其某領(lǐng)域范圍內(nèi)的聯(lián)合驅(qū)動模式下的發(fā)動機工作點 Te_b_t_i，求取這些工作點的均值Td_EN(ne_i):將Td+ENUd)值作為該轉(zhuǎn)速點ne_i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN; 重復(fù)本步驟，計算其它轉(zhuǎn)速點的Td_EN，得到離散的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限； 3.3.4) 采用樣條插值方法，對所述步驟3.3.3)中得到的離散門限進行平滑處理，得到 發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EN。9.如權(quán)利要求7所述的一種基于動態(tài)規(guī)劃的PHEV控制門限參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟3.4)提取純電動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV的過程如下： 3.4.1 )PHEV邏輯門限值策略進入純電驅(qū)動的條件是： ne<mdie&Td_req<Td_Ev&SOC彡SOUin，在純電驅(qū)動模式下各轉(zhuǎn)速點電機工作點的最大值 即為最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV; 在動態(tài)規(guī)劃仿真結(jié)果中，先提取純電驅(qū)動的電機工作點滿足以下條件：在動態(tài)規(guī)劃仿真得到的電機工作點中，提取滿足上式的電機工作點，即為純電機驅(qū)動 電機工作點Tm_ev_i; 3.4.2) 在發(fā)動機怠速1^1(3與最高轉(zhuǎn)速11(^^范圍內(nèi)，等間隔選取發(fā)動機轉(zhuǎn)速點； 3.4.3) 選取某轉(zhuǎn)速點n^i在其領(lǐng)域范圍內(nèi)的純電驅(qū)動的電機工作點Tw+i，對選取工作 點依據(jù)轉(zhuǎn)矩值進行從大到小排序，選取轉(zhuǎn)矩值前N個點Tm^v+N:將Td+EvUd)值作為該轉(zhuǎn)速點ne_i的發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV; 重復(fù)本步驟，計算其它轉(zhuǎn)速點的Td_EN，得到離散的純電動最高轉(zhuǎn)矩門限； 3.4.4) 采用樣條差值方法，對所述步驟3.4.3)中得到的離散門限進行平滑處理，得到 發(fā)動機驅(qū)動最高轉(zhuǎn)矩門限Td_EV。
【文檔編號】G06F17/50GK106055830SQ201610439260
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】郭建華, 初亮, 劉翠, 許楠, 趙竟園, 石大排, 馬玉哲, 張樹彬, 劉初群, 哈林騏
【申請人】吉林大學(xué)