专利名称：一种混合动力公交车能量分配方法
技术领域：
本发明涉及混合动力管理控制技术领域，具体涉及一种混合动力公交车能源分配方法。
背景技术：
如今，汽车工业越来越注重新能源汽车的研发。因为新能源汽车能够一定程度上缓解燃油汽车的排放导致的环境污染问题以及石油资源有限带来的能源紧缺问题。新能源汽车可大致分为纯电动汽车和混合动力车，由于纯电动汽车相关的很多技术还不成熟，具有电池能量密度以及大电容安全性等瓶颈，当前要想推广还为时过早。而混合动力车(HEV) 可以基于现有的燃油汽车来设计，因此更具有实际意义。本专利主要就是围绕混合动力车展开。混合动力汽车采用了至少两种动力源，因此能让发动机工作在更优的工作区间，达到减少燃油消耗、减少污染物排放、回收利用制动动能等目的。城市公交车作为城市主要交通工具，具有数量较多的特点，对于城市空气的污染影响较大，因此人们开始在城市公交车领域添加混合动力技术来降低城市的空气污染。目前已经有许多课题组在研究混合动力公交车的能量分配策略，一些研究人员采用基于逻辑的控制策略，虽然容易实际应用但是优化效果有限，还有一些研究人员对车辆的运行状况构建了随机模型，然后采用随机动态规划来求解，虽然在仿真中优化效果好，但由于计算的时间复杂度，并不适合在实时的车辆运行中优化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能源分配合理、燃油经济性高、鲁棒性好、同时计算速度快、贴近实际应用的一种混合动力公交车能量分配方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种混合动力公交车能量分配方法，混合动力公交车具有油门踏板位置传感器、车速传感器、GPS模块、车辆控制单元、发动机控制单元、电机控制单元和电池管理单元；油门踏板位置传感器、车速传感器和GPS模块均与车辆控制单元相连，车辆控制单元、发动机控制单元、电机控制单元和电池管理单元通过CAN总线连接；该方法包括如下步骤
(1)车速传感器采集当前的车速信息，GPS模块获取当前车辆位置信息，油门的踏板位置传感器获取当前油门踏板的位置信息，电池管理单元估算当前的电池荷电状态；当前的车速信息、车辆位置信息、油门踏板的位置信息及电池荷电状态均传输至车辆控制单元；
(2)通过查表获得在当前的车速以及当前的电池荷电状态下，发动机与电机合理的功率分配比；所述表格是通过离线求解在不同初态下的随机动态规划问题获得；
(3)根据步骤2中得到的功率分配比以及步骤I中采集的油门踏板的位置信息来确定实际喷油量及电机应当提供的功率，然后通过CAN总线发送报文到电机控制器与发动机控制器；发动机控制单元根据接收车辆控制单元发送过来的报文调节发动机的输出功率；电机控制单元根据接收车辆控制单元发送过来的报文控制电动机的输出功率。
进一步地，所述步骤2可以具体分为下面几个子步骤
(2. I)根据公交车在同一路段运行的历史车速，计算出公交车在每个位移点的车速转移概率矩阵，并构建车速转移概率模型先将车速取值空间离散化，将0到60km/h的速度区间划分为以2. 5km/h为间隔的25格车速取值；然后根据历史车速轨线，在车辆运行轨线上的每个位置分别训练出车速转移概率矩阵，并将这些车速转移概率矩阵存储在车辆控制单元内；在位置S处的状态转移概率矩阵P(S)的维度与离散化后的状态变量的取值数量相关，若车速离散化后有25个可能的取值，则P (S)为25X25的矩阵；则P⑶为25X25的矩阵；P(S)矩阵中第a行b列的元素代表从第a个车速离散值转移到第b个车速离散值的概率，a和b均为1-25的自然数；P(S)矩阵中第a行b列的元素P(S，a，b)的计算方法如下
权利要求
1.一种混合动力公交车能量分配方法，混合动力公交车具有油门踏板位置传感器、车速传感器、GPS模块、车辆控制单元、发动机控制单元、电机控制单元和电池管理单元；油门踏板位置传感器、车速传感器和GPS模块均与车辆控制单元相连，车辆控制单元、发动机控制单元、电机控制单元和电池管理单元通过CAN总线连接；其特征在于，该方法包括如下步骤 (1)车速传感器采集当前的车速信息，GPS模块获取当前车辆位置信息，油门的踏板位置传感器获取当前油门踏板的位置信息，电池管理单元估算当前的电池荷电状态；当前的车速信息、车辆位置信息、油门踏板的位置信息及电池荷电状态均传输至车辆控制单元； (2)通过查表获得，在当前的车速以及当前的电池荷电状态下，发动机与电机合理的功率分配比；所述表格是通过离线求解在不同初态下的随机动态规划问题获得； (3)根据步骤2中得到的功率分配比以及步骤I中采集的油门踏板的位置信息来确定实际喷油量及电机应当提供的功率，然后通过CAN总线发送报文到电机控制器与发动机控制器；发动机控制单元根据接收车辆控制单元发送过来的报文调节发动机的输出功率；电机控制单元根据接收车辆控制单元发送过来的报文控制电动机的输出功率。
2.根据权利要求I所述混合动力公交车能量分配方法，其特征在于，所述步骤2可以具体分为下面几个子步骤 (2. I)根据公交车在同一路段运行的历史车速，计算出公交车在每个位移点的车速转移概率矩阵，并构建车速转移概率模型先将车速取值空间离散化，将O到60km/h的速度区间划分为以2. 5km/h为间隔的25格车速取值；然后根据历史车速轨线，在车辆运行轨线上的每个位置分别训练出车速转移概率矩阵，并将这些车速转移概率矩阵存储在车辆控制单元内；在位置S处的状态转移概率矩阵P(S)的维度与离散化后的状态变量的取值数量相关，若车速离散化后有25个可能的取值，则P⑶为25 X 25的矩阵；则P⑶为25 X 25的矩阵；P(S)矩阵中第a行b列的元素代表从第a个车速离散值转移到第b个车速离散值的概率，a和b均为1-25的自然数；P (S)矩阵中第a行b列的元素P (S，a, b)的计算方法如下P队养. MJ.S) ’ 其中，Na(S)为历史轨线中在位置S处的车速为第a个离散值的个数；Nb(S，a)为历史轨线中在位置S处的车速为第a个离散值在位置S+1处的车速转变为第b个离散值的总数；从车辆行驶的起点到终点的所有的状态转移概率矩阵构成了车速转移概率模型； (2. 2)根据2. I中的车速转移概率模型用动态规划的方式对混合动力车的能量分配进行优化；具体优化目标是J = mm {E{J^[F(i u(iJ) ^GASOC(iM.ff)}}}； 其中，U为控制量，u(i)表示第i段位移中发动机功率与总的功率需求的比值，F(i，u(i))表示第i段位移中在控制量u (i)的作用下的燃油消耗，ASOC(i，u(i))表示第i段位移中在控制量u(i)的作用下的电池荷电状态减少量，P为预测区间的长度(即步骤2中得到的预估车速的总的预测步数)，G为权值，E为求取期望值的符号；目标是在预测时域内求取一个最优控制序列(即预测区域内每个位置的功率分配比)；上述F(i，u(i))的具体计算方法是
全文摘要
本发明公开了一种混合动力公交车能量分配方法，车辆控制单元根据当前车速信息、车辆位置信息、电池荷电状态信息，通过查表获得当前最优的燃油发动机与电机的功率分配比，所述表格的求取方法是先依据公交车在同一线路上运行的历史数据得到的车速转移概率模型，然后根据车速转移概率模型用随机动态规划的方法对混合动力车在预测区段内的能量分配进行优化，获得在不同车速、车辆位置及电池荷电状态的初始条件下，最优的能量分配；最终根据采集到的油门踏板位置信息确定实际喷油量及电机应当提供的功率，通过CAN总线发送报文到电机控制单元与发动机控制单元，本发明具有能源分配合理、求解效率高、尾气排放少、鲁棒性好、节能环保的特点。
文档编号B60W10/06GK102729991SQ201210204859
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者宋春跃, 潘正, 计琴 申请人:浙江大学