一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法
【专利摘要】本发明提供一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，该方法基于混合逻辑动态建立双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型，并采用模型预测控制方法对模型进行优化控制，在决策出双行星排式混合动力汽车最佳驱动模式切换序列的同时，还能对发动机和电机之间的转矩分配进行优化，从而实现双行星排式混合动力汽车能量的高效管理。本发明针对双行星排式混合动力汽车能量管理系统存在的混杂特征，采用混杂系统理论及其控制方法来解决双行星排式混合动力汽车的能量管理问题，具有针对性强、实用性高、优化性能好等优点。
【专利说明】一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双行星排式混合动力汽车能量管理方法，尤其涉及一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法。
【背景技术】
[0002]双行星排式混合动力汽车是以双行星排式齿轮机构作为动力耦合机构，因此，系统能够选取的驱动模式更多，如何设计实时高效的能量管理控制策略成为充分发挥双行星排式混合动力汽车动力系统性能优势的关键。
[0003]双行星排式混合动力汽车的动力系统主要由发动机、电池以及两个电机构成，发动机和电机不同工作状态的组合构成了双行星排式混合动力汽车多种驱动模式，在不同驱动模式下，发动机燃油消耗和电池荷电状态变化过程并不相同。因此，双行星排式混合动力汽车能量管理系统中既包含如发动机燃油消耗和电池荷电状态这样的连续变量，又包含如发动机启停状态切换以及电池充放电状态切换这样的离散事件，其中，连续变量的状态更新为连续动态过程，而离散事件一方面决定了连续变量的更新规律，同时其演变也受到连续变量在演化过程中突破设定阈值的驱动。由上述分析可以看出，双行星排式混合动力汽车能量管理系统具有明显的混杂动态特征，为典型的混杂系统。
[0004]近年来，混杂系统及其控制理论已逐步走向实际工程应用，在国外，混杂系统理论已成功解决汽车电子油门非线性控制、汽车牵引力控制以及空中交通管理等实际工程问题，在国内，混杂系统理论在深液流栽培试验温室温度控制、机器人焊接过程控制以及半主动空气悬架控制等方面也取得了成功应用。混杂系统及其控制理论已经被公认为对生产过程自动化、机器人控制等复杂工程技术问题的解决具有重要指导意义。
[0005]目前采用的混合动力汽车能量管理策略中，基于规则的能量管理策略虽然不依赖于精确的数学模型，但设计目标单一，不能适用于多工况和多驾驶条件的灵活控制；全局最优算法需要明确整个工况运行数据才能进行全局寻优，具有一定的局限性；瞬态优化控制策略虽然可以实现实时最优控制，但计算量大，运行成本高，同时需要建立比较精确的预估模型，从而限制了其在混合动力汽车上的推广应用。更为关键的是，上述能量管理策略的侧重点都在于获取控制规则的方式，却忽略了研究对象也就是混合动力汽车能量管理系统本身所存在的一些复杂特征，因而难以有效解决上述策略应用在混合动力汽车上所存在的一些局限性问题。
【发明内容】
[0006]为了克服现有的混合动力汽车上所存在的一些局限性问题，本发明提出一种基于混杂系统及其控制理论的双行星排式混合动力汽车能量管理控制方法，实现双行星排式混合动力汽车的能量高效管理。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，包括如下步骤:[0009](I)对双行星排式混合动力汽车的工作过程分析，确定系统选取的所有驱动模式；
[0010](2)确定系统在各个驱动模式下实际工作过程的动力学方程；
[0011](3)对发动机燃油消耗率和电池荷电状态变化率进行分段线性近似；
[0012](4)基于混合逻辑动态建立双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂动态模型；
[0013](5)对双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂动态模型进行模型预测控制，获取系统最佳驱动模式切换序列，同时实现发动机与电机之间的转矩分配优化；
[0014](6)基于多参数规划技术将混杂模型预测控制律转换为分段仿射形式，设计实际控制器进行实车应用。
[0015]进一步地，步骤(1)中的驱动模式分为:纯电动驱动、发动机单独驱动、发动机与电机联合驱动、三动力源联合驱动、行车充电、再生制动。
[0016]进一步地，步骤(2)中的动力学方程如下:
[0017]①.纯电动驱动模式:
【权利要求】
1.一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对双行星排式混合动力汽车的工作过程分析，确定系统选取的驱动模式； (2)确定系统在各个驱动模式下实际工作过程的动力学方程； (3)对发动机燃油消耗率和电池荷电状态变化率进行分段线性近似； (4)基于混合逻辑动态建立双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂动态模型； (5)对双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂动态模型进行模型预测控制，获取系统最佳驱动模式切换序列，同时实现发动机与电机之间的转矩分配优化； (6)基于多参数规划技术将混杂模型预测控制律转换为分段仿射形式，设计实际控制器进行实车应用。
2.根据权利要求1所述的一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的驱动模式分为:纯电动驱动、发动机单独驱动、发动机与电机联合驱动、三动力源联合驱动、行车充电、再生制动。
3.根据权利要求1所述的一种双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的动力学方程如下: ①.纯电动驱动模式: 电池荷电状态变化率
4.根据权利要求1所述的双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的发动机燃油消耗率分段线性近似包括如下步骤: A.获取双行星排式混合动力汽车发动机的万有特性曲线； B.基于分段线性函数拟合在发动机转速固定的情况下，发动机燃油消耗与转矩的关系，发动机转速的分段区间设定不超过300rpm。
5.根据权利要求1所述的双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的电池荷电状态变化率分段线性近似包括如下步骤: A.获取双行星排式混合动力汽车电动机的效率特性曲线； B.针对电机输出转矩大于零和电机输出转矩小于零，这两种情况，进行电池荷电状态变化率的线性拟合； C.基于分段线性函数拟合在电机转速固定的情况下，电池荷电状态与电机输出转矩的关系，电机转速的分段区间设定不超过250rpm。
6.根据权利要求1所述的双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中的基于混合逻辑动态建立双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂动态模型包括如下步骤: A.基于命题逻辑对双行星排式混合动力汽车各个驱动模式和各个驱动模式下的发动机燃油消耗率和电池荷电状态变化率进行描述； B.结合逻辑变量形成双行星排式混合动力汽车在所有驱动模式下的统一状态空间方程; C.引入辅助连续变量，将统一状态空间方程转化为混合逻辑动态规范形式； D.将命题逻辑和相关操作规则转化为混合整数线性不等式，形成混合逻辑动态规范形式下的不等式方程。
7.根据权利要求1所述的双行星排式混合动力汽车能量管理混杂模型控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中的双行星排式混合动力汽车能量管理系统混杂模型预测控制包括如下步骤: A.以燃油消耗量最小为模型预测控制目标，将所述步骤(4)中建立的混合逻辑动态模型作为预测模型； B.将系统的控制输出定义为驱动模式的选择以及该模式下发动机与电机转矩分配，同时设定电池荷电状态的变化范围； C.将优化控制问题转化为混合整数线性规划问题进行求解； D.对求取的混杂模型预测控制律进行性能仿真，针对仿真结果进行控制参数的调整，取得最优的控制效果。
【文档编号】B60W30/182GK103770779SQ201410036447
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】汪少华, 陈龙, 孙晓强, 施德华, 殷春芳 申请人:江苏大学