本发明提供一种行星式混联混合动力系统分层优化控制方法，属于新能源汽车技术领域。
背景技术：
混合动力汽车的优化能量管理策略可以分为瞬时最优控制策略和全局最优控制策略两类。瞬时最优控制策略仅以当前时刻的系统综合能耗最小为优化目标，不能保证系统在整个行驶工况中的综合能耗最小。全局最优控制策略以全工况下的综合能耗最小为控制目标，能获得系统的全局最优解。然而，全局优化算法具有庞大的运算量，时间成本高，尤其是当优化维度升高时，运算负荷将呈指数级升高，容易陷入维度灾难。相比之下，瞬时最优控制策略具有较小的运算负荷，容易保证其实时性。行星式混合动力系统具有两个自由度，直接应用全局优化算法必将面对庞大的运算量，不利于优化算法的实施。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，在保证获取系统最优解的前提下，能有效降低计算量，提升算法效率的行星式混联混合动力系统分层优化控制方法，其技术内容为：
第一步，行星式混合动力系统效率特性分析：将行星式混合动力系统分为发动机、传动系统两部分，发动机的工作效率通常利用其燃油消耗率定义，如下：
式(1)中：C为柴油热值，be为发动机的燃油消耗率(g/kWh)，
行星式混合动力系统的传动效率为传动系统输出功率与输入功率之比，根据电池充、放电的不同情况，得系统的传动效率：
式(2)中：Po为传动系统输出功率，Pbat为电池输出功率，Pe为发动机输出功率，
传动系统效率受到机械点影响，在忽略各部件工作效率的前提下，可以得到电机MG1的电功率与发动机输出功率之间的关系：
式(3)中：Pg为电机MG1的输出功率，Te为发动机输出转矩，ωe为发动机输出转速，令δ定义为系统的功率分流因子，则电机MG1的电功率与发动机输出功率可表示为：
Pg＝Pe(1-δ) (4)
式中：1-δ表征了系统内电功率占发动机输出功率的比例，在电量平衡的前提下，当δ＝1时，发动机输出功率全部经由机械路径输出，此时即为系统的机械点；而δ<1代表机械点前的工作状态，电机MG1发电，MG2放电；δ>1代表机械点后的工作状态，电机MG1电动，MG2发电，考虑机械点前、后以及电池充、放电情况对传动效率的影响后，可以得到不同情况下的系统的广义传动效率：
式(5)中：ηg和ηm分别为电机MG1和MG2的工作效率，ηr1和ηr2分别为前、后行星排的机械效率，γ＝Pbat/Pe，表示电池功率相对于发动机功率的比例；
第二步，行星式混合动力系统优化控制变量维度分解：由式(5)，系统传动效率除受到两电机工作效率和机械传动效率的影响外，还是关于分离因子δ和电池功率比例γ的函数，传动效率又是关于分离因子的函数，因此，发动机喷油率最终可以表示为车速、系统输出功率、电池功率和分离因子的关系式：
由式(6)，系统输出功率Po和车速v确定，那么行星式混合动力系统的能量管理策略优化问题中，控制变量包含电池功率Pbat和分离因子δ两个维度；
第三步，以分离因子为控制变量的瞬时最优控制：在确定的系统输出功率、车速和电池功率下，以分离因子δ为控制变量，以系统综合效率最优为控制目标的瞬时最优控制，确定最优系统综合效率对应的发动机工作点；
第四步，以电池功率为控制变量的全局优化控制：在瞬时最优控制的基础上，以电池功率Pbat为控制变量，以整车燃油消耗量最小为控制目标的全局优化控制，即确定全工况下的发动机功率和电池功率优化分配策略。
本发明与现有技术相比，有益效果如下：
该方法将行星式混合动力系统的两个自由度转化为两个控制维度，由此设计一种分层优化架构，利用瞬时最优控制策略实现底层控制的最优，利用单维度的全局优化策略实现顶层控制的最优，从而降低直接应用全局优化算法的成本，减少计算工作量，提升优化了行星式混合动力系统优化控制算法的效率。
附图说明
图1是本发明的行星式混联混合动力系统构型简图。
图2是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：本发明行星式混联混合动力系统构型简图，如图1所示，分层优化控制方法流程如图2所示，具体为：
第一步，行星式混合动力系统效率特性分析：将行星式混合动力系统分为发动机、传动系统两部分，发动机的工作效率通常利用其燃油消耗率定义，如下：
式(1)中：C为柴油热值，be为发动机的燃油消耗率(g/kWh)，
行星式混合动力系统的传动效率为传动系统输出功率与输入功率之比，根据电池充、放电的不同情况，得系统的传动效率：
式(2)中：Po为传动系统输出功率，Pbat为电池输出功率，Pe为发动机输出功率，
传动系统效率受到机械点影响，在忽略各部件工作效率的前提下，可以得到电机MG1的电功率与发动机输出功率之间的关系：
式(3)中：Pg为电机MG1的输出功率，Te为发动机输出转矩，ωe为发动机输出转速，令δ定义为系统的功率分流因子，则电机MG1的电功率与发动机输出功率可表示为：
Pg＝Pe(1-δ) (4)
式中：1-δ表征了系统内电功率占发动机输出功率的比例，在电量平衡的前提下，当δ＝1时，发动机输出功率全部经由机械路径输出，此时即为系统的机械点；而δ<1代表机械点前的工作状态，电机MG1发电，MG2放电；δ>1代表机械点后的工作状态，电机MG1电动，MG2发电，考虑机械点前、后以及电池充、放电情况对传动效率的影响后，可以得到不同情况下的系统的广义传动效率：
式(5)中：ηg和ηm分别为电机MG1和MG2的工作效率，ηr1和ηr2分别为前、后行星排的机械效率，γ＝Pbat/Pe，表示电池功率相对于发动机功率的比例；
第二步，行星式混合动力系统优化控制变量维度分解：由式(5)，系统传动效率除受到两电机工作效率和机械传动效率的影响外，还是关于分离因子δ和电池功率比例γ的函数，传动效率又是关于分离因子的函数，因此，发动机喷油率最终可以表示为车速、系统输出功率、电池功率和分离因子的关系式：
由式(6)，系统输出功率Po和车速v确定，那么行星式混合动力系统的能量管理策略优化问题中，控制变量包含电池功率Pbat和分离因子δ两个维度；
第三步，以分离因子为控制变量的瞬时最优控制：在确定的系统输出功率、车速和电池功率下，以分离因子δ为控制变量，以系统综合效率最优为控制目标的瞬时最优控制，确定最优系统综合效率对应的发动机工作点，优化目标函数可以表示为：
Jins＝min[Be] (7)
其中，x＝[v,Po,Pbat]，为系统状态；u＝δ，为控制变量，基于瞬时优化算法可以得到不同车速、系统输出功率和电池功率下的最优分离因子；
第四步，以电池功率为控制变量的全局优化控制：是在瞬时最优控制的基础上，以电池功率Pbat为控制变量，以整车燃油消耗量最小为控制目标的全局优化控制，行星式混合动力系统的全局优化问题可以表述为：
式(1)中，J(u(t))为系统的成本函数，针对混合动力系统，可以表示为全工况中每一时刻瞬时成本L(x(t),u(t),t)的积分，加上基于终止状态的惩罚函数G(x(tf))，如下：
采用动态规划(DP)算法的优化原理，向后寻优迭代计算，即可得到系统以整车燃油消耗量最小为控制目标的全局最优解，从而确定全工况下的发动机功率和电池功率优化分配策略。