[发明专利]一种混合动力公交车能量管理方法

说明书

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管理方法。

背景技术

汽车工业的发展伴随着环境污染问题与能源紧缺问题。为了缓解这些问题，新能源汽车是一种有效的途径。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。目前混合动力公交车的能量管理策略是基于一些逻辑判断的，然而大多数控制策略的针对性较弱，没有考虑到每条线路的运行特点，这样得到的控制效果并不十分理想。一些研究者通过动态规划等手段来制定能量管理策略，这种做法能很好地利用循环工况来估计各时间段的功率需求，达到全局优化的目的。然而这种策略并不具备普适性，只有公交车确切地按照模型轨迹运作时才能达到控制效果。但实际情况是公交车的运行具有很强的随机性，几乎不会按照定制策略时的轨线运动，而且每次的耗时也是不同的，控制策略若基于固定模型很有可能无法达到预期的控制效果。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，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，提供一种混合动力公交车能量管理方法，本发明的方法能源分配合理、燃油经济性高、鲁棒性好、同时求解高效、适合在实际车辆运行过程中实施。

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管理方法，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）车辆控制单元根据前期历史数据得到的车速转移概率模型及步骤1得到的当前车速信息与车辆位置信息计算之后的预估车速；

（3）车辆控制单元根据步骤2得到的预估车速对混合动力车在预测区段内的能量分配进行优化，获得当前最优的燃油发动机与电机的功率分配比；

（4）根据步骤3中得到的功率分配比以及步骤1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：

（2.1）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25×25的矩阵；则P(S)为25×25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：

；

    其中，N_a(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；N_b(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；