[发明专利]一种控制混合动力汽车扭矩输出的装置及方法

权利要求书

1.一种控制混合动力汽车扭矩输出的装置，其特征在于，该装置由CAN总线、预处理器、需求扭矩预测模块和等效油耗求解模块组成，其中，

所述预处理器，用来接收并处理CAN总线发送的当前时刻加速踏板位置信息，输出未来控制周期内电子加速踏板位置序列；

所述需求扭矩预测模块，用来对预处理器输出的未来控制周期内电子加速踏板位置序列以及对CAN总线提供的当前车速进行求解，输出需求扭矩序列；

所述等效油耗求解模块，用来对需求扭矩预测模块输出的需求扭矩序列进行分析，通过求解等效燃油消耗目标函数的最小值，获得未来控制周期内当前时刻要输出的发动机扭矩和电机扭矩；

所述CAN总线，当前时刻电子加速踏板位置由电子加速踏板位置传感器采集并传送给CAN总线；当前车速、发动机转速、电机转速分别由安装在车轮上的测量车速的传感器、发动机上的转速传感器和电机上的转速传感器采集并传送给CAN总线；

所述预处理器、需求扭矩预测模块和等效油耗求解模块依次相连；

所述CAN总线分别与预处理器、需求扭矩预测模块和等效油耗求解模块相连。

2.一种控制混合动力汽车扭矩输出的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：预处理器接收由CAN总线获得的当前时刻电子加速踏板位置，通过对预处理器内基于电子加速踏板位置所建立的马尔科夫链模型进行求解，得到未来控制周期内电子加速踏板位置序列，并将所预测的未来控制周期内电子加速踏板位置序列输出给需求扭矩预测模块；

所述预处理器内基于电子加速踏板位置建立的马尔科夫链模型如下：

t_i,j=p[τ(k+1)=z_j|τ(k)=z_i]；

根据马尔科夫链模型得到所预测的未来控制周期内电子加速踏板位置序列；

τ(k+1),τ(k+2),......,τ(k+N)；

其中：t_i,j为马尔科夫链中的概率矩阵元素；P[...]表明事件发生的概率；τ(k)代表k时刻电子加速踏板位置，z_i代表k时刻电子加速踏板所在位置；N为设定值；i代表行数，j代表列数；

步骤2：需求扭矩预测模块接收预处理器输出的未来控制周期内电子加速踏板位置序列以及由CAN总线提供的的当前车速，需求扭矩预测模块根据当前车速和加速踏板位置与需求扭矩的关系图得到需求扭矩序列，需求扭矩预测模块将得到的需求扭矩序列送等效油耗求解模块处理；

步骤3：等效油耗求解模块接收需求扭矩序列以及由CAN总线提供的当前时刻发动机转速、电机转速后，通过求解等效燃油消耗目标函数的最小值，得到未来控制周期内当前时刻要输出的发动机扭矩及未来控制周期内当前时刻要输出的电机扭矩；

所述需求扭矩Treq(t)和未来控制周期内当前时刻要输出的发动机扭矩T_{e_tr}(t)以及未来控制周期内当前时刻要输出的电机扭矩T_{m_tr}(t)满足以下关系：

Treq(t)=T_{e_tr}(t)+T_{m_tr}(t)       （1）

其中，t代表时间；

未来控制周期内发动机燃油消耗量F_e如下：

Fe=Σt=kt=k+Na·ωe(t)·Te_tr(t)+b---(2)]]>

其中，a和b是与发动机转速相关的系数，且a和b是设定值；ω_e(t)为控制周期内第t时刻发动机转速；

未来控制周期内电能等效为燃油的消耗量E_m如下：

Em=Σt=kt=k+NTm_tr(t)·ωm(t)·Δt9550---(3)]]>

其中，ω_m(t)为未来控制周期内第t时刻电机转速；Δt为预测步长时间间隔；

未来控制周期内发动机燃油消耗量F_e与电能等效为燃油的消耗量E_m满足以下换算关系：

Fe=Em·3600Dfuel·Qfuel-low·ηeng·ηgen---(4)]]>

其中，D_fuel为燃料密度；Q_fuel-low为燃料燃烧的低热值；η_eng为发动机的平均工作效率；η_gen为发电机的平均工作效率；

未来控制周期内等效燃油消耗目标函数为：

J=n₁F_e+n₂E_m        （5）

其中，J总的燃油消耗量；E_m为未来控制周期内电能等效为燃油的消耗量；n₁和n₂为权重系数，且n₁和n₂为设定值；

根据（1）式、（2）式、（3）式、（4）式和（5）式并依据以下约束条件：

ωemin≤ωe(t)≤ωemax;]]>

ωmmin≤ωm(t)≤ωmmax;]]>

Tmmin(t)≤Tm_tr(t)≤Tmmax(t);]]>

Temin(t)≤Te_tr(t)≤Temax(t);]]>

计算当使第t时刻总的燃油消耗量J的最小值时，对应的未来控制周期内当前时刻要输出的发动机扭矩T_{e_tr}(i)以及未来控制周期内当当前时刻要输出的扭矩T_{m_tr}(i)

其中，代表设定的发动机的最小转速值；代表设定的发动机的最大转速值；代表设定的电机的最小转速值；代表设定的电机的最大转速值；代表t时刻设定的电机的最小转矩值；代表t时刻设定的电机的最小转矩值；代表t时刻设定的发动机的最小转矩值；代表t时刻设定的发动机的最大转矩值；

步骤4：等效燃油求解模块将得到的未来控制周期内当前时刻要输出的发动机扭矩及未来控制周期内当前时刻要输出的电机扭矩通过CAN总线分别发送给发动机和电机，实现了对混合动力汽车扭矩输出的控制。