[发明专利]一种基于跟车模型的混合动力汽车节能预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于跟车模型的混合动力汽车节能预测控制方法,特别涉及一种实时最优的混合动力汽车控制方法。

背景技术

   全球能源与环境形势的日益严峻，特别是国际金融危机对汽车产业的巨大冲击，推动世界各国加快汽车产业战略转型。为开发出更加节能环保的汽车，解决上述两大问题，混合动力汽车目前已被产业化。与传统汽车相比，混合动力汽车具有电池和燃油双系统驱动的冗余性，运用这种冗余性可以调节驱动装置工作点到最优位置，从而实现节能减排目标。预计未来汽车的主流将是这种混合动力汽车。由于混合动力汽车可以回收伴随车辆减速产生的再生制动能量；利用驱动系统的冗余性（发动机和电机）优化驱动装置工作点，因此可以极大地发挥节能减排效用。但是最优工作点随发动机的特性，周围车辆的行驶状态，道路交通条件的改变而时刻改变着。而且，旋转系（发动机和电机）具有转速转矩极限，电池具有荷电状态极限，超出这些极限对于车辆关键零部件的性能影响很大。因此，混合动力汽车的节能减排效果很大程度上依赖于其能量管理策略（满足约束条件）。而其关键技术为能量管理中央控制器中的实时最优化，以期实现控制策略的商业化，产业化。

混合动力汽车能量管理系统的控制策略是其研发的技术核心和设计难点。目前已经提出的控制策略大致可以分为4类：数值最优控制，解析最优控制，瞬时最优控制和启发式控制。数值最优控制的典型代表是动态规划和模型预测控制。解析最优控制的典型代表是庞特里亚金极小值原理控制策略。瞬时最优控制的典型代表是瞬时等效油耗最低控制策略。启发式控制策略的典型代表是基于规则的控制策略。传统的全局最优控制算法动态规划和庞特里亚金极小值原理控制方法，由于需要事先知道未来全部工况信息，无法实现实时最优。传统的基于规则的控制策略无法实现效率最大化。一般的前馈型控制（假定车辆速度模式一定）无法实现实时最优。传统的瞬时最优控制参数受未来车辆工况变化影响太大，无法满足控制性能。

自20世纪90年代初以来，世界各国对混合动力汽车的研发给予了高度重视，并取得了一些重大的成果和进展。日本丰田汽车公司于1997年实现了混合动力汽车的量产化，2012年实现了插电式混合动力汽车的量产化。美国总统奥巴马2009年宣布了下一代先进蓄电池和插电式混合动力汽车计划。在国内，国家“十一五”863计划设立了节能与新能源汽车重大项目。申请者在日本九州大学攻读博士学位期间，掌握了日本企业和大学普遍采用的模型预测控制算法以及日本学者大塚敏之提出的C/GMRES快速解法。这两种方法的结合解决了模型预测控制这种先进算法的实际应用问题。

在此背景下，提高能源利用效率，减少汽车对环境的污染已成为当今汽车工业发展的首要任务。同时，利用道路交通信息，进一步提高驱动装置效率也成为当今社会发展的现实需要。为了解决上述问题，需要设计出一种基于道路交通信息的可产业化的混合动力汽车模型预测控制方法，从而实现节能减排目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种基于跟车模型的混合动力汽车节能预测控制方法，以达到最大限度地节能减排，产业化混合动力汽车能量管理中央控制器。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于跟车模型的混合动力汽车节能预测控制方法，具体如下：

第一步，信息采集

通过全球定位系统采集车辆的位置信息p，作为实时车辆状态的反馈；通过车载雷达测速装置采集前方车辆速度v_p-，用于跟踪控制；通过卡尔曼滤波器利用采集的蓄电池开路电压V_OC、内阻R_batt对蓄电池荷电状态进行估计；

第二步，车辆建模

基于混合动力汽车驱动系统，根据车辆机械耦合和电子耦合关系，列写系统动力学方程，对动力学方程进行解耦，从而获得车辆的状态空间数学模型如式（1）所示：