[发明专利]基于模型预测控制的混合动力车队协同能量管理方法

权利要求书

1.基于模型预测控制MPC的混合动力车队HEV协同能量管理方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

S1：利用车车通信和车路通信层形成一个以交通信号灯为节点的车联网网络构架，形成上层框架；

S2：选择代价函数中的权重w₁(t)和w₃(t)，w₂(t)和w₄(t)；

S3：建立并联HEV模型和电池健康状态SOH模型；

S4：确定代价函数，考虑电池老化模型；

S5：将上层控制器得到的结果放入下层控制器中，通过MPC解决一个多目标优化的问题，找到最优的转矩分配率。

2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的混合动力车队协同能量管理方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

S11：确定交通灯状态；

S12：确定车辆目标速度的约束；

S13：确定上层控制器中的代价函数。

3.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的混合动力车队协同能量管理方法，其特征在于：所述步骤S11具体为：

交通车状态

整个交通灯循环的时间t_cycle＝t_r+t_g，交通灯循环的次数t_r、t_g分别表示红灯和绿灯持续的时间；mod是取余函数；k表示车辆开始之后的当前时刻。

4.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的混合动力车队协同能量管理方法，其特征在于：所述步骤S12具体为：

车辆在绿灯处能通过交通灯，就存在一个速度范围[vⁱ_lb(k),vⁱ_ub(k)]使得车辆总是避免红灯停止的状态；速度范围的表达式为：

约束

其中，整个交通灯循环的时间t_cycle＝t_r+t_g，交通灯循环的次数d_ia(k)表示车辆i距离交通灯标志的距离，t_r、t_g分别表示红灯和绿灯持续的时间；其中k表示车辆开始之后的当前时刻；v_max表示车辆的最大速度；其中vⁱ_lb(k)、vⁱ_ub(k)分别代表能通过绿灯速度的最小值和最大值；目标速度是速度约束范围中值最大的那个界限；

上式的物理意义在于选择车辆在绿灯区间通过交通标志处时的目标速度，当交通灯是绿色且的时候，最大允许速度是目标速度，当此条件不成立的时候，车辆会超过限制速度通过交通灯，是被禁止的，d_ia(k)表示k时刻i车辆距离区间内交通灯的距离；若在绿灯区间内没有合适的速度，车辆就在交通灯前停止；K_w＝k/t_cycle在每次成立的时候，K_w的值加1；

从以通过绿灯区间为前提的速度范围限制出发，计算控制输入的限制，从而使车辆总是能够避免红灯停止的情况发生；考虑时间步长△t＝1s，控制范围输入的范围表达式为：

其中表示车队中第i车的最小力矩；表示车队中第i车的最大力矩；vⁱ_lb(k)、vⁱ_ub(k)分别代表能通过绿灯速度的最小值和最大值；v_i(t-1)表示i车t-1时刻的速度；p_i是各种阻力之和；上式的物理意义是：控制范围满足上述范围时，车辆的目标速度范围就能够满足速度约束[vⁱ_lb(k),vⁱ_ub(k)]，从而车辆能通过绿灯区间，防止红灯区间的停止。