[发明专利]一种带变速箱档位控制的并联式混合动力汽车能量管理方法

说明书

本发明公开了一种带变速箱档位控制的并联式混合动力汽车能量管理方法，涉及混合动力汽车能量管理领域，该方法通过分析各档位下电池荷电状态变化率和发动机燃油消耗率的演变规律，并结合混合逻辑动态建模方法，建立了包括变速箱离散档位信息的并联式混合动力汽车能量管理系统模型，进一步引入模型预测控制思想，将电机转矩定义为连续控制变量，将变速箱档位定义为离散控制变量，把优化问题转化为混合整数二次规划问题进行求解,该策略可以优化各动力源的转矩分配，同时决策出变速箱最佳档位。本发明针对此类带变速箱的并联式混合动力汽车能量管理问题，具有针对性强，实用性高，优化效果好，高度集成等优点。

技术领域

本发明涉及并联式混合动力汽车能量管理领域，尤其涉及一种带变速箱档位控制的能量管理方法。

背景技术

并联式混合动力汽车因为结构简单，燃油经济性优越，已越来越多的应用于量产车型，设计更加高效集成的能量管理策略以进一步降低燃油消耗，是实现其更大范围推广的关键。

并联式混合动力汽车结构简单，易于由传统燃油汽车改造而来，因此可以大大缩减研发成本，其动力系统主要包括发动机、电机、电池和变速箱等动力部件。通常，变速箱丰富的档位可以增加车辆在高负荷率区域中运行的概率，有利于提高燃油经济性，但在混合动力系统中，不同档位下系统所对应于不同的系统需求转矩和转速，导致发动机燃油消耗和电池荷电状态变化过程不尽相同。因此，在本系统中，不仅存在像发动机燃油消耗率和电池荷电状态率这样的连续变量，又包含变速箱档位切换这类离散事件，其中连续变量的状态更新为连续过程，而离散事件一方面决定了连续变量的更新规律，同时其演变规律也受到连续变量在演化过程中突破设定阈值的驱动。由上述分析可以看出，包含变速箱的并联式混合动力汽车能量管理系统具有明显的混杂动态特征，为典型的混杂系统。

近年来，混杂系统理论已逐步应用于实际工程，在国外，混杂系统理论已成功解决汽车电子油门非线性控制、汽车牵引力控制等工程问题，在国内，混杂系统理论在深液流栽培试验温室温度控制、半主动空气悬架控制等方面也取得了成功应用。混杂系统及其控制理论已经被公认为对生产过程自动化、机器人控制等复杂工程技术问题的解决具有重要指导意义。

目前采用的混合动力汽车能量管理策略中，基于规则的能量管理策略虽然不依赖于精确的数学模型，但其控制优劣直接取决于专家经验，且不能适用于多工况；全局最优算法需要预知整个工况才能进行全局寻优，具有很大的局限性；瞬时优化控制策略虽然可以在线实施，但很难获得最优解，且计算量大，从而限制了其在混合动力汽车上的推广应用。更为关键的是，上述能量管理策略的侧重点都在于获取控制规则的方式，却忽略了研究对象也就是混合动力汽车能量管理系统本身所存在的一些复杂特征，因而难以有效解决上述策略应用在混合动力汽车上所存在的一些局限性问题。

发明内容

为了克服现有的混合动力汽车上所存在问题，本发明提出一种包含变速箱档位控制的并联式混合动力汽车能量管理方法，实现并联式混合动力汽车的能量高效管理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种带变速箱档位控制的并联式混合动力汽车能量管理方法，主要包括如下步骤：

计算与修正需求转矩：基于车辆行驶阻力方程，计算整车需求转矩，并进一步结合PI对需求转矩动态修正；

分段仿射：基于分段仿射技术，对发动机燃油消耗曲面及电机功率曲面进行二维分段仿射，对电荷电状态变化率、发动机转矩约束模型以及电机转矩约束模型进行一维分段仿射；

确定各离散档位下电池荷电状态变化率和发动机燃油消耗率；

建立能量管理系统模型：采用混合逻辑动态模型建立包括变速箱离散档位信息的并联式混合动力汽车能量管理系统模型；