[发明专利]基于MPC的HEV自适应巡航中多目标的能量管理方法

说明书

本发明涉及一种基于MPC的HEV自适应巡航中多目标的能量管理方法，属于新能源汽车领域。该方法包含步骤为：S1：HEV跟车过程及动力传统系统建模，计算相应时刻整车的需求转矩，并考虑发动机排放模型；S2：考虑跟车过程中各综合性能要求，分别计算与跟车安全性、燃油经济性和排放性能对应的代价函数；S3：采用MPC算法，预测车辆未来时刻的需求转矩，由此算出预测域内总的代价函数；S4：根据S3中求得的总代价函数，最小化目标函数得到最优的转矩分配，使得发动机工作在高效率区域。本发明考虑了汽车在跟车过程中的安全性、燃油经济性和低排放性能，在缓解交通压力的同时，能够减少能源消耗，汽车排放物对环境的污染。

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，涉及基于模型预测控制(Model PredictiveControl，MPC)的混合动力汽车HEV自适应巡航中多目标的能量管理方法。

背景技术

混合动力汽车(HEVs)比传统燃料动力汽车具有更低的能耗和更少的有害排放，这是由于可逆储能装置和电机提供了更多的自由度。在HEV中，能源管理策略(EMS)对燃油经济性有重要影响。EMS的设计和性能受到交通状况、未来交通信息、道路状况等外部因素的影响。

同时，研究人员正在大力研发智能网联车(CAVs)技术。通过车车通信(V2V)和车辆对基础设施通信(V2I)，这些技术使得车辆能够共享和交换当前交通状况的信息。基于CAV技术提供的有用信息，将EMS与自适应巡航控制(ACC)相结合，可以进一步提高燃油经济性和车辆性能。开发一个同时解决多目标控制问题的控制框架是非常重要的。然而，这对传统的启发式方法而言，优化多约束目标问题是一个巨大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于MPC的HEV自适应巡航中多目标的能量管理方法。本发明使用了MPC算法，充分利用基于V2V获得的交通信息来规划后车速度，从而提高跟车过程中的燃油经济性和减少排放，具体步骤如下：

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于MPC的HEV自适应巡航中多目标的能量管理方法，该方法包含以下步骤：

S1：HEV跟车过程及动力传统系统建模，计算相应时刻整车的需求转矩，并考虑发动机排放模型；

S2：考虑跟车过程中各综合性能要求，分别计算与跟车安全性、燃油经济性和排放性能对应的代价函数；

S3：采用MPC算法，预测车辆未来时刻的需求转矩，由此算出预测域内总的代价函数；

S4：根据S3中求得的总代价函数，最小化目标函数得到最优的转矩分配，使得发动机工作在高效率区域。

可选的，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：建立跟车模型，采样时间为0.1秒；

v_f，k+1＝v_f，k+a_f，k·T_s

其中，下标f代表后车，k表示时间，s_f代表位置，v_f代表速度，T_s是采样时间，a_f表示加速度；

整车的需求转矩计算如下：

其中，T_d为k时刻车轮处的需求转矩；m_v，为整车质量；g是重力加速度；f为滚动阻力系数；θ为道路坡度；ρ为空气密度；A表示迎风面积；C_D为空气阻力系数；v_f，k代表k时刻后车速度；a_f，k为k时刻后车加速度；r_w为车轮半径；