[发明专利]一种并联混合动力汽车混杂MPC能量管理方法

权利要求书

1.一种并联混合动力汽车混杂MPC能量管理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，并联混合动力汽车的建模，具体包括以下步骤：

S11，对并联混合动力汽车的传动系统建模；

S12，根据电池与电动机之间的功率关系对电动机进行建模；

S13，基于电池的等效电路模型，构建电池SOC动态模型；

S14，采用分段仿射技术构造发动机燃油消耗模型；

S2，基于数据驱动的车速预测，具体为：

通过BP-神经网络算法对车速进行预测，首先以标准循环工况下的车速数据为学习样本，自动地归纳规则，获得这些数据的内在规律；在样本训练过程中，通过修正各层神经元权重，以最小化其真实输出和模拟输出之间的误差，模拟出一个高度近似非线性的输入输出关系，从而预测出未来时域的车速，进而获得汽车的未来需求功率，作为混杂MPC的前提条件；

S3，混杂模型预测能量管理策略，具体为：

混合逻辑动态MLD模型的一般表示如(12)、(13)、(14)式：

x(k+1)＝Ax(k)+B₁u(k)+B₂δ(k)+B₃z(k)             (12)

y(k+1)＝Cx(k)+D₁u(k)+D₂δ(k)+D₃z(k)             (13)

E₂δ(k)+E₃z(k)≤E₁u(k)+E₄x(k)+E₅                (14)

式中，x为系统状态变量，且y为系统输出变量，且u为输入变量，且这三个变量都包含连续变量和离散变量，δ∈{0,1}^rl为辅助二进制离散变量，为辅助连续变量；式(12)和(13)为系统状态方程，式(14)是为系统各种约束组成的约束不等式方程；

选择基于HYSDEL编译器的方法构建MLD模型，构建HEV系统的MLD模型时，需要将发动机的模型与电池的模型利用HYSDEL编译器同时整合到MLD框架中，从而获得混杂系统模型；在利用HYSDEL描述发动机模型和电池模型时，首先将发动机的分段仿射辨识模型转换为状态空间方程，以便于HYSDEL的描述；然后针对不同档位，获得电池的切换仿射模型SAS；

若选择使用HYSDEL编译器描述PWA模型，首先需将具有输入输出形式的发动机模型转化为状态空间方程的形式；为了简单直观的转化，采用下述方法来定义状态变量，如式(15)所示：

根据式(15)的定义规则，则发动机的分段仿射辨识模型转化成状态空间方程形式，如式(16)所示：

输出方程如式(17)所示：

x₁(k)＝y(k)                           (17)

将上述转换状态模型可利用HYSDEL描述为发动机模型；

为了协同优化能量分配和挡位决策，选择x＝SOC作为模型的状态变量，u＝T_e为连续的状态变量；采用切换仿射模型SAS描述不同档位的动力系统模型，在IF-THEN–ELSE规则下将等式(9)转化为：

其中，g∈{1,2,3,4,5}，s_g是挡位为g时等式(10)定义的系数；

HEV系统的MLD模型是利用HYSDEL语言描述发动机PWA模型和电池SAS模型，将其整合到同一个框架中，从而对HEV混杂系统进行建模，编译获得源文件后，通过在MATLAB命令窗口输入特定指令，从而获得系统MLD模型及各系数矩阵；

在HYSDEL编译器编写系统源文件，并通过在MATLAB输入指令，将编译好的源文件转换为系统MLD模型及系数矩阵信息，其中得到的MLD模型为式(19)所示：

约束条件为式(20)所示：

Ε₂δ(k)+E₃z(k)≤E₁u(k)+E₄x(k)+E₅                 (20)

式中，x为系统状态变量，表示电池SOC，u为系统输入变量，包含连续变量和离散变量，连续变量为发动机的转矩T_e和转速ω_in，离散输入变量为挡位控制命令，δ和z分别为系统辅助离散变量和连续变量，分别表示模型切换信号、发动机PWA模型以及电池SAS模型，其中δ∈{0,1}⁹，A,B₁,B₂,B₃,C,D₁,D₂,D₃为系统等式与不等式约束的系数矩阵；

将获得的混合逻辑动态系统模型框架应用到MPC框架中，优化目标是燃油消耗并跟随电池SOC参考轨迹，从而使能量管理问题转化为混合整数线性二次规划问题，并进行求解，获得最优控制量，目标函数如式(21)所示：

式中，x为电池SOC，y为燃油消耗。