[发明专利]插电式混合动力汽车节能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于道路交通信息的实时最优的插电式混合动力汽车节能控制方法。

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，插电式混合动力汽车目前已被产业化。与传统汽车相比，插电式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。由于插电式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；利用大容量蓄电池储存的电能辅助发动机驱动或者电动模式运行，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，插电式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。

插电式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。插电式混合动力汽车具有电量消耗和电量维持两个阶段。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。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插电式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

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对未来车辆工况进行实时预测的插电式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，并产业化插电式混合动力汽车能量管理中央控制器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种插电式混合动力汽车节能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)信息采集：由全球定位系统采集车辆的位置信息和充电站位置信息，作为实时车辆状态反馈；由车载雷达测速装置采集前方车辆速度，用于跟踪控制；由智能交通系统采集交通信号信息以及实时路况信息，用于智能交通控制；由卡尔曼滤波器利用采集的蓄电池信息对蓄电池荷电状态进行测定；

步骤2)车辆建模：行星齿轮式混联插电式混合动力汽车包含五大动态部件：它们是发动机、蓄电池、两个发电电动一体机和车轮；行星齿轮作为既有速度耦合器的作用又有电子无极变速器作用的动力分配装置，根据车辆机械耦合和电子耦合关系，列写系统动力学方程，对动力学方程解耦，获得系统的状态空间模型，如式(1)所示；

x＝[ω_eng p ω_M/G2 x_SOC]^T

u＝[τ_eng τ_M/G2 τ_M/G1 τ_brake]^T