[发明专利]一种考虑模式切换频繁度的双电机混合动力汽车能量管理系统

说明书

本发明提供了一种考虑模式切换频繁度的双电机混合动力汽车能量管理系统，属于新能源汽车控制技术领域。该双电机混合动力汽车能量管理系统包括全局电池SOC规划模块、瞬时最优控制模块、输出控制模块和整车模型仿真模块，输出控制模块内部建立切换边界惩罚函数和周期性切换指数惩罚函数，形成同时考虑燃油经济性和模式切换频繁度的优化目标函数，输出最优控制量；整车模型仿真模块接收最优控制量信号，并判断最优控制量对应的混合动力系统运行模式与当前工作模式是否相同，相同时，则不进行模式切换，否则进行切换。本发明兼顾混合动力系统的模式转换频繁度和燃油经济性，对减少模式切换、提升混合动力系统可靠性和舒适性具有积极意义。

技术领域

本发明属于新能源汽车控制技术领域，尤其涉及一种考虑模式切换频繁度的双电机混合动力汽车能量管理系统。

背景技术

汽车电动化技术能有效提升汽车的经济性和减少污染物的排放，解决交通运输过度依赖化石燃料引起的环境污染与能源短缺问题。插电式混合动力汽车(Plug-in hybridelectric vehicle，PHEV)更容易实现动力系统整体效率的最大化，在现阶段具有一定的优势。

PHEV具有多个动力源，即一个发动机与至少一个电机，能量管理策略负责分配驱动车辆所需的功率或转矩，协调发动机与电动机的输出功率或转矩，关系到混合动力系统的潜力能否被充分利用，是决定混合动力汽车性能的核心问题。

目前，基于规则的能量管理策略由于其简单易行，对控制单元计算能力要求低、实时性好，被广泛应用于工业界。此类策略大多从专家经验或离线优化的结果中提取用于制定控制规则的门限值，本质上缺乏理论依据，对复杂工况适应性和鲁棒性差，难以保证决策的最优性。

基于优化的能量管理策略理论上能够保证所得控制结果的最优性或次优性，通过寻找能够满足约束条件的同时，使预先定义的成本函数最小化的控制序列。根据是否需要提前获取全部行驶工况信息，基于优化的策略一般分为在线策略和离线策略。其中离线的能量管理策略以动态规划为代表，在未来行驶工况信息全部已知的情况下，通过在离散步长间的逆向递归，能够得到使得燃油经济性全局最优的控制序列，但是实车部署时很难准确预知未来工况，且动态规划算法要求控制单元具有较高的计算性能，因此不能直接用于在线能量管理。

由于基于瞬时优化，等效燃油消耗最小策略(Equivalent ConsumptionMinimization Strategy，ECMS)具有用于实车的潜力。ECMS将电池电量的变化通过油电等效因子转化成虚拟油耗的增减，最后输出最小等效燃油消耗所对应的控制量。不同于将电池SOC维持在相对稳定状态的传统混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)，PHEV能够从外部电网进行充电，通过对电能的充分利用和电动机-发动机的深度互补，可以实现更优的燃油经济性，PHEV的SOC具有更大的变化范围，在未获取全部未来工况信息的情况下，无法实现对油电等效因子的有效调整。

目前，大量离线优化结果显示，燃油经济性全局最优的SOC轨迹与已行驶里程呈近似的负线性关系；现有车载定位系统和导航系统可以在驾驶员输入目的地后提供导航查询、路径规划等功能，提供的预期行驶里程和已行驶里程信息，可以用来进一步优化能量管理策略。

另外，PHEV的动力总成采用多模式的拓扑结构，能够实现如单、双电机的纯电驱动、并联混合驱动、串联混合(增程)驱动等模式，以提高系统在复杂工况下运行在高效区的机会；同时，由于经济性最优的工作模式对工况敏感，基于瞬时优化的能量管理策略会导致频繁的模式切换，容易引起扭矩中断，破坏整车动力性和舒适性。

基于对典型工况的仿真结果分析，不必要的模式切换主要分为以下两类：(1)第一类模式切换：需要多个执行器参与(如发动机的启停，离合器的接合和分离，同步器动作等)，但实际对燃油经济性提升不明显的模式切换；(2)第二类模式切换：在一次模式切换发生后，在较短的一段时间内的另一个切换，即在时间维度上连续、频繁发生的模式切换。