[发明专利]一种行星式混联混合动力系统分层优化控制方法

摘要

本发明提供一种行星式混联混合动力系统分层优化控制方法，属于新能源汽车技术领域，该方法将行星式混合动力系统的两个自由度转化为两个控制维度，由此设计一种分层优化架构，利用瞬时最优控制策略实现底层控制的最优，利用单维度的全局优化策略实现顶层控制的最优，从而降低优化成本，减少计算工作量，提升优化算法的效率。

主权项

1.一种行星式混联混合动力系统分层优化控制方法，其特征在于：第一步，行星式混合动力系统效率特性分析：将行星式混合动力系统分为发动机、传动系统两部分，发动机的工作效率如下：式(1)中：C为柴油热值，b_e为发动机的燃油消耗率(g/kWh)，行星式混合动力系统的传动效率为传动系统输出功率与输入功率之比，根据电池充、放电的不同情况，得系统的传动效率：式(2)中：P_o为传动系统输出功率，P_bat为电池输出功率，P_e为发动机输出功率，传动系统效率受到机械点影响，在忽略各部件工作效率的前提下，可以得到电机MG1的电功率与发动机输出功率之间的关系：式(3)中：P_g为电机MG1的输出功率，T_e为发动机输出转矩，ω_e为发动机输出转速，ω_r1为前行星排齿圈的转速，令δ定义为系统的功率分流因子，则电机MG1的电功率与发动机输出功率可表示为：P_g＝P_e(1‑δ)  (4)式中：1‑δ表征了系统内电功率占发动机输出功率的比例，在电量平衡的前提下，当δ＝1时，发动机输出功率全部经由机械路径输出，此时即为系统的机械点；而δ<1代表机械点前的工作状态，电机MG1发电，MG2放电；δ>1代表机械点后的工作状态，电机MG1电动，MG2发电，考虑机械点前、后以及电池充、放电情况对传动效率的影响后，可以得到不同情况下的系统的广义传动效率：式(5)中：η_g和η_m分别为电机MG1和MG2的工作效率，η_r1和η_r2分别为前、后行星排的机械效率，γ＝P_bat/P_e，表示电池功率相对于发动机功率的比例；第二步，行星式混合动力系统优化控制变量维度分解：由式(5)，系统传动效率除受到两电机工作效率和机械传动效率的影响外，还是关于分离因子δ和电池功率比例γ的函数，传动效率又是关于分离因子的函数，因此，发动机喷油率最终可以表示为车速、系统输出功率、电池功率和分离因子的关系式：由式(6)，系统输出功率P_o和车速v确定，那么行星式混合动力系统的能量管理策略优化问题中，控制变量包含电池功率P_bat和分离因子δ两个维度；第三步，以分离因子为控制变量的瞬时最优控制：在确定的系统输出功率、车速和电池功率下，以分离因子δ为控制变量，以系统综合效率最优为控制目标的瞬时最优控制，确定最优系统综合效率对应的发动机工作点；第四步，以电池功率为控制变量的全局优化控制：在瞬时最优控制的基础上，以电池功率P_bat为控制变量，以整车燃油消耗量最小为控制目标的全局优化控制，即确定全工况下的发动机功率和电池功率优化分配策略。