[发明专利]基于车联网的混合动力汽车的分层能量管理控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车能量管理控制方法，尤其涉及的是一种基于车联网的混合动力汽车的分层能量管理控制方法。

背景技术

混合动力汽车的能量管理控制方法直接影响整车的动力性、经济性、舒适性及排放，是混合动力汽车领域研究的重点和难点。目前，已经实现产业化应用的是基于规则的控制方法，然而，基于规则的控制方法依赖专家经验，不具备良好的工况适应性，因此，学者们重点研究了基于优化的控制方法。

基于优化的控制方法主要包含全局优化和瞬时优化两种。在全局优化算法中，动态规划(dynamic programming,DP)、二次规划(quadratic programming,QP)以及古典变分法(classical variational method,VP)等方法都需要已知循环工况，而在汽车实际行驶的过程中，循环工况是未知的。其中，基于贝尔曼原理逆向寻优的动态规划是搜索能力最好的全局优化算法，但程序结构十分复杂，而且在线寻优需要采用模型预测(model predictive control，MPC)算法获取循环工况，增加了计算的时间成本，不满足实车应用的要求，而且研究表明，传统的模型预测算法只能用于“足够慢”的动态系统中，对于在线优化的混合动力系统并不适用。为了节省程序运行的时间，学者们研究了基于极小值原理的瞬时优化算法，如等效燃油消耗最小原理(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)及庞特亚金极小值原理(Pontryagin’s minimum strategy,PMP)等，这些算法可以获得近似的全局最优解而且不需要已知循环工况。然而，相对于车载单片机的运算能力，这些算法依然无法实现实时控制。目前的混合动力汽车能量管理研究的对象只是一辆车，即能量管理优化算法只能保证单辆车的经济性最优，对于交通系统中多辆混合动力汽车能量管理优化问题，目前尚无相关报导。除此之外，目前针对单辆混合动力汽车能量管理及优化的控制算法不考虑交通信号的的影响以及车与车之间的相互影响，此时的能量管理最优解与实际情况下的最优解有一定的差距。

随着智能交通系统的不断发展，采用车联网技术解决智能交通系统中多辆混合动力汽车的实时优化控制成为可能。基于车联网的混合动力汽车分层能量管理控制方法，可以为解决多辆混合动力汽车的实时能量管理及优化的问题提供新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于车联网的混合动力汽车的分层能量管理控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于车联网的混合动力汽车的分层能量管理控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)、基于车联网环境，混合动力汽车通过专用短距离通信(DSRC)、射频识别(RFID)、蓝牙、ZIGBEE或WI-FI进行车与车通信以及车与交通实施通信；

步骤(2)、建立上层控制器数学模型数学模型，包括如下步骤：

(21)建立整车纵向动力学模型

(22)利用交通信号灯正时，获取目标车速的范围并设定混合动力汽车的目标车速为此车速范围的上限；

(23)基于混合动力汽车的目标车速，采用快速模型预测算法预测给定时间窗口的最优目标车速序列；

(24)将最优目标车速序列通过无线传输形式反馈给每辆车的驾驶员，驾驶员根据最优目标车速序列进行加速或者制动；

步骤(3)、下层控制器根据加速或制动信息，获取当前时刻发动机和电机的最优转矩或功率分配，并将最优转矩或功率分配指令通过无线传输发送给发动机控制器、电机控制器、变速箱控制器以及动力电池控制器；

步骤(4)、各动力部件控制器根据接收到的控制指令控制对应的动力部件执行相关的输出操作，并将动力部件的实际输出反馈给下层控制器进行闭环修正。

作为上述方案的进一步优化，步骤(21)中建立的整车纵向动力学模型，如公式(1)：