[发明专利]具有轨迹优化功能的混合动力车辆的能量分配方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车驾驶技术领域。

背景技术

随着智能化程度的提高，巡航控制系统开始在各类车型上普及，车辆的自适应巡航控制主要侧重于行车安全，即前车加速，车辆就跟着加速，前车减速，车辆跟着减速，并没有在车辆的行车轨迹方面考虑经济性和舒适性的问题。此外，随着环境问题以及能源危机日益凸显，对于车辆燃油经济性的要求也逐渐提高。就目前情况而言，混合动力车辆的燃油经济性优化主要集中在混合动力车辆的能量分配模式(扭矩分配)和档位(速比)优化这两个方面，即混合动力车辆在借助全球定位系统(GPS)/地理信息系统(GIS)等外部设施的前提下首先采集前车的速度信息，并根据前车的速度信息利用优化算法优化混合动力车辆的分配模式(扭矩分配)和档位(速比)。整个优化过程的前提是前车速度的获取，但是在借助外部设备采集的前车速度可能存在波动，即前车存在急加速、急减速的情况。在保证安全的前提下，这种急加速/急减速对于混合动力车辆来讲是不必要的，会严重的影响混合动力车辆的燃油经济性。

发明内容

本发明的目的是实时根据前车速度信息优化出巡航过程中混合动力车辆最优的速度轨迹，从而最大限度的提高混合动力车辆燃油经济性的具有轨迹优化功能的混合动力车辆的能量分配方法。

本发明优化自车行驶速度轨迹的步骤是：

（1）信息采集：通过信息采集模块采集前车的速度信息和自车当前速度信息、混合动力车辆电池的SOC；

（2）车辆轨迹优化：以采集的前车速度信息和自车速度信息为基础，优化自车的行驶速度轨迹，将车轮驱动力和车轮制动力作为控制变量，记为，车速作为状态变量，记为，根据汽车纵向动力学可以得到车辆的动力学方程为：

（1）

其中，为自车车重，为自车车辆行驶过程的阻力，

（2）

其中，为自车的迎风面积，为自车的空气阻力系数，为自车的滚动阻力系数，为重力加速度，为道路坡度；

自车巡航轨迹优化过程中的指标由两部分组成：

（3）

其中，前半部分是经济性的约束，表示车辆单位时间内的输出功率，后半部分是舒适性的约束，表示优化的速度轨迹要变化平缓，为权重系数；

基于前车速度信息的轨迹优化问题在预测时域内离散化后描述为：

（4）

其中，，为自车带优化车辆的驱动力，为自车的制动力，前两个约束是自车驱动力和制动力的约束，、分别为自车最小和最大驱动力，、为自车最小和最大制动力。

本发明自车能量分配模式和档位优化：

根据发动机和电机扭矩的不同，结合车辆SOC和发动机转速的状况主要有四种分配模式，分别是：

模式：；纯电动模式；

模式：

：发动机工作模式；

模式：

：行车充电模式；

模式：

：发动机和电机共同工作模式；

其中，是混合动力车辆的剩余电量，是混合动力车辆剩余电量的上界，是发动机转速， ,分别是发动机转速的上下界；是混合动力车辆的需求扭矩， ,分别是发动机最佳工作区域的上下界；

选取自车的能量分配模式及档位为控制量，自车的电池的剩余电量为状态量，根据优化求解出的最优的速度轨迹，自车的能量分配模式及档位优化的问题离散化后整理成如下所示：

（5）

其中,优化目标是自车单位时间内的燃油消耗，具体包含两部分，分别为发动机的燃油消耗及电池的电量消耗，其中发动机的燃油消耗与车辆优化速度相关；第一个约束考虑的是优化过程中自车发动机转速的约束，是自车发动机的转速，、分别是自车发动机转速的最小值和最大值；第二个是对优化过程中自车发动机输出扭矩的约束，、分别是自车发动机输出扭矩的最小值和最大值；第三个约束是对优化过程中自车电池SOC的约束, ，分别是剩余电量的最小和最大值，最后是对能量分配模式和档位速比求取范围的约束。