[发明专利]HEV模式切换的数据驱动预测控制器设计方法及系统

说明书

本发明公开了HEV模式切换的数据驱动预测控制器设计方法，包括在汽车仿真软件中搭建整个混合动力汽车仿真模型；设计电机转矩、发动机转矩和离合器转矩作为激励数据，并将所设计的激励数据作用于所搭建的混合动力汽车仿真模型；基于采集的开环数据来构建混合动力汽车的输入和输出的数据块Hankel矩阵，进而基于辨识模型构造出混合动力汽车模式切换系统的预测输出方程；定义数据驱动预测控制器的输入序列的增量、输出序列和将来的输入序列，以增量形式来表述预测输出方程；再根据相应的输入约束和输出约束，在线求解数据驱动预测控制器。本发明既减少了计算量，又避免了从数据辨识到状态空间模型时引入的建模误差问题。

技术领域

本发明属于混合动力汽车领域，尤其涉及一种HEV模式切换的数据驱动预测控制器设计方法及其系统。

背景技术

HEV的英文全称为Hybrid Electric Vehicle，中文名称为：混合动力汽车。

随着能源短缺和环境污染问题的加剧，混合动力汽车(Hybrid ElectricVehicle，HEV)既能大幅提高车辆的燃油经济性和排放性能，又能保证足够的续驶里程，是一种在近期内有效减少化石燃料消耗和碳排放的可行方案，已成为当今的研究热点和主流方向。

目前一些先进的理论，如：模糊自适应滑模方法、模型匹配控制、模型参考控制、切换控制、模型预测控制等方法，被应用到这一领域并取得了许多研究成果，但这些方法都是基于机理模型的，其控制效果严重依赖于建模的精确性。而HEV动力总成系统结构复杂，而且系统特性和各部件参数将随HEV的长期老化和行驶条件的变化而改变(例如，轴的阻尼系数随环境温度的变化会有很大变化)，因此难以对其建立准确的机理模型。即使能建立描述HEV动力总成系统的全局精确数学模型，定呈高阶非线性。高阶非线性模型很难用基于机理模型的控制方法予以处理。即使能处理，也一定导致高阶复杂的控制器，运算量相当庞大，不能满足HEV的快速性和实时性要求。有鉴于此，现有研究在建模时都做了一定的简化处理，但势必存在诸多未建模动态，致使控制效果不佳。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种HEV模式切换的数据驱动预测控制器设计方法。

本发明的一种HEV模式切换的数据驱动预测控制器设计方法，包括：

步骤1：在汽车仿真软件中搭建整个混合动力汽车仿真模型；

步骤2：根据混合动力汽车模式切换系统的动态特性，设计电机转矩、发动机转矩和离合器转矩作为激励数据，并将所设计的激励数据作用于所搭建的混合动力汽车仿真模型；

步骤3：基于采集的开环数据来构建混合动力汽车的输入和输出的数据块Hankel矩阵，进而基于辨识模型构造出混合动力汽车模式切换系统的预测输出方程；

步骤4：定义混合动力汽车模式切换系统的输入序列的增量、输出序列和将来的输入序列，以增量形式来表述预测输出方程；

步骤5：根据相应的输入约束和输出约束，构建纯电动到混合动力模式切换期间的最优控制的成本函数，并基于增量形式表述的预测输出方程来在线求解数据驱动预测控制器。

所述混合动力汽车仿真模型包括发动机模块、电机模块、离合器模块、变速箱模块、电池模块、轮胎模块、差速器模块以及车辆纵向动力学。

本发明的混合动力汽车仿真模型为离合器使能单轴并联HEV的整车模型，该HEV整车模型能够很好地刻画车辆的瞬态动力学特性，例如，发动机输出力矩的延迟特性，离合器的扭转震动，驱动轴的振动特性以及轮胎的滑移率特性等。该HEV包括停车、纯电动、混合驱动、纯发动机驱动、制动能量回馈、充电多种工作模式。