[发明专利]一种插电式混合动力汽车的实时优化能量管理方法

说明书

本发明公开了一种插电式混合动力汽车的实时优化能量管理方法。该方法把混杂系统理论引入PHEV系统中，将控制理论的优化算法应用到能量管理方法中，实时分配发动机和电机的动力输出，既要满足驾驶员对整车驱动力的需求，同时又要优化发动机，电机，蓄电池以及整车的效率。该方法制定了以每个时刻总的燃油消耗作为优化目标求解控制变量，即发动机和电机的输出转矩，在行驶工况未知的情况下实现每个时刻的燃油消耗最小。其节油效果优于基于规则的能量管理方法，而且没有全局优化能量管理方法需要行驶工况已知的约束条件。

技术领域

本发明应用于插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)，主要针对车辆的能量管理方法，对其进行实时优化。

背景技术

目前，纯电动汽车的发展受到了续驶里程短，电池成本高等问题的制约，如果电池技术得不到突破，那么这些制约也很难得到解决。而常规混合动力汽车也存在一些问题，比如价格较高、仍然较多的使用汽油或柴油、纯电动续驶能力较差，因此前景并不太乐观。在这种情况下，为了进一步减少排放，提高燃油经济性，插电式混合动力汽车是当前解决这些问题的一种过渡方案，区别于传统汽油动力与电驱动结合的混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发动机。

插电式混合动力汽车在理论上易于实现最优的燃油经济性和排放，但由于结构过于复杂，控制方法目前仍不成熟，需要进一步优化。一般的控制方法通常是根据电池的SOC，需求转矩、车速和驱动轮的平均功率等参数，按照一定的规则控制发动机和电机的转矩分配，以满足驱动轮驱动力矩的要求。目前公开发表，针对常规混合动力汽车的控制方法，主要有基于规则的稳态能量管理方法、全局最优能量管理方法等。

基于规则的能量管理控制方法主要是根据工程设计人员的工程经验和发动机稳态效率图来制定，它没有考虑动态下各个部件的运行状态变化，控制规则也是事先制定好并且是固定不变的，因此，不能达到整体最优。

全局最优控制方法只能针对某一个特定的循环工况，并且动力电池组最终的荷电状态也要实现设定。因此，在无法获得实际运行工况全部信息的情况下，全局最优控制方法应用于整车实时控制还存在较大困难。

发明内容

针对现有管理方法的不足，本发明提供了一种基于混杂系统的实时优化能量管理方法，该方法制定了以每个时刻总的燃油消耗作为优化目标求解控制变量(发动机/电机的输出转矩)，在行驶工况未知的情况下实现每个时刻的燃油消耗最小。其节油效果优于基于规则的能量管理方法，而且没有全局优化能量管理方法需要行驶工况已知的约束条件。具体技术方案如下：

一种插电式混合动力汽车的实时优化能量管理方法，包括如下步骤：

1)根据式(11)及式(12)计算当前状态的需求转矩与功率：

2)在系统各项约束条件下，计算混合动力汽车在行驶过程中可能经历的工作点的燃油消耗；

3)以燃油消耗作为优化目标求解控制变量，即发动机与电机的输出转矩，燃油消耗最小的工作点即为当前状态下混合动力汽车的工作点。

进一步的，首先需要根据车速与加速踏板信号决定是否起动车辆，然后判断目前的动力需求是否满足，是否需要换档，最后根据PHEV当前运行状态，以整车效率最优为原则初步确定工作模式；如果存在工作模式切换要求，判断对部件寿命和可靠性的影响；在满足驾驶舒适性前提下，进行动态协调控制；工作模式确定后，通过能量管理方法寻找最优效率的发动机、电机扭矩分配比，确定其扭矩需求，进行相应的控制。

附图说明

图1为PHEV控制方法示意图；

图2为PHEV系统的运行过程示意图；