[發明專利]一種混合動力公交車能量分配方法

有效

• 申請號: 201210204859.5
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102729991A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 宋春躍;潘正;計琴
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B60W20/00
• 分類號: B60W20/00;B60W10/06;B60W10/08;B60W10/26;B60W40/08;B60W40/105
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種混合動力公交車能量分配方法，混合動力公交車具有油門踏板位置傳感器、車速傳感器、GPS模塊、車輛控制單元、發動機控制單元、電機控制單元和電池管理單元；油門踏板位置傳感器、車速傳感器和GPS模塊均與車輛控制單元相連，車輛控制單元、發動機控制單元、電機控制單元和電池管理單元通過CAN總線連接；其特征在于，該方法包括如下步驟：

（1）車速傳感器采集當前的車速信息，GPS模塊獲取當前車輛位置信息，油門的踏板位置傳感器獲取當前油門踏板的位置信息，電池管理單元估算當前的電池荷電狀態；當前的車速信息、車輛位置信息、油門踏板的位置信息及電池荷電狀態均傳輸至車輛控制單元；

（2）通過查表獲得，在當前的車速以及當前的電池荷電狀態下，發動機與電機合理的功率分配比；所述表格是通過離線求解在不同初態下的隨機動態規劃問題獲得；?

（3）根據步驟2中得到的功率分配比以及步驟1中采集的油門踏板的位置信息來確定實際噴油量及電機應當提供的功率，然后通過CAN總線發送報文到電機控制器與發動機控制器；發動機控制單元根據接收車輛控制單元發送過來的報文調節發動機的輸出功率；電機控制單元根據接收車輛控制單元發送過來的報文控制電動機的輸出功率。

2.根據權利要求1所述混合動力公交車能量分配方法，其特征在于，所述步驟2可以具體分為下面幾個子步驟：

（2.1）根據公交車在同一路段運行的歷史車速，計算出公交車在每個位移點的車速轉移概率矩陣，并構建車速轉移概率模型：先將車速取值空間離散化，將0到60km/h的速度區間劃分為以2.5km/h為間隔的25格車速取值；然后根據歷史車速軌線，在車輛運行軌線上的每個位置分別訓練出車速轉移概率矩陣，并將這些車速轉移概率矩陣存儲在車輛控制單元內；在位置S處的狀態轉移概率矩陣P(S)的維度與離散化后的狀態變量的取值數量相關，若車速離散化后有25個可能的取值，則P(S)為25×25的矩陣；則P(S)為25×25的矩陣；P(S)矩陣中第a行b列的元素代表從第a個車速離散值轉移到第b個車速離散值的概率，a和b均為1-25的自然數；P(S)矩陣中第a行b列的元素P(S,a,b)的計算方法如下：

；

????其中，N_a(S)為歷史軌線中在位置S處的車速為第a個離散值的個數；N_b(S,a)為歷史軌線中在位置S處的車速為第a個離散值在位置S+1處的車速轉變為第b個離散值的總數；從車輛行駛的起點到終點的所有的狀態轉移概率矩陣構成了車速轉移概率模型；

（2.2）根據2.1中的車速轉移概率模型用動態規劃的方式對混合動力車的能量分配進行優化；具體優化目標是：

；

其中，u為控制量，u(i)表示第i段位移中發動機功率與總的功率需求的比值，F(i,u(i))表示第i段位移中在控制量u(i)的作用下的燃油消耗，ΔSOC(i,u(i))表示第i段位移中在控制量u(i)的作用下的電池荷電狀態減少量，P為預測區間的長度（即步驟2中得到的預估車速的總的預測步數），G為權值，E為求取期望值的符號；目標是在預測時域內求取一個最優控制序列（即預測區域內每個位置的功率分配比）；上述F(i,u(i))的具體計算方法是：

；

其中，map_f為一個燃油消耗率的二維表，該二維表中的具體數據與發動機相關，T_req為轉矩耦合器所需輸出的轉矩，ω_ICE為發動機的轉速，T_req與ω_ICE可根據汽車縱向動力學方程獲得，Δt(i)表示車輛在第i段位移消耗的時間；

ΔSOC(i,u(i))的具體計算方法是：

；

其中，P_req為總的需求功率，U為電池的等效開環電壓，R為電池的等效內阻，Q為電池的總電量；

約束條件為：

，

，

；

其中，ω_EM為電機轉速，電機轉速與發動機轉速相差一個耦合比；SOC_Low為電池荷電狀態的下限，SOC_High為電池荷電狀態的上限；T_ICEmin與T_ICEmax分別是發動機的最大轉矩與最小轉矩；T_EMmin與T_EMmax分別是電機的最大轉矩與最小轉矩；最大轉矩與最小轉矩都與當前的發動機轉速或是電機轉速相關；

下面推導動態規劃方程：

令R_i為第i段位移的代價；；

V_m為從第m步開始到最后的總代價的期望的最小值：；

因此動態規劃方程是：；

對上式中的期望符號E的處理方式為：根據步驟1）中的車速轉移概率模型與第i步的車速獲得第i+1步的車速及轉移概率，然后就能將數學期望的式子化為下式的形式：

；

其中，k_N為下一步所有不為0的車速的總數，P₀^k表示從當前車速轉移到第k個可能車速的概率，具體的概率值是根據車速轉移概率模型P(S)及車輛當前位置S來確定；當前步的車速與P(S)矩陣的某一行對應，然后觀察該行中不為0的值即為P₀^k的值，該值所在的列對應于下一步的車速；當給定初始車速、位置、電池荷電狀態后，依照上述動態規劃方程可遞推求解出當前最優的功率分配比；

（2.3）將不同初態下的動態規劃結果記錄在一張表上，并保存在車輛控制單元內；?

（2.4）車輛控制單元根據當前的車速、位置以及當前的電池荷電狀態，查表獲得發動機與電機合理的功率分配比。