專利名稱：一種用于混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體地，涉及車用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)及控制迭代優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
車用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)是具有兩個以上能量源或動力源，通過能量轉(zhuǎn)換方式，能夠輸出機(jī)械能或吸收機(jī)械能以驅(qū)動車輛的動力系統(tǒng)。由于該驅(qū)動系統(tǒng)具有兩個以上能量源或動力源，一般會有車載管理或控制單元，負(fù)責(zé)響應(yīng)駕駛員指令，協(xié)調(diào)兩個以上能量源或動力源共同工作，確保在滿足駕駛員指令同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性能?，F(xiàn)有專利CN97101830. 8和CN98811841. 6中可見本發(fā)明中所指的車用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)例。這種兩個以上能量源或動力源的車用混合動力驅(qū)動系統(tǒng)面臨著設(shè)計(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)，主要在于部件參數(shù)的選擇，包括但不限于發(fā)動機(jī)的功率、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍、電機(jī)功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍、傳動系統(tǒng)、電池組能量及功率范圍，以及系統(tǒng)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括但不限于各種控制邏輯和策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種迭代優(yōu)化的流程及框架，在該優(yōu)化流程和框架下可以開展混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)與控制的匹配優(yōu)化，輔助用戶在設(shè)計(jì)初期就能同時(shí)協(xié)同考慮參數(shù)與控制的匹配關(guān)系，更全面的優(yōu)化混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。事實(shí)上，部件參數(shù)的選擇和系統(tǒng)控制緊密耦合，相互影響。部件參數(shù)選擇為系統(tǒng)控制提供了容許的空間，而系統(tǒng)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)則是在部件參數(shù)約束圍尋找最優(yōu)的控制策略或控制邏輯。不恰當(dāng)?shù)牟考?shù)或系統(tǒng)控制都無法確保車用混合驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化性能，必須同時(shí)考慮兩者相互作用與影響，為了獲得最優(yōu)的系統(tǒng)性能，必須是最優(yōu)的部件參數(shù)同時(shí)施加最優(yōu)的控制策略或邏輯。本發(fā)明主要由參數(shù)優(yōu)化、控制優(yōu)化、綜合成本計(jì)量三部分。在參數(shù)優(yōu)化部分，由參數(shù)選擇程序依據(jù)滿足收斂性條件判斷且綜合考慮綜合成本計(jì)量值的走向和趨勢來確定下一次迭代優(yōu)化循環(huán)中的系統(tǒng)參數(shù)。優(yōu)化收斂判斷部分負(fù)責(zé)確定系統(tǒng)綜合計(jì)量成本是否收斂，以決定繼續(xù)迭代循環(huán)計(jì)算或該計(jì)算終止、獲得最優(yōu)的參數(shù)和控制。控制優(yōu)化程序負(fù)責(zé)在確定的系統(tǒng)參數(shù)條件下，以滿足負(fù)載工況行駛要求來求解出最優(yōu)的系統(tǒng)控制。綜合成本計(jì)算部分在當(dāng)前迭代循環(huán)選定的系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)載工況條件下，采用當(dāng)前確定的最優(yōu)控制獲得系統(tǒng)在整個負(fù)載工況下的響應(yīng)，并由綜合成本計(jì)量模塊根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)以及整個負(fù)載工況中系統(tǒng)的響應(yīng)的累計(jì)來確定本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合成本，該綜合成本作為下一次參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)。本迭代優(yōu)化的目的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合成本最低。具體地，由以下方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，一種用于混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟(I)參數(shù)選擇步驟選擇用于混合動力系統(tǒng)的參數(shù)；
(2)控制優(yōu)化步驟基于參數(shù)選擇步驟中所確定的參數(shù)以及混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的負(fù)載工況，得出最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列(3)獲得系統(tǒng)響應(yīng)步驟基于所述參數(shù)、所述負(fù)載工況以及所述最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列，獲得負(fù)載工況下的系統(tǒng)狀態(tài)變化；(4)綜合成本計(jì)量步驟以所述參數(shù)以及所述系統(tǒng)響應(yīng)為輸入獲得綜合成本計(jì)量結(jié)果;(5)判斷步驟判斷步驟(4)的結(jié)果是否滿足優(yōu)化收斂條件，如果滿足，則采用當(dāng)前參數(shù)和控制 時(shí)間序列，如果不滿足，則返回步驟(I)進(jìn)行循環(huán)迭代。優(yōu)選地，步驟(I)中選擇的參數(shù)包括發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)之間的固定傳動比、電池開路電壓以及電池組容量參數(shù)初始數(shù)值。優(yōu)選地，所述步驟(2)中負(fù)載工況為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)載循環(huán)工況。優(yōu)選地，所述步驟(3)所述系統(tǒng)狀態(tài)變化包括電池組容量、電池組端電壓以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化。優(yōu)選地，所述步驟(4)中以發(fā)動機(jī)燃油消耗作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成本計(jì)量。由于在每個迭代循環(huán)中都施加了最優(yōu)的控制，因此每一個設(shè)計(jì)都是在動態(tài)負(fù)載下施加最優(yōu)控制來評估的，且成本中囊括了系統(tǒng)參數(shù)和動態(tài)過程響應(yīng)的累積值，所獲得的系統(tǒng)參數(shù)及控制方案是最優(yōu)匹配的。便于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期全面評估參數(shù)和控制設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明在將參數(shù)的選擇和系統(tǒng)控制緊密耦合，在參數(shù)選擇優(yōu)化的同時(shí)考慮到成本計(jì)量結(jié)果，最終通過判斷是否滿足優(yōu)化收斂條件進(jìn)行優(yōu)化迭代。


圖I是本發(fā)明一個實(shí)施例中的混合動力履帶車輛模型示意圖；圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例中的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。參見附圖1，示出了一種串聯(lián)式混合動力履帶車輛，由柴油發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組和電池組混合供電，雙側(cè)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動兩側(cè)主動輪。具體包括柴油發(fā)動機(jī)I、增速箱2、同步發(fā)電機(jī)及整流器3、電池組4、集成牽引逆變系統(tǒng)5、驅(qū)動電機(jī)6a、6b、減速箱7a、7b以及主動輪8a、8b。柴油發(fā)動機(jī)I通過增速箱2和同步發(fā)電機(jī)及整流器3構(gòu)成柴油發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組以及電池組4構(gòu)成車輛的動力源，并通過集成牽引逆變系統(tǒng)5、驅(qū)動電機(jī)6a、6b、減速箱7a、7b驅(qū)動主動輪8a、8b。下面以該柴油發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組和電池組4部分參數(shù)與控制設(shè)計(jì)為例對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中參數(shù)包括發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)間固定傳動比、電池組開路電壓和電池組容量參數(shù)，控制設(shè)計(jì)包括發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組和電池組間功率分配控制。參見圖2，首先參數(shù)選擇模塊10在可行的范圍內(nèi)選定發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)間固定傳動t匕、電池組開路電壓和電池組容量參數(shù)初始值，負(fù)載工況模塊60可以選定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)載循環(huán)工況。在參數(shù)選擇模塊10初始選定的發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)間固定傳動比、電池組開路電壓和電池組容量參數(shù)以及負(fù)載循環(huán)工況下，通過控制優(yōu)化模塊20的計(jì)算獲得最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列。以通過控制優(yōu)化模塊20中獲得的最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列為控制輸入，同時(shí)以參數(shù)選擇模塊10中選定的發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)間固定傳動比、電池組開路電壓、電池組容量參數(shù)以及負(fù)載循環(huán)工況，通過響應(yīng)求解模塊30獲得整個負(fù)載循環(huán)工況下的系統(tǒng)狀態(tài)變化，包括電池組容量，電池組端電壓以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過提取系統(tǒng)響應(yīng)中的關(guān)鍵變量，例如可以是發(fā)動機(jī)燃油消耗和排放，以及考慮部分初始參數(shù)引發(fā)的設(shè)計(jì)成本相關(guān)量，通過綜合計(jì)量模塊40計(jì)算總體成本，計(jì)算方法可以是但不限于發(fā)動機(jī)燃油消耗、排放、電池組容量以及傳動比的線性組合。通過優(yōu)化收斂條件判斷50模塊來確定是否已經(jīng)獲得最優(yōu)的綜合成本。如果已經(jīng)是收斂，則確認(rèn)當(dāng)前參數(shù)及控制為最優(yōu)值70，否則，返回到參數(shù)選擇模塊10。應(yīng)用本發(fā)明，經(jīng)過以上步驟即能獲得系統(tǒng)最優(yōu)的參數(shù)和控制設(shè)計(jì)。需指出的，雖然 本實(shí)例只是針對了模塊具體車輛的具體參數(shù)和功率控制，然而本方明仍具備通用性。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員仍能把該發(fā)明應(yīng)用的不同車輛結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計(jì)上。
權(quán)利要求
1.一種用于混合動カ驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟 (1)參數(shù)選擇步驟選擇用于混合動カ系統(tǒng)的參數(shù)； (2)控制優(yōu)化步驟基于參數(shù)選擇步驟中所確定的參數(shù)以及混合動カ驅(qū)動系統(tǒng)的負(fù)載エ況，得出最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列 (3)獲得系統(tǒng)響應(yīng)步驟基于所述參數(shù)、所述負(fù)載エ況以及所述最優(yōu)的系統(tǒng)控制時(shí)間序列，獲得負(fù)載エ況下的系統(tǒng)狀態(tài)變化； (4)成本計(jì)量步驟以所述參數(shù)以及所述系統(tǒng)響應(yīng)為輸入獲得成本計(jì)量結(jié)果； (5)判斷步驟判斷步驟(4)的結(jié)果是否滿足優(yōu)化收斂條件，如果滿足，則采用當(dāng)前參數(shù)和控制時(shí)間序列，如果不滿足，則返回步驟(I)進(jìn)行循環(huán)迭代。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(I)中選擇的參數(shù)包括發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)之間的固定傳動比、電池開路電壓以及電池組容量參數(shù)初始數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中負(fù)載エ況為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)載循環(huán)エ況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述步驟(3)所述系統(tǒng)狀態(tài)變化包括電池組容量、電池組端電壓以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中以發(fā)動機(jī)燃油消耗作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成本計(jì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種迭代優(yōu)化的流程及框架，在該優(yōu)化流程和框架下可以開展混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)與控制的匹配優(yōu)化，輔助用戶在設(shè)計(jì)初期就能同時(shí)協(xié)同考慮參數(shù)與控制的匹配關(guān)系，更全面的優(yōu)化混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。本發(fā)明主要由參數(shù)優(yōu)化、控制優(yōu)化、綜合成本計(jì)量三部分。在參數(shù)優(yōu)化部分，由參數(shù)選擇程序依據(jù)滿足收斂性條件判斷且綜合考慮綜合成本計(jì)量值的走向和趨勢來確定下一次迭代優(yōu)化循環(huán)中的系統(tǒng)參數(shù)。由于在每個迭代循環(huán)中都施加了最優(yōu)的控制，因此每一個設(shè)計(jì)都是在動態(tài)負(fù)載下施加最優(yōu)控制來評估的，且成本中囊括了系統(tǒng)參數(shù)和動態(tài)過程響應(yīng)的累積值，所獲得的系統(tǒng)參數(shù)及控制方案是最優(yōu)匹配的。
文檔編號B60W20/00GK102658818SQ20121016907
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者周志超, 李東閣, 鄒淵, 高瑋 申請人:北京理工大學(xué)