基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法

2023-05-19 04:08:36

基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法
【專利摘要】基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法涉及混合動力汽車控制領域，該系統由真實系統和人工系統組成，真實系統負責驅動實車實際運行，人工系統負責針對實車實時運行狀態進行實車建模與控制器參數優化，二者並行執行。真實系統由傳感器檢測電路、信號調理電路、控制器和液晶顯示器組成；人工系統由傳感器檢測電路、信號調理電路、計算機處理系統組成。本發明基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統，其結構簡單，易於實現，可靠性高，提高了發動機燃油利用率，降低了排放，有效的改善了實車全壽命周期的實際運行性能及工作效率。
【專利說明】基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及混合動力汽車控制領域，特別涉及一種基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法。
【背景技術】
[0002]混合動力汽車(HEV)以其兼具了傳統燃油汽車和純電動汽車的優點且同時具有低排放、低能耗等特點，成為當今最具應用前景的汽車。混合動力汽車包含至少兩種車載動力源的設計方式增加了系統控制的靈活性，通過動力源和其它部件相互的協調控制，可形成不同的工作模式，以適應不同的行駛工況。因此整車控制策略是決定整車能耗及排放的關鍵技術。建立先進合理的轉矩分配控制策略，利用電機提供的輔助轉矩「削峰補填谷」調整發動機的實時工作點，使其工作在效率較高的區域，以達到節油降排的目的，以及對現有控制策略進行優化已成為國內外各著名汽車公司和研究機構探索的核心技術之一。通過分析混合動力系統各個部件的工作效率，發現發動機工作效率高的點未必是整個系統能耗較低的點，因此基於燃油消耗及排放最優的整車的工作模式切換規則以及轉矩分配控制策略很難保證全工況條件下整車系統效率最優。
[0003]目前比較傳統的轉矩分配方法有以下四種:基於規則的邏輯門限控制、瞬時優化能量管理策略、全局最優控制、智能控制策略。基於規則的邏輯門限控制策略是根據發動機的靜態效率曲線圖，根據預先設定的規則，選擇混合動力汽車的工作模式並實現模式之間的切換。基於規則的邏輯門限控制策略算法簡單易行，具有很好的魯棒性；但屬於靜態控制策略，不考慮實際行駛工況的動態變化，無法獲得最優的性能；瞬時優化控制策略是以混合動力汽車的瞬時等效油耗和排放最小或系統功率損失最小為目標確定工作模式，進行效率優化，其缺點是需要進行大量的浮點運算，實時性較差；控制效能過分依賴總成各部件性能特性參數的精確性，受電池老化、發動機動態特性等的影響，在實際車輛的實時控制中難以實現；全局優化控制策略是以汽車在制定循環工況下的油耗和排放最小為目標選擇工作模式進行效率優化。全局最優控制策略需要預先知道整個行駛工況，才能獲得混合動力汽車在該行駛工況下的全局最優性能，這在實際車輛的實時控制中難以得到應用；智能控制的基本出發點是模仿人的智能，根據複雜被控動態過程的定性信息和定量信息，進行定性定量綜合集成推理決策，以實現對難以建模的非線性複雜系統的控制，所以非常適合於混合動力汽車動力總成的控制。
[0004]神經網絡控制具有很強的非線性擬合的能力，便於研究複雜的非線性關係，而且學習規則簡單，便於計算機實現，在智能控制領域得到廣泛應用；但神經網絡在全局更新時收斂速度較慢，容易陷入局部極小值，不能實現全局最優。並且神經網絡的隱層節點一般都採用非線性函數，使得網絡的輸入和輸出為非線性關係，忽略了輸入和輸出的線性關係；隨車用車時間的增加，一些汽車零部件的老化，原有的策略由於不能及時根據用車狀況實時調整轉矩分配方法中的設計參數，因此不能實現真正的優化分配。並行計算可將工作分離成多個離散部分，可同時運行多個程序指令，有助於同時解決各個離散部分問題，並且這種多計算資源情況下解決問題的耗時要少於單個計算資源下的耗時，有效提高系統的運行速度。

【發明內容】

[0005]為了解決混合動力客車非線性、強耦合、在運行中難以實時快速準確控制、不能根據車輛的機械磨損等信息及時調整控制器參數、不能保證全壽命運行周期過程中系統效率最優、發動機在工作時平均負荷率和燃油利用率過低的技術問題，本發明提出了一種基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統及其方法。
[0006]本發明解決技術問題所採取的技術方案如下:
[0007]基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統，包括並行執行的真實系統和人工系統，真實系統包括傳感器檢測電路、信號調理電路、控制器和液晶顯示器，人工系統包括傳感器檢測電路、信號調理電路和計算機處理系統；傳感器檢測電路檢測實車中的發動機的轉速、電機的轉速、制動踏板或加速踏板的開度，經信號調理電路對信號進行濾波處理後送給控制器和計算機處理系統；控制器根據當前發動機轉速經查表獲得發動機當前轉速下的最優工作轉矩，根據信號調理電路送來的踏板開度信息獲得實車的需求轉矩，並與上述最優工作轉矩做差，同時根據實車中電池的電壓、電流和溫度信息經計算獲得電池剩餘能量SOC，根據上述求得的轉矩差值和電池剩餘能量SOC經二維查表計算求得當前車況下發動機的需求轉矩，然後根據發動機的需求轉矩求得電機的需求轉矩；控制器將發動機需求轉矩與電機需求轉矩傳送給實車，作為實車實時運行的設定值；液晶顯示器實時顯示實車的運行參數:電機轉矩、發動機轉矩、電池剩餘能量SOC以及燃油消耗值，方便用戶實時掌握當前車況信息；計算機處理系統以發動機燃油消耗、尾氣排放最低為目標，採用混沌自適應遺傳算法，計算求得發動機全轉速範圍內的最優轉矩工作曲線，然後根據當前發動機轉速經插值計算求得發動機工作的最優轉矩；根據信號調理電路送來的踏板開度信息獲得實車的需求轉矩，並將需求轉矩與最優轉矩做差運算，同時通過計算機處理系統中的電池BMS模型獲得電池剩餘能量soc，根據所求得的轉矩差值和電池剩餘能量soc採用三層前饋神經網絡算法計算求得電動機和發動機的需求轉矩；計算機處理系統根據傳感器檢測電路獲得當前工況下實車中的發動機轉速和轉矩、電機轉速和轉矩、電機需求功率、電池剩餘能量soc、發動機燃油消耗等的實際值，然後實時修正計算機處理系統中的人工實車模型，使之與實車滿足相似性定理，之後利用修正後的人工實車模型計算發動機效率、電機效率、電池當前工況下的充放電效率以及傳動機構效率，計算機處理系統根據人工實車模型的計算結果，採用TD法以整車效率最高為目標，實時調整整車轉矩分配策略的網絡權值，分別得到發動機最優轉矩Ttjpt與其轉速構成的T_ = f(ne)的一維數表、發動機實時轉矩Te與整車需求轉矩Trai和發動機最優轉矩Τ_的差值、蓄電池剩餘能量soc構成的Te = f (Treq-Topt,soc)的二維數表，並將其賦值給控制器，使得控制器的參數隨著車輛的工作狀況可以在全壽命周期中獲得優化。
[0008]基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配方法，包括如下步驟:
[0009]I)基於自適應混沌遺傳算法獲得發動機全轉速範圍內的最優轉矩曲線，存放於計算機處理系統內的發動機工作點優化模塊中，並將其生成Ttjpt = f (ne)的一維數表存放於控制器內的發動機最優工作點模塊中，然後設計基於線性補償的三層前饋神經網絡的整車轉矩分配優化算法，將其存放在計算機處理系統內的整車轉矩分配策略模塊中，並將其生成Te = f (Treq-Topt^ soc)的二維數表存放在控制器內的整車轉矩分配系統模塊中；設計基於TD算法的神經網絡權值更新規則，將其存放在計算機處理系統內的並行計算優化模塊中；
[0010]2)根據傳感器檢測電路獲取當前發動機轉速信息，通過發動機最優工作點模塊，獲得當前轉速下的發動機最優轉矩，求得與需求轉矩的差值後，與電池剩餘能量SOC共同作為整車轉矩分配系統模塊的輸入，經插值計算求得對應的發動機需求轉矩，根據TrarTe=Tm求得當前電機轉矩Tm，將求得的發動機需求轉矩和當前電機轉矩Tm輸入給實車，驅動實車運行，並將表徵整車狀態的參數送入液晶顯示器中顯示；
[0011]3)利用傳感器檢測電路和信號調理電路將實車運行中的需求轉矩Trai和發動機轉速I輸入到計算機處理系統中，發動機工作點優化模塊以發動機的經濟性和排放最優為指標，利用自適應混沌遺傳算法，全轉速範圍內搜索得到當前轉速下發動機最優工作轉矩T.丄 opt ?
[0012]將發動機優化後的轉矩 Ttjpt作為整車轉矩分配策略模塊的輸入，整車轉矩分配策略模塊選用帶有輸入輸出線性映射的三層前饋小波神經網絡，根據式(7)求得發動機轉矩Te，然後根據H = Tm求得當前電機轉矩Tm ；
【權利要求】
1.基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統，其特徵在於，該系統包括並行執行的真實系統(18)和人工系統(19)，真實系統(18)包括傳感器檢測電路(1)、信號調理電路(2)、控制器(16)和液晶顯示器(6)，人工系統(19)包括傳感器檢測電路(1)、信號調理電路(2)和計算機處理系統(17);傳感器檢測電路(1)檢測實車(5)中的發動機的轉速、電機的轉速、制動踏板或加速踏板的開度，經信號調理電路(2)對信號進行濾波處理後送給控制器(16)和計算機處理系統(17)； 控制器(16)根據當前發動機轉速經查表獲得發動機當前轉速下的最優工作轉矩，根據信號調理電路(2)送來的踏板開度信息獲得實車(5)的需求轉矩，並與上述最優工作轉矩做差，同時根據實車(5)中電池的電壓、電流和溫度信息經計算獲得電池剩餘能量soc，根據上述求得的轉矩差值和電池剩餘能量soc經二維查表計算求得當前車況下發動機的需求轉矩，然後根據發動機的需求轉矩求得電機的需求轉矩；控制器(16)將發動機需求轉矩與電機需求轉矩傳送給實車(5)，作為實車(5)實時運行的設定值；液晶顯示器(6)實時顯示實車(5)的運行參數:電機轉矩、發動機轉矩、電池剩餘能量soc以及燃油消耗值，方便用戶實時掌握當前車況信息； 計算機處理系統(17)以發動機燃油消耗、尾氣排放最低為目標，採用混沌自適應遺傳算法，計算求得發動機全轉速範圍內的最優轉矩工作曲線，然後根據當前發動機轉速經插值計算求得發動機工作的最優轉矩；根據信號調理電路(2)送來的踏板開度信息獲得實車(5)的需求轉矩，並將需求轉矩與最優轉矩做差運算，同時通過計算機處理系統(17)中的電池BMS模型獲得電池剩餘能量soc，根據所求得的轉矩差值和電池剩餘能量soc採用三層前饋神經網絡算法計算求得電動機和發動機的需求轉矩；計算機處理系統(17)根據傳感器檢測電路(1)獲得當前工況下實車(5)中的發動機轉速和轉矩、電機轉速和轉矩、電機需求功率、電池剩餘能量soc、發動機燃油消耗等的實際值，然後實時修正計算機處理系統(17)中的人工實車模型，使之與實車(5)滿足相似性定理，之後利用修正後的人工實車模型計算發動機效率、電機效率、電池當前工況下的充放電效率以及傳動機構效率，計算機處理系統(17)根據人工實車模型的計算結果，採用TD法以整車效率最高為目標，實時調整整車轉矩分配策略的網絡權值，分別得到發動機最優轉矩Ttjpt與其轉速構成的T_ = f (ne)的一維數表、發動機實時轉矩Te與整車需求轉矩Tra1和發動機最優轉矩Ttjpt的差值、電池剩餘能量SOC構成的Te = f (Treq-Topt, soc)的二維數表,並將其賦值給控制器(16),使得控制器(16)的參數隨著車輛的工作狀況可以在全壽命周期中獲得優化。
2.基於權利要求1所述的基於並行控制的混合動力汽車整車轉矩分配系統的整車轉矩分配方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟: 1)基於自適應混沌遺傳算法獲得發動機全轉速範圍內的最優轉矩曲線，存放於計算機處理系統(17)內的發動機工作點優化模塊(13)中，並將其生成Ttjpt = f(ne)的一維數表存放於控制器(16)內的發動機最優工作點模塊(3)中，然後設計基於線性補償的三層前饋神經網絡的整車轉矩分配優化算法，將其存放在計算機處理系統(17)內的整車轉矩分配策略模塊(14)中，並將其生成Te = f (TrarTtjpPS0c)的二維數表存放在控制器(16)內的整車轉矩分配系統模塊(4)中；設計基於TD算法的神經網絡權值更新規則，將其存放在計算機處理系統(17)內的並行計算優化模塊(12)中； 2)根據傳感器檢測電路(1)獲取當前發動機轉速信息，通過發動機最優工作點模塊(3)，獲得當前轉速下的發動機最優轉矩，求得與需求轉矩的差值後，與電池剩餘能量soc共同作為整車轉矩分配系統模塊(4)的輸入，經插值計算求得對應的發動機需求轉矩，根據TrarTe = Tm求得當前電機轉矩Tm，將求得的發動機需求轉矩和當前電機轉矩Tm輸入給實車(5)，驅動實車(5)運行，並將表徵整車狀態的參數送入液晶顯示器(6)中顯示； 3)利用傳感器檢測電路⑴和信號調理電路(2)將實車(5)運行中的需求轉矩發動機轉速I輸入到計算機處理系統(17)中，發動機工作點優化模塊(13)以發動機的經濟性和排放最優為指標，利用自適應混沌遺傳算法，全轉速範圍內搜索得到當前轉速下發動機最優工作轉矩Ttjpt ； 將發動機優化後的轉矩Ttjpt作為整車轉矩分配策略模塊(14)的輸入，整車轉矩分配策略模塊(14)選用帶有輸入輸出線性映射的三層前饋小波神經網絡，根據式(7)求得發動機轉矩Te，然後根據T_-1； = Tm求得當前電機轉矩Tm ；
【文檔編號】B60W20/00GK103935360SQ201410193080
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】張嫋娜, 丁海濤, 於海芳, 張哲 , 武冬梅, 王瑩瑩, 王國亮 申請人:長春工業大學