考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法

1.本发明涉及新能源汽车电控优化技术领域，尤其涉及一种考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法。


背景技术：

2.混合动力汽车通过耦合电气化动力如电动机、蓄电池等，可以控制发动机运行在高效区域，提升整车燃油经济性，因此对于提高碳减排、缓解能源压力有重要意义。进行混合动力汽车的动力参数匹配设计时，为了获得给定参数下整车燃油经济性的最大潜力以对参数进行评估，一般采用全局最优能量管理求解油耗。然而，在采用全局最优能量管理时，需要假设混合动力汽车可以完美跟踪工况，容易导致设计参数可行解在急加速工况下如城区行驶时保守性偏高，尤其对于重载混合动力汽车，往往会使电动机或者蓄电池的功率等级变高，增加了整车生产成本。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出一种考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法，旨在解决在现有全局最优能量管理下的设计参数会导致整车产生成本增加的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
5.一种考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法，包括以下步骤：
6.s1，根据目标混合动力汽车构型和选定的设计参数建立整车纵向动力学模型；
7.s2，结合所述目标混合动力汽车构型，基于最大化控制构建驾驶性预估器；
8.s3，在所述驾驶性预估器中，针对给定的循环工况，求解在所述设计参数下的混合动力汽车的驾驶性，并生成对应的可达工况；
9.s4，根据所述目标混合动力汽车构型和所述整车纵向动力学模型构建全局最优能量管理控制算法；
10.s5，在所述可达工况下，求解所述全局最优能量管理控制算法，得到最佳燃油经济性；
11.s6，根据所述驾驶性与所述最佳燃油经济性，评估所述设计参数的可行解。
12.在一些实施方式中，s1中，所述目标混合动力汽车构型包括串联式混合动力、并联式混合动力、串并联式混合动力、功率分流式混合动力或复合能源混合动力。
13.在一些实施方式中，s1中，所述设计参数包括发动机、电动机和发电机各自的峰值功率、峰值转矩和峰值转速，能量缓冲单元的峰值功率和峰值容量，以及传动齿轮与变速装置的变比。
14.在一些实施方式中，s1中，所述整车纵向动力学模型包括在纵向动力学下由所述发动机、所述电动机、所述发电机、所述传动齿轮与所述变速装置构成的转速关系和转矩平衡关系。
15.在一些实施方式中，s2中，所述驾驶性预估器采用所述最大化控制求解当前车速
下所对应的混合动力汽车提供的最大输出力矩。
16.在一些实施方式中，s3中，通过检测所述循环工况下每一时刻的需求转速和需求转矩，结合所述最大输出力矩求解所述驾驶性，并生成对应的所述可达工况。
17.在一些实施方式中，s3中，在t时刻，当所述最大输出力矩大于或等于所述需求转矩时，认定整车可以完成对当前车速的跟踪，并生成所述可达工况；当所述最大输出力矩小于所述需求转矩时，根据所述最大输出力矩校正t时刻的可达车速；在t 1时刻到来时，由所述循环工况的当前车速和t时刻的可达车速，并根据所述整车纵向动力学模型计算t 1时刻的需求转矩。
18.在一些实施方式中，s4中,所述全局最优能量管理控制算法包括动态规划、极小值原理和凸优化。
19.在一些实施方式中，s6中，将对于满足式(1)所述驾驶性对应的所述设计参数，认定为混合动力设计参数集的可行解：
[0020][0021]
式中，t
err
是可达工况中无法跟踪给定循工况的时长，t
tot
是循环工况的总时长，ε是给定指标。
[0022]
本发明的有益效果为：本发明优化了全局最优能量管理下混合动力汽车的参数评估过程，通过引入驾驶性预估器解决了应用全局最优能量管理的后向仿真方法在设计参数甄别上的不足，降低了混合动力汽车尤其是重载混合动力汽车参数设计的保守性。
附图说明
[0023]
图1为本发明实施例公开的考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法的流程示意图；
[0024]
图2为cvt并联式混合动力汽车的动力传输路径示意图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0026]
本实施例提出了一种考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法，优化了全局最优能量管理下混合动力汽车的参数评估过程，通过引入驾驶性预估器解决了应用全局最优能量管理的后向仿真方法在设计参数甄别上的不足，降低了混合动力汽车尤其是重载混合动力汽车参数设计的保守性。
[0027]
如图1所示，该设计方法包括以下步骤：
[0028]
s1，根据目标混合动力汽车构型和选定的设计参数建立整车纵向动力学模型。
[0029]
在本实施例中，在s1中，目标混合动力汽车构型包括串联式混合动力、并联式混合动力、串并联式混合动力、功率分流式混合动力或复合能源混合动力。
[0030]
具体的，设计参数包括发动机、电动机和发电机各自的峰值功率、峰值转矩和峰值
转速，能量缓冲单元的峰值功率和峰值容量，以及传动齿轮与变速装置的变比。更优的，整车纵向动力学模型包括在纵向动力学下由发动机、电动机、发电机、传动齿轮与变速装置构成的转速关系和转矩平衡关系。
[0031]
s2，结合目标混合动力汽车构型，基于最大化控制构建驾驶性预估器；
[0032]
在本实施例中，在s2中，驾驶性预估器采用最大化控制求解当前车速下所对应的混合动力汽车提供的最大输出力矩。
[0033]
s3，在驾驶性预估器中，针对给定的循环工况，求解在设计参数下的混合动力汽车的驾驶性，并生成对应的可达工况。
[0034]
在本实施例中，在s3中，通过检测循环工况下每一时刻的需求转速和需求转矩，结合最大输出力矩求解驾驶性，并生成对应的可达工况。
[0035]
具体的，在s3中，在t时刻，当最大输出力矩大于或等于需求转矩时，认定整车可以完成对当前车速的跟踪，并生成可达工况；当最大输出力矩小于需求转矩时，根据最大输出力矩校正t时刻的可达车速；在t 1时刻到来时，由循环工况的当前车速和t时刻的可达车速，并根据整车纵向动力学模型计算t 1时刻的需求转矩。
[0036]
s4，根据目标混合动力汽车构型和整车纵向动力学模型构建全局最优能量管理控制算法。
[0037]
在本实施例中，在s4中,全局最优能量管理控制算法包括动态规划、极小值原理和凸优化。
[0038]
s5，在可达工况下，求解全局最优能量管理控制算法，得到最佳燃油经济性。
[0039]
s6，根据驾驶性与最佳燃油经济性，评估设计参数的可行解。
[0040]
在本实施例中，在s6中，将对于满足式(1)驾驶性对应的设计参数，认定为混合动力设计参数集的可行解：
[0041][0042]
式中，t
err
是可达工况中无法跟踪给定循工况的时长，t
tot
是循环工况的总时长，ε是给定指标。
[0043]
下面以cvt并联式混合动力汽车的低保守性设计过程为具体实施例，结合图2展开进一步说明。
[0044]
首先，给定任意设计参数，cvt并联混合动力汽车的整车纵向动力学模型可以表示为：
[0045][0046][0047][0048][0049]
[0050]
其中，te、tm、和td分别为发动机转矩、电机转矩和等效至cvt输入端与主减速器输入端的需求转矩；ωe、ωm、和ωd分别为发动机转速、电机转速和cvt输入端与主减速器输入端的转速；if和ic分别为主减速器和cvt的速比，r为车轮半径；ρ为空气密度，cd为风阻系数，a为迎风面积，v为车速，θ为道路坡度，g为重力加速度，m为整车质量，ηf和ηc分别分主减速器和cvt的效率。
[0051]
基于最大化控制，cvt并联型混合动力的驾驶性预估器可以表示为：
[0052][0053]
式中，为当前整车可提供的最大力矩，t
emax
为发动机可提供的最大转矩，为电机可提供的最大转矩，p
bmax
为蓄电池最大输出功率；
[0054]
则当前时刻整车纵向加速度可以修正为：
[0055][0056]
由式(8)，可以求得t 1时刻整车车速修正值：
[0057][0058]
利用式(7)～式(9)求解整个工况，则可以得到cvt并联混合动力汽车在给定设计参数下的可达工况
[0059]
在可达工况下，求解cvt混合动力汽车的全局最优能量管理，如求解式(10-a)-(10-j)所示燃油经济性问题：
[0060][0061]
subject to:(2)～(6)
[0062][0063][0064]
x(t

)＝x(t) u
x
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10-e)
[0065]
x(t)∈{0,1}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10-f)
[0066]ux
(t)∈{-1,0,1}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10-g)
[0067]ebmin
≤eb(t)≤e
bmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10-h)
[0068]
eb(t)＝e
bf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10-j)
[0069]
其中，j是目标函数即油耗，t0和tf是起始与终止时间，pb为电池功率，eb为蓄电池的剩余能量，e
bf
为蓄电池需达到的终值状态，e
bmin
和e
bmax
是荷电状态的上下限，x是发动机的开关状态，u
x
是发动机开关控制动作，t

表示时刻t的下一采样时刻，bb是蓄电池的损耗，μ为发动机开关切换的处罚系数，为燃油消耗率；
[0070]
最后，根据式(1)和j的值评估设计参数的可行性。
[0071]
在以上方案中，通过基于最大化控制构建驾驶性预估器，提前评估设计参数所对
应的整车驾驶性考虑驾驶性的低保守性混合动力汽车优化设计方法，并生成设计参数所对应的实际可达工况，当驾驶性满足性能需求时再应用全局优化能量管理评估实际可达工况下的整车油耗，以获得低保守性的设计解集。
[0072]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。