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专利号: 2021102290757
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能混合动力汽车自适应能量管理方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、建立关于单轴并联式混合动力汽车的并联A‑HEVs模型;具体过程为:分别对单轴并联式混合动力汽车的发动机、电机、电池、变速器和车辆动力学建立数学模型;

(1)对发动机建立发动机效率与发动机转速和发动机输出转矩的数学模型:发动机效率由发动机转速和发动机输出转矩确定,如式(1)所示;

ηe=f(ne,Te)                            (1)发动机输出转矩由式(2)计算;

Te=αTemax(ne)      (2)发动机最大转矩的曲线由式(3)拟合,拟合系数通过MATLAB曲线拟合工具获得;

Temax=k0+k1cos(ne·c)+p1sin(ne·c)+k2cos(2ne·c)+p2sin(2ne·c)     (3)其中,ne是发动机转速,Te是发动机输出转矩,ηe是发动机效率,α是发动机节气门开度,Temax(ne)是当前速度下的发动机最大转矩,c,k0,k1,k2,p1,p2为拟合系数;

(2)建立电池功率与电机转速关系模型:根据电机效率与电机转速和电机转矩的函数关系为:ηm=ψ(nm,Tm)                   (4)电池功率与电机转速关系模型表示为;

其中,nm表示电机转速,Tm表示电动机转矩,ηm表示电动机效率,Pb表示电池所需功率;

(3)对电池建立充电状态动态方程:其中,Rin是电池内阻,Voc是开路电压,Qmax是最大容量;

(4)对于变速器的转矩和速度建模:旋转部件假设为刚性,以集中质量表示,变速器的转矩表达式为:变速器的速度表达式为:

win=woutig(Gear)i0     (8)其中,Tout表示变速器的输出转矩,Tin表示变速器输入轴转矩,ηGR表示变速器效率,ig(Gear)表示每个变速器齿轮传动比,i0表示主减速器传动比,Gear表示齿轮数,win表示变速器输入轴角速度,wout表示变速器输出轴角速度;

(5)在变速器固定转矩和变速器柔性转矩需求下,建立车辆动力学模型:nin(t)=30igi0va(t)/πr    (11)其中, 表示变速器输入轴上的柔性转矩要求,Tdem(t)表示变速器输入轴上的固定转矩需求,CD表示空气阻力系数,A表示迎风面积,va(t)表示上层控制器产生的纵向车速,表示可变纵向车速,m表示整车整备质量,f表示滚动阻力系数,δ表示旋转质量系数,r表示车轮半径,nin表示变速器输入轴转速,Fbrake表示制动力;

步骤2、采用ECMS优化换挡指令和转矩分配,结合并联A‑HEVs模型,以提取优化换挡图;

具体过程为:

步骤2.1、建立换挡图的目标函数:其中,s(t)是等效因子,Pb(ug(t))表示电池功率,QLHV表示燃料的低热值;

步骤2.2、求解优化转矩分配和优化换挡指令;

(1)优化发动机输出转矩和电机转矩分配过程,变速器输入轴转矩满足的约束条件为:Tdem=Tv/ig(Gear)i0.                  (14)式(14)、(15)中,Tdem表示变速器输入轴转矩,Tv表示车轮处转矩;

(2)优化换挡指令sh(t)过程为:通过式(16)获得最佳档位,并通过式(17)对最佳档位进行约束:g(t)=g(t‑1)+sh(t),sh(t)∈{‑1,0,1}              (15)

1≤g(t)≤5.              (16)其中,数值{‑1,0,1}分别表示降挡、挡位不变、升挡;

步骤2.3、在满足变速器输入轴转矩的约束条件下,根据优化的换挡指令、发动机输出转矩获得最优控制输入ug(t),ug(t)=[Te(t),sh(t)]            (18);

步骤2.4、根据最优控制输入ug(t)和式(12),获得优化换挡图的目标函数及该目标函数满足的约束条件:

目标函数为:

uopt(t)=min{L[ug(t),s(t)]}                (17)约束条件表示为:

其中,Tm(t)表示电机转矩,Te(t)表示发动机输出转矩;Tm_min(nm(t))表示当前速度下的电机最小转矩,Tm_max(nm(t))表示当前速度下的电机最大转矩;Te_max(ne(t))表示当前速度下的发动机最大转矩;nm_max表示电动机最大转速,ne_min表示发动机最小速度,ne_max表示发动机最大速度;SOCmin表示最小充电状态,SOCmax表示最大充电状态;

步骤3、通过优化换挡图开发具有柔性转矩需求和考虑电池寿命的改进型ECMS;

步骤4、对改进型ECMS设计其目标函数中主要参数的自适应律,实现智能混合动力汽车自适应能量管理。

2.根据权利要求1所述一种智能混合动力汽车自适应能量管理方法,其特征在于,步骤

3具体过程为:采用了循环半经验电池老化模型,计算电池老化时电池容量损失Qloss:其中Qloss是电池容量损失,α,β和η是与SOC相关的拟合系数,Ea是活化能,Rg是气体常数,T是电池温度,Ah是累积的电荷通过量,Irate是当前速率,z是功率定律因子;

其中,

其中,Ib(t)表示电流,Q表示最大电荷容量;

在公称条件为Irate,norm=2.5[1/h],SOCnorm=0.35和Tnorm=(273.15+25)K下,计算电池公称寿命:

实际电池寿命是根据与特定工作条件有关的Ah吞吐量定义,表示为:根据电池公称寿命和实际电池寿命,计算电池老化的强度系数:基于以上参数设计改进型ECMS的目标函数为:其中,β,γ为系数,u(t)={Te_opt,Tm_opt},K是电池老化成本的权重因子,Ca是电池更换成本与1公斤汽油价格之比;

最小化瞬时改进型ECMS的目标函数得:[Te_opt,Tm_opt]=min{L[u(t)]}               (26)通过式(9)和式(10),获得车辆速度的变化量,则车辆的动力学模型如式(29)所示:车辆速度,行驶距离和变速器转矩要求的变化量由式(30)‑式(32)获得:进而得:

假设具有柔性转矩需求和固定转矩需求的车辆应在工况结束时到达同一位置,Δx和Δv之间的关系表示为:

进而确定柔性转矩需求的约束条件,即改进型ECMS的约束条件为:柔性转矩的变化量表示为:

通过当前速度下的发动机和电机的最大转矩来限制;

其中‑b,b分别是柔性变速器转矩需求的下限值和上限值,Te_opt,Tm_opt分别是柔性转矩需求策略对应的发动机输出转矩和电机转矩。

3.根据权利要求2所述一种智能混合动力汽车自适应能量管理方法,其特征在于,步骤

4具体过程为:

利用比例积分(PI)控制器的概念来调整系数β,γ,则有:其中,β(k)是k时刻的转矩系数,γ(k)是k时刻的速度系数(k=1,2,3…),β0,γ0是初始值, 是最优的柔性转矩需求,Tdem是产生于上层速度控制器的固定转矩需求,和x分别是柔性转矩和固定转矩需求下的行驶距离,Kp,Ki是系数;

将式(37)、(38)代入式(28)中,获得对应的发动机输出转矩和电机转矩,即实现智能混合动力汽车自适应能量管理。