具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法組成比例

一種具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法，屬于汽車駕駛技術領域。本發明專利技術的目的是實時根據前車速度信息優化出巡航過程中混合動力車輛最優的速度軌跡，從而最大限度的提高混合動力車輛燃油經濟性的具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法。本發明專利技術通過信息采集模塊采集前車的速度信息和自車當前速度信息、混合動力車輛電池的SOC優化自車行駛速度軌跡。本發明專利技術為混合動力車輛提供了一種具有軌跡規劃功能的能量分配策略的優化方法，即混合動力車輛首先采集前車的速度信息，并根據采集的速度信息優化計算出自車最優的速度軌跡，減少了混合動力車輛巡航過程中不必要的速度波動，提高混合動力車輛的經濟性和舒適性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于汽車駕駛

技術介紹
隨著智能化程度的提高，巡航控制系統開始在各類車型上普及，車輛的自適應巡航控制主要側重于行車安全，即前車加速，車輛就跟著加速，前車減速，車輛跟著減速，并沒有在車輛的行車軌跡方面考慮經濟性和舒適性的問題。此外，隨著環境問題以及能源危機日益凸顯，對于車輛燃油經濟性的要求也逐漸提高。就目前情況而言，混合動力車輛的燃油經濟性優化主要集中在混合動力車輛的能量分配模式(扭矩分配)和檔位(速比)優化這兩個方面，即混合動力車輛在借助全球定位系統(GPS)/地理信息系統(GIS)等外部設施的前提下首先采集前車的速度信息，并根據前車的速度信息利用優化算法優化混合動力車輛的分配模式(扭矩分配)和檔位(速比)。整個優化過程的前提是前車速度的獲取，但是在借助外部設備采集的前車速度可能存在波動，即前車存在急加速、急減速的情況。在保證安全的前提下，這種急加速/急減速對于混合動力車輛來講是不必要的，會嚴重的影響混合動力車輛的燃油經濟性。
技術實現思路
本專利技術的目的是實時根據前車速度信息優化出巡航過程中混合動力車輛最優的速度軌跡，從而最大限度的提高混合動力車輛燃油經濟性的具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法。本專利技術優化自車行駛速度軌跡的步驟是：（1）信息采集：通過信息采集模塊采集前車的速度信息和自車當前速度信息、混合動力車輛電池的SOC；（2）車輛軌跡優化：以采集的前車速度信息和自車速度信息為基礎，優化自車的行駛速度軌跡，將車輪驅動力和車輪制動力作為控制變量，記為，車速作為狀態變量，記為，根據汽車縱向動力學可以得到車輛的動力學方程為：（1）其中，為自車車重，為自車車輛行駛過程的阻力，（2）其中，為自車的迎風面積，為自車的空氣阻力系數，為自車的滾動阻力系數，為重力加速度，為道路坡度；自車巡航軌跡優化過程中的指標由兩部分組成：（3）其中，前半部分是經濟性的約束，表示車輛單位時間內的輸出功率，后半部分是舒適性的約束，表示優化的速度軌跡要變化平緩，為權重系數；基于前車速度信息的軌跡優化問題在預測時域內離散化后描述為：（4）其中，，為自車帶優化車輛的驅動力，為自車的制動力，前兩個約束是自車驅動力和制動力的約束，、分別為自車最小和最大驅動力，、為自車最小和最大制動力。本專利技術自車能量分配模式和檔位優化：根據發動機和電機扭矩的不同，結合車輛SOC和發動機轉速的狀況主要有四種分配模式，分別是：模式：；純電動模式；模式：：發動機工作模式；模式：：行車充電模式；模式：：發動機和電機共同工作模式；其中，是混合動力車輛的剩余電量，是混合動力車輛剩余電量的上界，是發動機轉速，,分別是發動機轉速的上下界；是混合動力車輛的需求扭矩，,分別是發動機最佳工作區域的上下界；選取自車的能量分配模式及檔位為控制量，自車的電池的剩余電量為狀態量，根據優化求解出的最優的速度軌跡，自車的能量分配模式及檔位優化的問題離散化后整理成如下所示：（5）其中,優化目標是自車單位時間內的燃油消耗，具體包含兩部分，分別為發動機的燃油消耗及電池的電量消耗，其中發動機的燃油消耗與車輛優化速度相關；第一個約束考慮的是優化過程中自車發動機轉速的約束，是自車發動機的轉速，、分別是自車發動機轉速的最小值和最大值；第二個是對優化過程中自車發動機輸出扭矩的約束，、分別是自車發動機輸出扭矩的最小值和最大值；第三個約束是對優化過程中自車電池SOC的約束,，分別是剩余電量的最小和最大值，最后是對能量分配模式和檔位速比求取范圍的約束。本專利技術提出了一種具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配策略，即混合動力車輛借助車載導航GPS/GIS系統，采集前車和自車的速度信息；根據采集的信息，軌跡規劃模塊優化自車的行駛速度軌跡，使得優化之后的自車速度軌跡滿足經濟性和舒適性的要求；繼而基于優化的速度軌跡實現對混合動力車輛的能量分配模式(扭矩分配)和檔位(速比)的優化。這樣就實現了巡航過程中綜合提高混合動力車輛燃油經濟性的目的。具有軌跡優化功能的能量優化方法，實時的根據前車速度信息優化出巡航過程中混合動力車輛最優的速度軌跡，并根據優化的速度軌跡進一步實現混合動力車輛的能量分配模式(扭矩分配)和檔位(速比)的優化，從而最大限度的提高混合動力車輛的燃油經濟性。本專利技術的有益效果是：1、本專利技術為混合動力車輛提供了一種具有軌跡規劃功能的能量分配策略的優化方法，即混合動力車輛首先采集前車的速度信息，并根據采集的速度信息優化計算出自車最優的速度軌跡，減少了混合動力車輛巡航過程中不必要的速度波動，提高混合動力車輛的經濟性和舒適性。2、本專利技術根據優化計算的自車行駛最優速度軌跡，結合混合動力車輛的SOC，能夠優化計算出實現巡航下的最優能量分配模式和檔位，從而進一步提高混合動力車輛的燃油經濟性。3、本專利技術能夠同時實現軌跡的優化以及能量分配模式及檔位的優化，從整體上提高了混合動力車輛的燃油經濟性。附圖說明圖1為本專利技術的結構框圖；圖2為本專利技術的提出的策略流程圖；圖3為軌跡規劃中采集的前車速度軌跡；圖4為軌跡規劃中的對自車速度的優化的約束上下界；圖5為軌跡規劃模塊的軌跡優化結果；圖6為軌跡規劃模塊的軌跡優化前后功率對比圖；圖7為能量分配模式及檔位優化模塊的優化過程；圖8為能量分配模塊優化后的發動機工作點；圖9為能量分配模塊優化后的電機工作點。具體實施方式本專利技術采取如下技術方案：一種具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法，結構框圖如圖1所示，主要包括：信息采集，車輛軌跡優化，混合動力車輛能量分配模式和檔位優化三個步驟。本專利技術的信號流程圖如圖2所示，車輛的信息采集模塊首先檢測前方是否存在車輛，如果前方沒有車輛，則自車按照駕駛員設定的速度定速巡航，信息采集模塊將自車速度傳遞給能量分配模式及檔位優化模塊，進行接下來的能量分配模式(扭矩分配)和檔位(速比)優化；如果前方存在車輛，則自車的信息采集模塊首先采集前方車輛和自車的速度信息，并將速度信息傳遞給軌跡規劃模塊；軌跡規劃模塊根據信息采集模塊采集的信息優化出最優的速度軌跡，并將優化出來的速度軌跡給能量分配策略模塊；能量分配策略模塊結合優化出來的速度信息、自車的電池荷電狀態(SOC)，為車輛優化制定出最優的能量分配模式(扭矩分配)及變速箱的檔位(速比)，并將優化序列的信號給定車輛，從而完本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法，其特征在于：其優化自車行駛速度軌跡的步驟是：（1）信息采集：通過信息采集模塊采集前車的速度信息和自車當前速度信息、混合動力車輛電池的SOC；（2）車輛軌跡優化：以采集的前車速度信息和自車速度信息為基礎，優化自車的行駛速度軌跡，將車輪驅動力和車輪制動力作為控制變量，記為，車速作為狀態變量，記為，根據汽車縱向動力學可以得到車輛的動力學方程為：（1）其中，為自車車重，為自車車輛行駛過程的阻力，（2）其中，為自車的迎風面積，為自車的空氣阻力系數，為自車的滾動阻力系數，為重力加速度，為道路坡度；自車巡航軌跡優化過程中的指標由兩部分組成：（3）其中，前半部分是經濟性的約束，表示車輛單位時間內的輸出功率，后半部分是舒適性的約束，表示優化的速度軌跡要變化平緩，為權重系數；基于前車速度信息的軌跡優化問題在預測時域內離散化后描述為：（4）其中，，為自車帶優化車輛的驅動力，為自車的制動力，前兩個約束是自車驅動力和制動力的約束，、分別為自車最小和最大驅動力，、為自車最小和最大制動力。

【技術特征摘要】
1.一種具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法，其特征在于：其優化自車
行駛速度軌跡的步驟是：
（1）信息采集：通過信息采集模塊采集前車的速度信息和自車當前速度信息、混合動力
車輛電池的SOC；
（2）車輛軌跡優化：以采集的前車速度信息和自車速度信息為基礎，優化自車的行
駛速度軌跡，將車輪驅動力和車輪制動力作為控制變量，記為，車速作為狀
態變量，記為，根據汽車縱向動力學可以得到車輛的動力學方程為：
（1）
其中，為自車車重，為自車車輛行駛過程的阻力，
（2）
其中，為自車的迎風面積，為自車的空氣阻力系數，為自車的滾動阻力
系數，為重力加速度，為道路坡度；
自車巡航軌跡優化過程中的指標由兩部分組成：
（3）
其中，前半部分是經濟性的約束，表示車輛單位時間內的輸出功率，
后半部分是舒適性的約束，表示優化的速度軌跡要變化平緩，為權
重系數；
基于前車速度信息的軌跡優化問題在預測時域內離散化后描述為：
（4）
其中，，為自車帶優化車輛的驅動力，為自車的制動力，前兩個約
束是自車驅動力和制動力的約束，、分別為自車最小和最大驅動力，、
為自車最小和最大制動力。
2.根據權利要求書1所述的具有軌跡優化功能的混合動力車輛的能量分配方法，其特

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉奇芳，葉珂羽，李超，陳虹，郭露露，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22