详情

原文传递一种基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法

专利名称：	一种基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法
摘要：	本发明公开了一种基于“信息层‑物质层‑能量层”框架的车辆全局能量管理方法，包括三个主要层面：信息层、物质层、能量层、以及两个交接层：信息层‑物质层之间的交接层、物质层‑能量层之间的交接层、最后是涉及实车应用的应用层。信息层完成车速、滑移率、道路坡度等工况信息的获取，信息层‑物质层之间的交接层完成SOC可行域的离散，物质层中基于“动/势能‑车载能量守恒”框架确定各触发条件对应的工作模式，物质层‑能量层之间的交接层完成燃油矩阵的确定，能量层中基于全局寻域算法完成SOC最优轨迹域的输出，并在应用层中形成用于实车实时应用的map图。本发明所提“信息层‑物质层‑能量层”框架，能够规范化全局能量管理控制流程。
专利类型：	发明专利
申请人：	吉林大学
发明人：	许楠;孔岩;赵迪;初亮;杨志华;睢岩
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010017847.6
公开号：	CN111152780A
代理机构：	北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	许小东
分类号：	B60W20/15;B60W40/105;B60W50/00;B;B60;B60W;B60W20;B60W40;B60W50;B60W20/15;B60W40/105;B60W50/00
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，包括三个主要层面：在信息层，获取车辆的行驶工况信息；在物质层，确定车辆动力系统的参数及工作模式；在能量层，确定车辆的能耗约束；两个交接层面：在信息层与物质层之间的交接层，确定SOC矩阵；在物质层与能量层之间的交接层，确定燃油矩阵和各控制矩阵；在应用层，根据所述车辆的行驶工况信息及其对应的车辆工作模式和能耗约束，得到以车速、电池SOC、需求转矩或者需求功率、转矩或者功率分配比的map图，进而进行全局能量最优分配。 2.根据权利要求1所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，根据信息层的车辆的行驶工况信息和物质层的车辆动力系统的参数及工作模式，能够得到对应的车辆的最小能耗或最小油耗；根据信息层的车辆的行驶工况信息和能量层的车辆的相关能耗约束，能够得到对应的最佳车辆动力系统的参数及工作模式；以及根据物质层的车辆动力系统的参数及工作模式和能量层的车辆的能耗约束，能够得到对应的驾驶员最经济驾驶方法，以及交通管制部门的对交通信号设施的最佳交通流控制。 3.根据权利要求2所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，根据信息层的车辆的行驶工况信息和物质层的车辆动力系统的参数及工作模式，得到对应的车辆的最小能耗或最小油耗的过程包括如下步骤：步骤一、在信息层，获取车辆行驶车速、道路坡度和滑移率；步骤二、在信息层与物质层之间的交接层，对车载动力电池进行SOC可行域的离散，确定ΔSOC和离散点数量，获得SOC矩阵；步骤三、在物质层，基于“动/势能-车载能量”守恒框架，确定各触发条件下对应的车辆动力系统可控部件的唯一工作模式；步骤四、在物质层与能量层的交接层，确定燃油矩阵与各控制矩阵；步骤五、在能量层，根据所述燃油矩阵，基于全局寻域算法，输出SOC最优轨迹域及对应的最优控制点。 4.根据权利要求3所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，在所述步骤一中，根据可预先了解信息的不确定性，从三个层次实现车速、滑移率、道路坡度信息的获取：当车辆在整个工况下行驶车速和道路海拔可获取时，根据车速和道路海拔获取对应采集时刻或地理位置的道路坡度以及滑移率；当车辆在整个工况下行驶的工况信息所遵循的规律可获取时，根据所述所遵循的规律获取车辆行驶车速、道路坡度以及滑移率；当车辆在整个工况下针对行驶的工况信息所施加的约束条件可获取时，根据所述约束条件获取车辆在整个工况下行驶的工况信息所遵循的规律，并获取车辆行驶车速、道路坡度以及滑移率。 5.根据权利要求4所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述“动/势能-车载能量”守恒框架为外部因素和内部因素进行合理可行地组合，在附件条件的基础上，确定车辆动力系统可控部件的唯一工作模式；其中，所述外部因素包括但不局限于下列因素：车速；车速对应的下一时刻或下一地理位置与当前时刻或地理位置的车辆动能变化量ΔEk；海拔对应的下一时刻或下一地理位置与当前时刻或地理位置的车辆势能变化量ΔEp；ΔEk与ΔEp对应的下一时刻或下一地理位置与当前时刻或此地理位置的总机械能的变化量ΔE；所述内部因素包括但不局限于车载电池下一时刻或下一地理位置与当前时刻或地理位置的荷电状态SOC变化量ΔSOC；所述附件条件包括但不局限于下列因素：车辆是否可以发生惯性减速滑行或下坡自由滑行；以及车辆需求功率与电机、发动机最大需求功率的大小对比。 6.根据权利要求5所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，在所述步骤四中，确定燃油矩阵过程包括：基于“动/势能-车载能量”守恒框架，根据动力学方程，确定相邻两个时刻或地理位置某两个状态点之间所确定工作模式下的发动机功率Pe、电机功率Pm、发动机转矩Te、电机转矩Tm、发动机转速ne、电机转速nm、离合器状态clutch、档位状态gear，并基于发动机map图得到各工作模式下的燃油消耗量fuel，所得值存储在对应的三维矩阵中，包括：燃油矩阵fuel(k，i，j)和控制矩阵Pe(k，i，j)、Pm(k，i，j)、Te(k，i，j)、Tm(k，i，j)、ne(k，i，j)、nm(k，i，j)、clutch(k，i，j)、gear(k，i，j)；其中，i代表第j时刻或第j个地理位置的第i个状态点，k代表第(j+l)时刻或第(j+l)个地理位置的第k个状态点，j代表工况时刻或地理位置点个数，l代表所构建燃油矩阵及控制矩阵的精度。 7.根据权利要求3或6所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，在所述步骤五中，基于全局寻域算法，输出SOC最优轨迹域的过程包括如下步骤：步骤a、对SOC可行域中所有状态点重新编号，将所述燃油矩阵转化为各个状态点之间的权值；步骤b、顺序求解各个状态点到起点的最短距离，并确定各个状态点所经前一时刻或前一地理位置的最优状态点；步骤c、逆序确定各时刻或各地理位置的最优状态点，并还原成原始编号；步骤d、确定还原编号后各最优状态点在SOC可行域中的位置，确定SOC最优轨迹域。 8.根据权利要求2所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，根据信息层的车辆的行驶工况信息和能量层的车辆的相关能耗约束，得到对应的最佳车辆动力系统的参数及工作模式的过程包括如下步骤：步骤1、根据信息层所获取的车速、滑移率、道路坡度等工况信息，确定车辆各时刻或各地理位置的需求功率Preq和需求转矩Freq；步骤2、根据各时刻和各地理位置的电量消耗约束Qm、燃油消耗约束Qe、需求功率Preq和需求转矩Freq，确定动力电池参数及发动机参数；步骤3、根据所述动力电池参数确定电机动力参数；以及根据“燃油经济性-加速时间”曲线确定主减速器传动比；步骤4、根据所述主减速器传动比确定变速器档位及速比；步骤5、根据选定的车辆构型确定车辆工作模式。 9.根据权利要求8所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，在所述步骤4中，根据所述主减速器传动比确定变速器档位及速比的过程包括如下步骤：步骤Ⅰ、根据最大爬坡度，确定最大传动比的第一取值范围为：其中，Tmax＝min{Temax，Tmmax}；根据附着条件，确定最大传动比的第二取值范围为：其中，nmin＝min{nemin，nmmin}；根据发动机和电机最大输出转矩，确定最大传动比的第三取值范围为：根据发动机最高转速、电机最高转速和最高车速，确定最小传动比的第一取值范围为：其中，nmax＝min{nemax，nmmax}；根据发动机最高转速对应的最大输出转矩、电机最高转速对应的最大输出转矩和最高车速对应的行驶阻力Fmax，确定最小传动比的第二取值范围为：式中，αmax为最大爬坡度，vmax为最高车速，r为车轮半径，ηt为机械效率，G＝mg；Tmmax为电机峰值转矩，nmmax为电机峰值转速；步骤Ⅱ、根据如下条件，确定最大传动比imax及最小传动比imin：其中，所述最大传动比对应发动机最高档位，所述最小传动比对应发动机最低档位；步骤Ⅲ、基于变速器档位、最低挡传动比和最高挡传动比，根据等比级数分配各挡传动比。 10.根据权利要求2所述的基于“信息层-物质层-能量层”框架的车辆全局能量管理方法，其特征在于，根据物质层的车辆动力系统的参数及工作模式和能量层的车辆的能耗约束，得到对应的驾驶员最经济驾驶方法，以及交通管制部门的对交通信号设施的最佳交通流控制的过程包括如下步骤：步骤A、根据相关能耗约束，确定各时刻或各地理位置车辆所需的电量和燃油消耗量，确定对应的控制变量；步骤B、依据档位状态、车辆构型、主减速比，确定各时刻或各地理位置对应的车速；步骤C、基于相关能耗约束，确定车辆总需求功率，依据汽车功率平衡方程式得到信息层中的道路坡度信息；步骤D、依据所求车速，确定路段上可设置交通信号灯的位置；步骤E、涉及多个车辆在该路段行驶时，根据所规划车速轨迹中车速为0时对应的地理位置重叠的部分，确定交通管制部门的对交通信号设施的最佳交通流控制。
所属类别：	发明专利