CN105270396B - 一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统，该方法包括：根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；选取所述多个修正成本值中最小的修正成本值作为最优成本值；根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。该方法通过在成本函数中添加了动态成本的计算，使得能量分配可以兼顾动态响应对经济性的影响，对车辆的经济性做到进一步提高。

Description

一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统

技术领域

本申请涉及能量分配技术领域，尤其涉及一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统。

背景技术

新能源混合动力车与传统燃料车相比，是拥有两种或者以上不同能量来源的车辆，因其具有两种或者以上能量来源，在使用中需要合理进行能量的分配，以此来提高车辆的经济性。目前的混合动力汽车大多是采用传统的发动机和驱动电机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车。对新能源混合动力车的能量分配决定了如何使用电能和燃料化学能，而且能量分配的优劣直接影响新能源混合动力汽车的经济性。

目前，对新能源混合动力车的能量分配主要是以一种能源为主，另一种为辅。例如，当车速大于20km/h时，以发动机作为主能源，当发动机扭矩不足时，以驱动电机进行助力，当发动机扭矩太大时，发电使驱动电机的电能增加；以驱动电机为主能源的原理同上。

然而，现有技术中这种能量分配方法虽然简单易实现，但是因为其考虑的因素太少，对车辆的经济性的贡献很少。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统，以克服现有技术中的能量分配考虑的因素太少，对车辆的经济性的贡献少的问题。

为实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种混合动力系统中进行能量分配的方法，该方法包括：

根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；

利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；

选取所述多个修正成本值中最小的修正成本值作为最优成本值；

根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；

利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

优选的，还包括：将所述最优能量分配方式进行数据存储。

优选的，所述根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值包括：

将用电输出能量的代价折算为第一成本函数；

将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数；

利用所述第一成本函数和所述第二成本函数得到总成本函数；

根据当前时刻的变量数据，利用所述总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。

优选的，所述变量数据至少包括：混合动力车运行状态数据和零部件数据。

优选的，所述利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正包括：

利用预先获取的动态响应成本值和动态响应成本比例系数对所述多个成本值进行修正。

优选的，所述动态响应成本比例系数根据历史扭矩数据进行估算获取。

优选的，所述动态响应成本值根据能量分配方式、动态响应成本系数以及扭矩数据的变量进行计算获取。

一种混合动力系统中进行能量分配的系统，该系统包括：

计算单元，用于根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；

修正单元，用于利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；

选取单元，用于选取所述多个修正成本值中的最小的修正成本值作为最优成本值；

获取单元，用于根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；

分配单元，用于利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

优选的，该系统还包括：存储单元，用于将所述最优能量分配方式进行数据存储。

优选的，所述计算单元包括：

第一折算单元，用于将用电输出能量的代价折算为第一成本函数；

第二折算单元，用于将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数；

第一计算子单元，用于利用所述第一成本函数和所述第二成本函数得到总成本函数；

第二计算子单元，用于根据当前时刻的变量数据，利用所述总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统，该方法包括：根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；选取所述多个修正成本值中最小的修正成本值作为最优成本值；根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。该方法通过在成本函数中添加了动态成本的计算，获取最优的能量分配方式，使得能量分配可以兼顾动态响应对经济性的影响，对车辆的经济性做到进一步提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种混合动力系统中进行能量分配的方法的流程图；

图2为本申请实施例一提供的一种计算多个成本值的方法的流程图；

图3为本申请实施例一提供的另一种混合动力系统中进行能量分配的方法的流程图；

图4为本申请实施例二提供的一种混合动力系统中进行能量分配的系统的结构示意图；

图5为本申请实施例二提供的一种计算单元的结构示意图；

图6为本申请实施例二提供的另一种混合动力系统中进行能量分配的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为克服现有技术中的能量分配考虑的因素太少，对车辆的经济性的贡献少的问题，本申请提供了一种混合动力系统中进行能量分配的方法及系统，具体方案如下所述：

实施例一

本申请实施例一提供了一种混合动力系统中进行能量分配的方法，如图1所示，图1为本申请实施例一提供的一种混合动力系统中进行能量分配的方法的流程图。该能量分配方法包括：

S101：根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值。

具体的，如图2所示，图2为本申请实施例一提供的一种计算多个成本值的方法的流程图。该方法包括：

S201：将用电输出能量的代价折算为第一成本函数。

在本申请中，将用电输出能量的代价折算成一个成本函数，即第一成本函数：

A＝f(E_cost，E_k，G，SOC，…)，

其中，A指用电输出能量的代价，E_cost指电价，E_k指用电的效率，G指变速箱档位，SOC(State Of Charge，剩余电量)指剩余电量，其他参数在本申请中不再详述，可以根据实际需要选择，这个公式可以是很多值来修正计算得到。其中，用电的效率指消耗一定电能对整车来说有多少有用功，数值上可以是有用功/所对应消耗的电能。

例如，在SOC为50％，G为3档的情况下，认为对外做1kWh的有用功需用电1.2kWh，电价为1元。那么我可以简单的用价格来衡量A，比如此时A＝1.2元。具体的，不同的SOC和不同的G可能得到不同的有用功用电成本，然后配合电价得到不同的成本。需要说明的是，表示成本的方法很多，只要与后面的B统一标准，方便计算就可以，在本申请中不做限定。

S202：将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数。

在本申请中，将用燃料输出能量的代价折算成一个成本函数B，即第二成本函数：

B＝f(F_cost，F_k，G，…)，

其中，B指用燃料输出能量的代价，F_cost指燃料价格，F_k指用燃料的效率，G指变速箱档位，其他参数不再详述，可以根据实际需要选择。具体计算原理与第一成本函数计算原理相同。其中，本申请中所述的燃料包括汽油、柴油、甲醇、乙醇、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等燃料中的一种或多种。

以上两个成本函数中的输入都是与运行工况有关的子函数。例如，F_k是燃料的效率，在发动机不同转速、不同扭矩、不同温度等条件下是不一样的，F_k可以看作是这些工况参数的函数。

需要说明的是，在本申请中，不局限使用电能和燃料能两种能源，可以根据实际需要设定。

S203：利用第一成本函数和第二成本函数得到总成本函数。

本申请中，总成本函数C＝f(A，B，m,n，...),其中m指A所占的比重，n为B所占的比重，当然还需要考虑其他一些限制条件，例如损耗、有无故障等。成本函数C中一系列的参数会得到一系列的C值，例如，六个档位代表当前车辆可以有六种档位方式前进，此时有六个C值，而当考虑的因素越多时，C值也越多。最简单的计算可以是这样的：如果A＝1.2元，B＝2元，m＝0.4，n＝0.6，那么C＝1.2*0.4+2*0.6＝1.68。

至于m与n的取法可以提前做成表格放到程序中，根据其他条件查表得到，在本申请中不做限定。

S204：根据当前时刻的变量数据，利用总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。

在本申请中，根据当前时刻i的变量数据，利用总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值Ci。当前时刻i的变量数据为混合动力车运行状态数据(如车速、加速度、油门开度、刹车信号等车辆信息)、零部件数据(如发动机转速、发动机扭矩、故障、水温、油温、电机转速、电机扭矩、动力电池SOC等数据)以及其他车辆数据。成本Ci为计算不同能量分配方式下的一系列成本值，比如不同档位、不同发动机扭矩等组合后得到的一系列数据。

具体的，例如，当前时刻i的整车需求扭矩为400Nm，发动机的需求扭矩为250Nm，驱动电机的需求扭矩为150Nm；i+1时刻，即下一时刻的需求扭矩为420Nm，经过上述成本函数计算，有如下三种分配方式，举例数据见下表1：

表1三种分配方式举例数据

对上表的几点说明：用电成本、用油成本是按照上文描述经过多个参数函数计算得出的，并不是一个常量，此处为举例说明直接用数值，在本申请中不再论述。

其中，由上表可以得出，如果仅依靠成本函数进行计算，分配方式1的总成本最少，那么最经济的方式为分配方式1，i+1时刻应当按照分配方式1来工作。

S102：利用动态响应成本对多个成本值进行修正，得到与多个成本值一一对应的多个修正成本值。

成本值Ci作为输入进行动态响应成本计算后，得到修正成本值C’i，该值为与Ci对应的一系列数。具体的，在本申请中利用动态响应成本对多个成本值进行修正具体包括：利用预先获取的动态响应成本值和动态响应成本比例系数对多个成本值进行修正。其中，动态响应成本比例系数根据历史扭矩数据进行估算获取，动态响应成本值根据能量分配方式、动态响应成本系数以及扭矩数据的变量进行计算获取。

需要说明的是，如有动态响应成本计算则需要引入历史数据存储，例如，之前5个时刻的扭矩分配如下表2所示：

表2之前5个时刻的发动机扭矩与驱动电机扭矩数据

时刻	i-5	i-4	i-3	i-2	i-1
						发动机扭矩(Nm)	260	260	270	260	260
驱动电机扭矩(Nm)	150	140	130	140	140
						总扭矩(Nm)	410	400	400	400	400

此时，可以认为之前车辆工作状态基本稳定在发动机260Nm，驱动电机140Nm，车辆行驶在平直路上的概率较大，i+1时刻需求为420Nm，但是i+2时刻车辆需求扭矩为400，发动机260Nm，驱动电机140Nm的概率会很大。此时之前的三种分配方式就要加上i+2的情况进行考虑。综合下来有三种路径，数据见下表3所示：

表3三种路径数据

此外，会有一个函数，根据当前数据计算出发动机、驱动电机响应变化需要的成本。举例，在当前动力电池SOC、在当前转速、当前扭矩范围内(响应变化所需成本函数同样需要车辆数据来计算，此处不详述)，发动机扭矩变化1Nm成本为3，驱动电机变化1Nm，成本为1；因此分配方式1发动机经过的路径为250Nm->250Nm->260Nm，响应成本为30；驱动电机经过的路径为150Nm->170Nm->140Nm，响应成本为50，总响应成本为80；同理计算分配方式2动态响应成本为100；分配方式3动态响应成本为60。

此外，会根据历史数据的多少，得到一个比例系数。例如上例中历史数据i-5内趋势较为一致，那么推断的i+2时刻数据可信度较高，响应成本所占比例系数可以取50％。因此，带有动态响应成本计算的成本函数，其最后的成本计算见下表4，

表4带有动态响应成本计算的成本函数所求成本值

可以看出，在不计算动态响应成本时，i+1时刻应当按照分配方式1来工作，在加入动态响应成本后，最终决定i+1时刻按照分配方式3来工作。对于上述计算的几点说明，如果历史数据是变化较大的散点，则会根据直线或者曲线进行拟合，然后判断i+2的状态。同时，可以根据散点的拟合程度来评价动态响应成本比例系数的大小。例如历史数据显示是单边上升，那么是一个加速过程，可信度很高，比例系数就会大，如果散点趋势是上升，但是拟合度低，那么可信度就低，比例系数就小。

在本例中，动态响应成本系数即为“发动机扭矩变化1Nm成本为3，驱动电机变化1Nm，成本为1”；能量分配方式对应例子中的三种，其中，在本申请中不限三种，上例仅是举例说明；历史数据即例子中的i-5到i-1时刻不同动力源对应的扭矩数据。

S103：选取多个修正成本值中最小的修正成本值作为最优成本值。

其中，最优成本值即是一系列成本数值中的最小数值。即成本消耗最少的值。

S104：根据最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式。

其中，最优的能量分配方式即最优成本值对应下的分配方式。

S105：利用最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

最小成本函数对应的能量分配方式包括新的发动机转速需求，新的发动机扭矩需求等等是指车辆动力系统i+1时刻应当达到的目标。完成一次计算后，i被赋值为下一时刻，作为下一时刻的输入，整个系统进入迭代循环。

如图3所示，图3示出了本申请实施例二提供的另一种混合动力系统中进行能量分配的方法的流程图。其阐述了在图1基础上，还可以包括以下步骤：

S106：将最优能量分配方式进行数据存储。

需要说明的是，在本申请中还可以将最优能量分配方式进行数据存储，以便对近一段是匀速做出一个准确度较高的预判，并为i+2时刻预测提供依据。具体的，存储数据时间段可以限定为[i-m,i]，该时间段内的分配方式作为历史数据进行存储，以便为动态响应成本的计算提供判断依据。其时间段为当前时刻i-m到当前时刻i的数据。其中m根据响应成本函数计算需要定义长度，如30秒，1分钟等，在本申请中不做限定。

由以上技术方案可知，本申请实施例一提供的该混合动力系统中进行能量分配的方法，不同于现有技术中的成本计算出来就直接作为最终的分配方法来用，而是考虑了动态变换对成本的影响，从而不仅使综合成本降低，而且使得混合动力车发动机运行状态更加平顺。

具体的，如上文举例，虽然只看i和i+1时刻分配方式1成本函数值最小，但如果再计算i+1到i+2的变化，甚至于多几步的变化，综合起来带有动态响应成本的成本函数值是最小的分配方式3才是最优的，即最具经济性的能源分配方式。而且，分配方式1发动机扭矩变化为260Nm->250Nm->250Nm->260Nm，分配方式2发动机扭矩变化为260Nm->250Nm->270Nm->260Nm，分配方式3发动机扭矩变化为260Nm->250Nm->260Nm->260Nm，可以清楚的看到发动机选择分配方式3后扭矩变化更为平顺，如果结合历史数据看，此特点更为明显。

我们知道的，在完成同样一段行驶路程中，发动机运行越平顺，运行工况越趋于静态那么就是越省油的，所以混合动力车发动机运行状态更加平顺导致的直接结果就是车辆经济性的提高，经济性提高还带来排放的减少。另外，发动机向来是车辆主要的震动源与噪声源，运行平顺还有利车辆减震降噪。综合成本变小使得成本函数不仅仅可以实现瞬时最优，还可以做到阶段最优，乃至全局最优。

综上所述，本申请提供的该种混合动力系统中进行能量分配的方法，通过在成本函数中添加了动态成本的计算，获取最优的能量分配方式，使得能量分配可以兼顾动态响应对经济性的影响，从而提高车辆的经济性，而且使得车辆发动机运行更加平顺，车辆震动和噪音更小。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请提供了一种混合动力系统中进行能量分配的系统，如图4所示，图4为本申请实施例二提供的一种混合动力系统中进行能量分配的系统的结构示意图。该系统包括：计算单元401、修正单元402、选取单元403、获取单元404和分配单元405，其中，

计算单元401，用于根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值。

具体的，如图5所示，图5为本申请实施例二提供的一种计算单元的结构示意图。该计算单元包括：第一折算单元501、第二折算单元502、第一计算子单元503以及第二计算子单元504，其中，

第一折算单元501，用于将用电输出能量的代价折算为第一成本函数。

第二折算单元502，用于将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数。

第一计算子单元503，用于利用第一成本函数和第二成本函数得到总成本函数。

第二计算子单元504，用于根据当前时刻的变量数据，利用总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。

在本申请中，变量数据至少包括：混合动力车运行状态数据和零部件数据。

修正单元402，用于利用动态响应成本对多个成本值进行修正，得到与多个成本值一一对应的多个修正成本值。

其中，修正单元402具体利用预先获取的动态响应成本值和动态响应成本比例系数对多个成本值进行修正。动态响应成本比例系数根据历史扭矩数据进行估算获取，动态响应成本值根据能量分配方式、动态响应成本系数以及扭矩数据的变量进行计算获取。

选取单元403，用于选取多个修正成本值中的最小的修正成本值作为最优成本值。

获取单元404，用于根据最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式。

分配单元405，用于利用最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

如图6所示，图6示出了本申请实施二提供的另一种混合动力系统中进行能量分配的系统的结构示意图。其阐述了在图4基础上，还可以包括：

存储单元406，用于将最优能量分配方式进行数据存储。

具体的在本实施例中不在赘述，可参见实施例一中相关部分的描述。

由以上技术方案可知，本申请实施例二提供的该种混合动力系统中进行能量分配的系统，不同于现有技术中的成本计算出来就直接作为最终的分配方法来用，而是考虑了动态变换对成本的影响，通过在成本函数中添加了动态成本的计算，获取最优的能量分配方式，使得能量分配可以兼顾动态响应对经济性的影响，从而不仅使综合成本降低，使得车辆经济性更好，而且使得混合动力车发动机运行状态更加平顺，车辆震动和噪音更小。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混合动力系统中进行能量分配的方法，其特征在于，该方法包括：

根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；

利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；

选取所述多个修正成本值中最小的修正成本值作为最优成本值；

根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；

利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述最优能量分配方式进行数据存储。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值包括：

将用电输出能量的代价折算为第一成本函数；

将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数；

利用所述第一成本函数和所述第二成本函数得到总成本函数；

根据当前时刻的变量数据，利用所述总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变量数据至少包括：混合动力车运行状态数据和零部件数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正包括：

利用预先获取的动态响应成本值和动态响应成本比例系数对所述多个成本值进行修正。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述动态响应成本比例系数根据历史扭矩数据进行估算获取。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述动态响应成本值根据能量分配方式、动态响应成本系数以及扭矩数据的变量进行计算获取。

8.一种混合动力系统中进行能量分配的系统，其特征在于，该系统包括：

计算单元，用于根据当前时刻的变量数据进行成本函数计算，得到不同能量分配下的多个成本值；

修正单元，用于利用动态响应成本对所述多个成本值进行修正，得到与所述多个成本值一一对应的多个修正成本值；

选取单元，用于选取所述多个修正成本值中的最小的修正成本值作为最优成本值；

获取单元，用于根据所述最优成本值对应的成本函数获取最优的能量分配方式；

分配单元，用于利用所述最优的能量分配方式对下一时刻进行能量分配。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括：存储单元，用于将所述最优能量分配方式进行数据存储。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述计算单元包括：

第一折算单元，用于将用电输出能量的代价折算为第一成本函数；

第二折算单元，用于将燃料输出能量的代价折算为第二成本函数；

第一计算子单元，用于利用所述第一成本函数和所述第二成本函数得到总成本函数；

第二计算子单元，用于根据当前时刻的变量数据，利用所述总成本函数计算得到不同能量分配下的多个成本值。