CN112685959B - 一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法，旨在高效率优化控制策略门限值参数，包括以下步骤：首先，建立行星多挡混合动力系统动力学模型，以汽车燃油消耗率为目标函数；其次，建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；最后，通过多岛遗传算法优化逻辑门限值控制策略，以整车动力性为约束，以整车燃油经济性最优为目标对标定参数进行多目标优化，得到全局优化后的门限值组合。本发明克服混合动力汽车控制参数在设置过程中的经验化以及不能获得最优解等问题，能快速获得最优门限值，对于汽车节能减排和混合动力汽车的理论研究具有重要的意义。

Description

一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，更确切地说，本发明涉及一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法。

背景技术

随着新能源时代的到来，各大车企正在逐渐转型，混合动力汽车作为汽车领域的重要组成部分，具有良好的节能减排性能，是国家大力推广的新能源汽车中的重要分支，因此混合动力汽车的研发成为各大车企及高校的重要研究内容，而行星混联式混合动力汽车可以实现发动机转速转矩的双解耦，显著提高车辆的动力性和经济性，是当前主流的混合动力汽车构型之一。然而，混合动力汽车的实际行驶性能与其采用的控制策略类型和控制参数的选取密切相关，在既定的动力总成功率参数及完整的功能性整车能量管理策略前提下，良好的标定是整车优良功能和性能的保证。

目前，整车控制器的标定方法通常采用标定工具通过反复的试验进行数据调整验证、再调整再验证，最后综合考虑取一个较佳的试验值作为标定值。这种反复试验的标定过程效率低、成本高，是导致标定过程周期长的主要因素。除此之外，在标定的过程中如果不能保证试验点遍历整个参数设计空间，则标定结果并不一定是全局最优，整车性能也就不一定达到最好效果。如中国专利公布号CN106055830A，公布日2016-10-26，该发明采用模拟退火优化标定门限值，可以得到全局最优解；但模拟退火算法每次在搜索空间中只检查一个设计点，而遗传算法检查一组设计点(一个种群)，因此该方法需要较长的优化时间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明基于行星多挡混合动力系统试验样车，提出一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法；具体包括下述步骤：

步骤一：建立行星多挡混合动力系统动力学模型；

在AVL cruise工程仿真软件建立行星多挡混合动力系统动力学整车模型，加载测试工况，配置仿真步长，以汽车百公里燃油消耗率为目标函数；

步骤二：建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；

Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；通过simulink工具建立的控制策略和AVL cruise工程仿真软件中的行星多挡混合动力系统动力学模型联合仿真，将处理后的仿真油耗结果作为目标函数输出；具体包括：

(1)在Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略，门限值控制策略总体架构包括信号输入模块、信号输出模块、驾驶员转矩需求计算模块、行驶模式判断模块、转矩分配模块；

(2)行驶模式判断模块依据控制门限和车辆状态参数按照规则判断行星多挡混合动力汽车的行驶模式，包括驱动模式、制动模式、停车模式三种主模式；进一步地，驱动模式包括纯电动模型、混合动力模式和发动机直驱模式；

(3)在行驶模式判断模块中，控制策略根据门限值判断当前状态下车辆的行驶模式，包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀：

(4)目标函数为百公里燃油消耗量，其计算公式为：

式中，f为百公里燃油消耗量，单位为L/100km，F为总燃油消耗量，单位为L，D为总行驶里程，单位为km。

步骤三：建立建立优化设计程序流，通过多岛遗传算法优化逻辑门限值控制策略，以整车动力性为约束，以整车燃油经济性最优为目标对标定参数进行多目标优化，得到全局优化后的门限值组合；

在Isight工程计算开发软件中建立优化设计程序流，包括建立优化模块和模型调用模块，其中优化模块用于设置优化算法、优化参数、约束条件和目标函数，模型调用模块用于优化门限值参数写入、运行仿真程序和读取目标函数计算结果；

(1)在模型调用模块中设置优化门限值相关参数，包括设置优化门限值参数和目标函数、添加门限值参数的可行域；具体来说：

①优化门限值参数包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀；

②目标函数为百公里燃油消耗量；

③门限值参数的寻优范围限制在可行域内，可行域根据控制策略进行选取；

(2)在优化模块中加载多岛遗传算法，设置岛遗传算法关键参数，包括子群规模、岛群个数、变异概率、循环代数、迁移率、交叉概率；具体来说，子群规模取10、岛群个数取10、循环代数取10、变异概率取0.01、迁移率取0.01、交叉概率取0.7；

(3)基于多岛遗传算法优化目标函数，得到目标函数最小值对应的门限值参数组合，即为全局最优的控制策略参数组合；

与现有技术相比本发明的有益效果是：

(1)该发明面提出的优化方法向基于逻辑门限值的控制策略，在实车整车控制开发中有较大的应用潜力。

(2)该发明采用全局优化算法，相比于传统的数值优化和直接搜索方法，全局优化算法可以找到全局最优解，避免了集中在局部区域的搜索。

(3)该发明提出的优化方法适应性强，对于不同车型的逻辑门限值控制策略优化均有参考价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明提出的面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法的总流程图；

图2为本发明研究对象-行星多挡混合动力系统构型示意图；

图3为本发明提出方法的油耗优化过程曲线图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更细致的描述：

本发明基于行星多挡混合动力系统试验样车，提出一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法，图1为本发明提出的面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法的总流程图；具体包括下述步骤：

步骤一：建立行星多挡混合动力系统动力学模型如图2所示；

在AVL cruise工程仿真软件建立行星多挡混合动力系统动力学整车模型，加载测试工况，配置仿真步长，以百公里燃油消耗率为目标函数；

步骤二：建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；

在Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；通过simulink工具建立的控制策略和AVL cruise工程仿真软件中的行星多挡混合动力系统动力学模型联合仿真，将处理后的仿真油耗结果作为目标函数输出；具体包括：

(1)在Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略，门限值控制策略总体架构包括信号输入模块、信号输出模块、驾驶员转矩需求计算模块、行驶模式判断模块、转矩分配模块；

(2)行驶模式判断模块依据控制门限和车辆状态参数按照规则判断行星多挡混合动力汽车的行驶模式，包括驱动模式、制动模式、停车模式三种主模式；进一步地，驱动模式包括纯电动模型、混合动力模式和发动机直驱模式；

(3)在行驶模式判断模块中，控制策略根据门限值判断当前状态下车辆的行驶模式，包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀：

(4)目标函数为百公里燃油消耗量，其计算公式为：

式中，f为百公里燃油消耗量，单位为L/100km，F为总燃油消耗量，单位为L，D为总行驶里程，单位为km。

步骤三：建立建立优化设计程序流，通过多岛遗传算法优化逻辑门限值控制策略，以整车动力性为约束，以整车燃油经济性最优为目标对标定参数进行多目标优化，得到全局优化后的门限值组合；

在Isight工程计算开发软件中建立优化设计程序流，包括建立优化模块和模型调用模块，其中优化模块用于设置优化算法、优化参数、约束条件和目标函数，模型调用模块用于优化门限值参数的写入、运行仿真程序和读取目标函数计算结果；

(1)在模型调用模块中设置优化门限值相关参数，包括设置优化门限值参数和目标函数、添加门限值参数的可行域；具体来说：

①优化门限值参数包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀；

②目标函数为百公里燃油消耗量；

③门限值参数的寻优范围限制在可行域内，可行域根据控制策略进行选取；

(2)在优化模块中加载多岛遗传算法，设置岛遗传算法关键参数，包括子群规模、岛群个数、变异概率、循环代数、迁移率、交叉概率；具体来说，子群规模取10、岛群个数取10、循环代数取10、变异概率取0.01、迁移率取0.01、交叉概率取0.7；

(3)基于多岛遗传算法优化目标函数如图3所示，得到目标函数最小值对应的门限值参数组合，即为全局最优的控制策略参数组合。

Claims (1)

1.一种面向行星多挡混合动力系统的门限值优化标定方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

步骤一：建立行星多挡混合动力系统动力学模型；

在AVL cruise工程仿真软件建立行星多挡混合动力系统动力学整车模型，加载测试工况，配置仿真步长，以汽车百公里燃油消耗率为目标函数；

步骤二：建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；

Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略；通过simulink工具建立的控制策略和AVL cruise工程仿真软件中的行星多挡混合动力系统动力学模型联合仿真，将处理后的仿真油耗结果作为目标函数输出；具体包括：

(1)在Matlab工程计算软件中采用simulink工具建立基于规则的行星多挡混合动力汽车逻辑门限值控制策略，门限值控制策略总体架构包括信号输入模块、信号输出模块、驾驶员转矩需求计算模块、行驶模式判断模块、转矩分配模块；

(2)行驶模式判断模块依据控制门限和车辆状态参数按照规则判断行星多挡混合动力汽车的行驶模式，包括驱动模式、制动模式、停车模式三种主模式；进一步地，驱动模式包括纯电动模型、混合动力模式和发动机直驱模式；

(3)在行驶模式判断模块中，控制策略根据门限值判断当前状态下车辆的行驶模式，包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀：

(4)目标函数为百公里燃油消耗量，其计算公式为：

式中，f为百公里燃油消耗量，单位为L/100km，F为总燃油消耗量，单位为L，D为总行驶里程，单位为km；

步骤三：建立优化设计程序流，通过多岛遗传算法优化逻辑门限值控制策略，以整车动力性为约束，以整车燃油经济性最优为目标对标定参数进行多目标优化，得到全局优化后的门限值组合；

在Isight工程计算开发软件中建立优化设计程序流，包括建立优化模块和模型调用模块，其中优化模块用于设置优化算法、优化参数、约束条件和目标函数，模型调用模块用于优化门限值参数写入、运行仿真程序和读取目标函数计算结果；

(1)在模型调用模块中设置优化门限值相关参数，包括设置优化门限值参数和目标函数、添加门限值参数的可行域；具体来说：

①优化门限值参数包括模式切换功率门限值P_o、EVT模式中模式切换的SOC下限值SOC_p、EVT模式中模式切换的SOC上限值SOC_H、模式切换功率下限值P_p、充电功率P_chg和换挡车速V₀；

②目标函数为百公里燃油消耗量；

③门限值参数的寻优范围限制在可行域内，可行域根据控制策略进行选取；

(2)在优化模块中加载多岛遗传算法，设置岛遗传算法关键参数，包括子群规模、岛群个数、变异概率、循环代数、迁移率、交叉概率；具体来说，子群规模取10、岛群个数取10、循环代数取10、变异概率取0.01、迁移率取0.01、交叉概率取0.7；

(3)基于多岛遗传算法优化目标函数，得到目标函数最小值对应的门限值参数组合，即为全局最优的控制策略参数组合。

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