CN113753019A - 一种混动车辆动力部件控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混动车辆动力部件控制方法及其系统，所述方法包括：获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷电状态当前值SOC以及电耗率权重系数平均值

根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电池荷电状态当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭环控制获得电耗率权重系数目标值λ；获取车辆的当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req，并根据所述当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ查询预设表格获得对应的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制值和转速；根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。本发明能够克服现有基于规则或基于瞬时优化的扭矩分配控制策略存在的技术缺陷。

Description

一种混动车辆动力部件控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆电子控制技术领域，具体涉及一种混动车辆动 力部件控制方法及系统。

背景技术

目前为了对双电机混联(也称为串并联)的混合动力系统的多 动力部件(发动机、驱动电机、发电机)进行合理的扭矩分配，主 要有以下扭矩分配控制方法：(1)基于规则的扭矩分配控制方法， 该方法主要是针对动力部件的工作特性，依靠设计者的工程经验设置一系列切换阈值，进而形成一系列规则(如根据SOC划分运行模 式区间来确保SOC平衡)，以决定在不同的工况下部件之间的功率 与扭矩分配和各个部件的具体工作点。(2)基于瞬时优化的扭矩分 配控制方法，瞬时优化方法一般是以全局优化方法为基础，但不再 依赖于事先预知全局驾驶工况，仅根据当前工况信息求解当前瞬时 的最优解，并在满足SOC等约束条件的情况下尽量靠近全局最优解。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技 术缺陷：

目前基于规则的扭矩分配控制方法的规则制定较为繁琐，需要 对系统有深入的认识，而且制定的规则应对了大量的标定接口(阈 值、曲线、及MAP)，标定工作量大，同时该方法适应性较差，对 于新车型规则的制定需要重新开发，此外由于基于规则的控制很依赖于工程经验，难以保证车辆性能达到最优。

目前基于瞬时优化的扭矩分配控制方法大都采用直接实时数值 迭代求解的算法，对处理器实时计算能力和存储空间有很高的要求， 实时性较差，因而难以推广应用。

发明内容

本发明旨在提出一种混动车辆动力部件控制方法及系统、控制 设备、介质，以克服现有基于规则或基于瞬时优化的扭矩分配控制 策略存在的技术缺陷，提高车辆经济性。

第一方面，本发明实施例提出一种混动车辆动力部件控制方法， 所述方法包括：

获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷电状态当前值SOC以及 电耗率权重系数平均值

根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电池荷电状态当前值之 间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭环控制获得电耗率权 重系数目标值λ；

获取车辆的当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req，并根据所 述当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ 查询预设表格获得对应的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩 控制值和转速；

根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制 值和转速控制混动车辆运行。

优选地，所述电耗率权重系数平均值

为预先按预设驾驶路线进 行驾驶模拟计算中所有工况点所对应的最优电耗率权重系数的平均 值；其中，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数为驾驶模拟计 算中进行全局优化离线求解得到。

优选地，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数具体根据优 化函数

根据进行全局优化离线求解得到，H为瞬时 能量消耗，

为瞬时燃油质量流量，I_b为瞬时电池电流，Q_b为电 池容量，λ为电耗率权重系数；其中每一工况点的瞬时能量消耗H 取最小时所对应的λ即为每一工况点所对应的最优电耗率权重系数。

优选地，所述在驾驶过程中进行全局优化离线求解得到每一工 况点所对应的最优电耗率权重系数，包括：

步骤S1、获取初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀；

步骤S2、根据所述电耗率权重系数λ₀及以下表达式计算每一工 况点所对应的电耗率权重系数；

V_oc＝αSOC²+βSOC+γ

其中，k大于1，λ_k为第k个采样时刻所对应工况点的电耗率 权重系数，λ_k-1为第k-1个采样时刻所对应工况点的电耗率权重系 数，SOC为电池荷电状态，α、β、γ为电池开路电压V_oc随SOC变化 的曲线系数，R_b为电池内阻，P_b为电池充放电功率，T_s为采样周期；

步骤S3、获取车辆到达预设驾驶路线终点时的电池荷电状态SOC_f，并根据所述电池荷电状态SOC_f、电池荷电状态目标值SOC_ref确定是否将计算得到的每一工况点所对应的电耗率权重系数输出作 为最优电耗率权重系数。

优选地，所述步骤S3包括：

判定所述电池荷电状态SOC_f与所述电池荷电状态目标值SOC_ref之差的绝对值是否小于预设误差值；

若所述绝对值是否小于预设误差值，则将上述计算得到的每一 工况点所对应的电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数；

若所述绝对值大于或等于预设误差值，则更新初始时刻所对应 工况点的电耗率权重系数λ₀，并根据更新后的电耗率权重系数λ₀重 新执行所述步骤S2～S3。

优选地，所述若所述绝对值大于或等于预设误差值，则更新初 始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀，包括：

若所述电池荷电状态SOC_f大于电池荷电状态目标值SOC_ref，则 将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的左边界值λ_0L，将当 前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的右边界值 λ_0R，并根据方程λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数λ₀；

若所述电池荷电状态SOC_f小于等于电池荷电状态目标值SOC_ref， 则将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的右边界值λ_0R，将 当前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的左边界 值λ_0L，并根据表达式λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数 λ₀。

优选地，所述步骤S2还包括：

根据每一工况点所对应的电耗率权重系数以及方程H＝

瞬时燃油质量流量

分别对每一工况点的消耗H进行迭代求解， 迭代求解过程中遍历P_b，并得到H为最小时的P_b；

所述步骤S3还包括：当确定将计算得到的每一工况点所对应的 电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数时，将每一工况点的 最优电耗率权重系数所对应的H为最小时的P_b输出作为每一工况点的 最优电池充放电功率。

优选地，所述预设表格包括各个工况点的车速V_eh、驾驶员需求 扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ及其对应的车辆驱动模式、发动 机、发电机、电动机的扭矩控制值和转速的参数值；

其中，所述预设表格为由车辆按预设驾驶路线进行驾驶模拟计 算，在驾驶模拟计算过程中根据每一工况点的车速V_eh、驾驶员需求 扭矩T_req以及最优电池充放电功率P_b计算得到的各个工况点的车辆驱 动模式、发动机、发电机、电动机的扭矩控制值和转速生成。

优选地，车辆处于并联驱动模式或纯电驱动模式时车辆动力部 件的具体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehT_req

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b

车辆处于增程驱动模式时车辆动力部件的扭矩控制值和转速具 体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehT_req

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b

r_M2T_M2＝T_req

N_M1＝r_e-m1N_e

其中，P_req为轮端需求功率，P_b为电池充放电功率，T_e、N_e分别 为发动机的扭矩控制值和转速，T_M1、N_M1分别为发电机的扭矩控制 值和转速，T_M2、N_M2分别为电动机的扭矩控制值和转速，η_mech、 η_b、η_M1、η_M2分别为机械传递效率、电池充放电效率、发电机效率、 电动机效率，r_e、r_M1、r_M2、r_e-M1分别为发动机至车轮端传动比、 发电机至车轮端传动比、驱动电机至车轮端传动比、发动机至发电 机传动比，r_whl为车轮半径。

第二方面，本发明实施例提出一种混动车辆动力部件控制系统， 用于实现上述的混动车辆动力部件控制方法，包括：

信息获取单元，用于获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷 电状态当前值以及电耗率权重系数平均值

；

闭环控制单元，用于根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电 池荷电状态当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭 环控制获得电耗率权重系数目标值λ；

查询单元，用于获取车辆当前驱动模式、当前车速V_eh、当前驾 驶员需求扭矩T_req，并根据所述当前驱动模式、当前车速V_eh、当前 驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ查询预设表格获得对 应的混动车辆动力部件的扭矩控制值和转速；以及

控制单元，用于根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力 部件的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。

以上实施例方案至少具有以下优点：

提出以电耗率权重系数为分配系数对混合动力车辆的多个动力 部件的扭矩和转速进行分配，具体地，预先通过全局优化离线求解 获得最优的电耗率权重系数及其对应预设表格(即最优工作点 MAP)，并在车辆行驶过程中，实时基于SOC误差的前馈闭环控制 得到电耗率权重系数目标值，并根据该电耗率权重系数目标值查询 预设表格得到多个动力部件扭矩和转速的控制值，最后根据查询得 到的混动车辆的驱动模式以及多个动力部件扭矩和转速的控制值控 制混合动力车辆运行，从而实现在线瞬时优化的多个动力部件扭矩 和转速分配。基于以上内容，本发明通过将离线求解最优工作点 MAP与在线实时反馈计算最优分配系数相结合的控制方法，有效地 克服了传统基于规则扭矩分配方法的规则制定过度依赖于工程经验 及标定工作量大的技术缺陷，同时，克服了传统基于瞬时优化扭矩分配方法实时迭代速度慢、实时性差的技术缺陷，提高车辆经济性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部 分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。 本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中 所特别指出的结构来实现和获得。当然，实施本发明的任一产品或 方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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一些实施例，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 根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述的一种混动车辆动力部件控制方法 流程示意图。

图2为图1中步骤S20～S30的原理图。

图3为本发明一实施例中全局优化离线求解流程图。

图4为本发明一实施例中全局优化过程中电耗率权重系数边界 初值的计算流程图。

图5为本发明一实施例中MAP图示例。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和 方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在 附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例 绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了 众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节， 本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的 手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明一实施例提出一种混动车辆动力部件控制方法，其可以 应用于双电机串并联混动系统的动力部件控制，动力部件包括发动 机、发电机、电动机，图1为本实施例一种混动车辆动力部件控制 方法的流程示意图，参阅图1，本实施例方法包括如下步骤 S10～S40：

步骤S10、获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷电状态当前 值以及电耗率权重系数平均值

其中，所述电耗率权重系数平均值

为一预设标定的参数值。

具体地，所述电耗率权重系数平均值

为预先按预设驾驶路线进 行驾驶模拟计算中所有工况点所对应的最优电耗率权重系数的平均 值；其中，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数为驾驶模拟计 算中进行全局优化离线求解得到。

其中，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数具体根据优化 函数

根据进行全局优化离线求解得到，H为瞬时能 量消耗，

为瞬时燃油质量流量，I_b为瞬时电池电流，Q_b为电池 容量，λ为电耗率权重系数；其中每一工况点的瞬时能量消耗H取 最小时所对应的λ即为每一工况点所对应的最优电耗率权重系数。

具体而言，所述预设驾驶路线可以任意选取一个较为贴近所设 计车型的常用路普，例如新欧洲驾驶循环(NEDC)，又例如全球轻 型车测试循环(WLTC)，又例如中国轻型车测试循环(CLTC)， 等等，路普的选定旨在最终优化得到一个更接近车辆实际使用时的 前馈电耗率权重系数

在按预设驾驶路线进行驾驶模拟计算过程中， 每隔采用周期采集一次工况点信息，工况点信息包括车速V_eh、驾驶 员需求扭矩T_req。

其中，混合动力系统扭矩分配的全局优化过程表示在整个循环 工况内寻求总能量消耗(对于混合动力车辆为燃油累积消耗)最小， 则可进行以下数学描述：

消耗函数

约束条件SOC₀＝a，SOC_f＝b (2)

约束函数

其中，

为混动系统瞬时燃油质量流量，单位g/h，

b_e(T_e,N_e)为发动机燃油消耗率，单位为g/kW·h， 由发动机工作点扭矩T_e、转速N_e决定，P_e为发动机功率，单位为kW， 发动机功率P_e主要受电池充放电功率P_b的影响，P_b为充放电功率， 单位为kW，电池放电时P_b为正，电池充电时P_b为负。

其中，对于任一确定构型的混合动力系统，例如双电机串并联 混合动力系统，在驾驶工况(车速、需求扭矩、驱动模式/挡位)确 定的情况下确定充放电功率P_b，就可以确定唯一一组系统工作点。

因此上式中J表示将驾驶循环起点时间至终点时间t₀～t_f表示的全局驾 驶循环的各工况点油耗积分则可得到该循环的累积油耗值，称作消 耗函数，优化的目标是使该消耗函数最小，即驾驶循环累积油耗最 低。

其中，所述约束条件表示驾驶循环的起始荷电状态SOC₀和终了 SOC_f应满足规定边界；I_b表示电池电流，单位为A；Q_b为电池容量， 单位为A·h；V_OC表示开路电压，单位为V，可拟合为随SOC变化的 曲线；R_b表示电池内阻，单位为Ω，其随温度变化较为明显，但在 常用SOC变化范围内(例如>25％)随SOC几乎不变；T为电池温 度，单位为℃。

其中，所述约束函数表示驾驶循环过程中车辆的电池荷电状态 SOC的变化必须满足车辆动力电池电量随充放电功率的变化规律。

具体地，将电池充放电P_b看成控制量u，电池荷电状态SOC看成 系统状态量x，上述问题物理描述为：在时间t₀～t_f的驾驶循环(如 NEDC、WLTC等)的每个工况点都寻找一个最优的控制量u(即充 放电功率P_b)，使得循环累积燃油消耗J最小，同时使系统状态量x (即SOC)满足系统约束函数f(x,u)(即SOC变化规律)，并且驾驶 循环结束后电池荷电状态SOC能够满足目标SOC_f＝b的约束条件。

具体地，根据极小值原理或古典变分法，可利用哈密尔顿函数 将上述问题等效转化为无约束优化问题，描述如下：

哈密尔顿函数(瞬时消耗函数)

协态方程

控制方程(必要条件)

其中，等效问题可描述为：要使时间t₀～t_f的驾驶循环内累积消 耗J最小，极小值原理在数学上证明了其必要条件是，在驾驶循环每 一采样时刻t_i/工况点，一定存在一个拉格朗日算子λ_i(等效电耗率 权重系数)，当满足协态方程(5)和控制方程(6)时，可寻找到一个对应的最优控制量u_i(即P_bi)，使得每一个采样时刻/工况点瞬 时等效油耗率H最小，即能保证最终J最小。其中，λ_*为待求的最优 权重系数，u_*为最优控制量，*代表最优轨迹。

由于

当不考虑开路电压V_OC(SOC),和 内阻R_b(SOC,T)的变化，

可简化为P_b的函数，即SOC的变化完全 由电耗率P_b引起，优化电耗率P_b即能优化消耗项

则方程(4) 可以简化为

δ表示等效电耗率，单位为g/kW·h。 因此上述等效问题可以描述为：t₀～t_f时间范围内的驾驶循环内寻找 累积消耗J的最小，等价于驾驶循环每一瞬时按电耗率权重系数λ分 配的油耗和电耗之和H最小。其中，t₀～t_f时间为按预设路线从起点 行驶至终点的时间。

基于以上内容，本实施例方法可以预先通过全局优化离线求解 获得最优的电耗率权重系数及其对应预设表格(即最优工作点 MAP)。

步骤S20、根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电池荷电状态 当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭环控制获得 电耗率权重系数目标值λ；

步骤S30、获取车辆的当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req， 并根据所述当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系 数目标值λ查询预设表格获得对应的混动车辆的驱动模式以及动力部 件的扭矩控制值和转速；

具体而言，对于双电机串并联混动系统而言，驱动模式包括并 联驱动模式、纯电驱动模式以及增程驱动模式。其中，所述预设表 格包括各种驱动模式下各工况点的车速V_eh、驾驶员需求扭矩T_req、 电耗率权重系数目标值λ及其对应的发动机、发电机、电动机的扭矩 控制值和转速的参数值。所述预设表格中动力部件的参数值为在驾 驶过程中每一工况点所对应的最优电耗率权重系数所对应的最优电 池充放电功率确定。

其中，步骤S10～步骤S30的原理如图2所示。

步骤S40、根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力部件 的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。

基于以上内容可知，本实施例方法通过将离线求解最优工作点 MAP与在线实时反馈计算最优分配系数相结合的控制方法，有效地 克服了传统基于规则扭矩分配方法的规则制定过度依赖于工程经验 及标定工作量大的技术缺陷，同时，克服了传统基于瞬时优化扭矩 分配方法实时迭代速度慢、实时性差的技术缺陷，能够提高车辆经 济性。

在一具体实施例中，所述在驾驶过程中进行全局优化离线求解 得到每一工况点所对应的最优电耗率权重系数，包括：

步骤S101、获取初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀；

具体而言，初值λ₀可以任意选定，也可根据经验在合理范围内 选取，初值选取会影响全局优化离线求解过程中所需迭代的次数， 即λ₀越接近最优电耗率权重系数轨迹的初值时优化所需迭代次数越 少。

步骤S102、根据所述电耗率权重系数λ₀及以下表达式计算每一 工况点所对应的电耗率权重系数；

V_oc＝αSOC²+PSOC+γ (8)

其中，k大于1，λ_k为驾驶循环过程中第k个采样时刻所对应 工况点的电耗率权重系数，λ_k-1为驾驶循环过程中第k-1个采样时 刻所对应工况点的电耗率权重系数，SOC为电池荷电状态，α、β、γ 为电池开路电压V_oc随SOC变化的曲线系数，R_b为电池内阻，P_b为 电池充放电功率，T_s为采样周期；

具体而言，全局驾驶循环累积消耗J的最小值求解被等效为驾驶 循环中每一瞬时等效消耗H的最小值求解，需要通过求解必要条件 得到，而必要条件(6)的求解需要借助于协态方程(15)，因此首 先进行协态方程求解，本实施例中采用了前向欧拉差分进行计算，即：

具体地，方程(10)求解的关键在于求解

因此根据方程 (3)可得方程(7)～(9)。

在给定初值λ₀后，可求得每一瞬时的最优电耗率权重系数λ_k， 下一步即可通过方程(6)求解瞬时最优控制量u_*k(最优充放电功 率P_b*k)。由于初次计算的电耗率权重系数初值λ₀为任意选定，而对 运算结果的走向影响较大，需要根据方程(2)中的终端SOC_f是否满足约束来迭代调整。

步骤S103、获取车辆到达预设驾驶路线终点时的电池荷电状态 SOC_f，并根据所述电池荷电状态SOC_f、电池荷电状态目标值SOC_ref确定是否将计算得到的每一工况点所对应的电耗率权重系数输出作 为最优电耗率权重系数。

具体而言，参阅图3-4，在完成每一工况点的迭代求解计算之 后，判断循环路普是否迭代完成，迭代完成的判断条件为t_k是否小 于t_f，t_k为当前采样时刻，t_f为驾驶循环终点所对应的采样时刻，驾 驶循环时间长度固定设为t₀～t_f，当t_k小于t_f时，表明车辆仍处于驾驶循环，此时还未完成整个循环路普所有工况点的迭代求解。若未 完成，则继续求解下一时刻/工况点的协态方程和控制方程；若已完 成，则下一步比较终点SOC_f是否达到目标维持荷电状态(满足约束 式(2))，若二者相差小于一个较小值ε则认为满足SOC约束，否 则需要更新电耗率权重系数初值λ₀后重新整个迭代和遍历寻优过程。

在一具体实施例中，所述步骤S103包括：

判定所述电池荷电状态SOC_f与所述电池荷电状态目标值SOC_ref之差的绝对值是否小于预设误差值ε；

若所述绝对值是否小于预设误差值ε，则将上述计算得到的每一 工况点所对应的电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数；

若所述绝对值大于或等于预设误差值ε，则更新初始时刻所对应 工况点的电耗率权重系数λ₀，并根据更新后的电耗率权重系数λ₀重 新执行所述步骤S102～S103。

具体而言，SOC轨迹变化趋势主要受部件运行轨迹影响，其整 体水平则受电耗率权重系数初值λ₀较大影响，当SOC_f≠b(即约束 条件(2)不满足)时，需要重新选取λ₀后重新进行全局的遍历和迭 代计算直到满足约束条件(2)。

其中，当所述电池荷电状态SOC_f与所述电池荷电状态目标值 SOC_ref之差的绝对值时，则认为完成设定全局路普的全局优化，得 到的结果为针对该特定路普的系统最优运行轨迹(包括P_b轨迹，发 动机轨迹，电机/发电机轨迹，SOC轨迹，λ轨迹)。

在一具体实施例中，所述若所述绝对值大于或等于预设误差值， 则更新初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀，包括：

若所述电池荷电状态SOC_f大于电池荷电状态目标值SOC_ref，则 将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的左边界值λ_0L，将当 前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的右边界值 λ_0R，并根据方程λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数λ₀；

若所述电池荷电状态SOC_f小于等于电池荷电状态目标值SOC_ref， 则将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的右边界值λ_0R，将 当前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的左边界 值λ_0L，并根据表达式λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数 λ₀。

具体而言，重新选取λ₀的方法显著影响了迭代的效率，本发明 采用了二分法进行搜索，搜索的原则是使SOC_f满足约束(方程 (2))，由于电池荷电状态SOC与电耗率权重系数负相关，当本 次选取的λ₀使得驾驶循环终点SOC_f下降至b以下时，则减小λ₀；当 SOC_f位于至b以上时，则增大λ₀，当任意选取到两个不同的λ₀分别 使SOC_f位于b以上和以下时，则能够根据二分法快速迭代收敛到最 优的电耗率权重系数初值λ_*0。

如图3-4所示，预先确定一个电耗率权重系数左边界初值λ_0L， 使得以λ_0L为初值的全局优化得到的SOC_f大于目标值SOC_ref；同时确 定一个电耗率权重系数右边界初值λ_0R，使得以λ_0R为初值的全局优 化得到的SOC_f小于目标值SOC_ref。接下来选择两个边界的中间值进行全局优化计算，当SOC_f未收敛到目标值SOC_ref时判断其与目标值 的大小来更新左右边界初值，SOC_f＞SOC_ref时用本次初值λ₀替换左 边界，否则替换右边界。

在一具体实施例中，所述步骤S102还包括：

根据每一工况点所对应的电耗率权重系数以及方程H＝ 瞬时燃油质量流量

分别对每一工况点的消耗H进行迭代求解， 迭代求解过程中遍历P_b，并得到H为最小时的P_b；

方程(6)表示控制量u_*k能够保证瞬时等效燃油消耗率函数H在 全范围内关于控制量的极小值。按照方程(6)进行偏微分求解的前 提条件是H连续可微，但由于本问题中H包含

(P_b)，从P_b计算

过程中将使用电池、电机、发动机、机械传动的所有效率MAP，均不可微分，因此方程(6)只能通过数值迭代求解。

如图3-4所示，在已知全局路普(一个横轴为时间、纵轴为车 速的指定驾驶循环曲线)的每一个行驶工况点进行遍历寻优计算， 并以全局路普所有工况点依次迭代以满足所有约束(即方程(2))。 每个工况点的遍历计算为针对该工况点进行所有可能驱动模式和可能控制量P_b下的扭矩、转速分配计算，并记录等效油耗H，遍历结束 后通过比较可以找到该工况点最低等效油耗对应的混动系统工作点 (混动运行模式和各动力部件工作点控制量，即扭矩和转速)，以 此按路普迭代计算全局范围内所有工况点，即可找到全局范围内每 个行驶工况点的混动系统最优工作点，这些工作点连接起来便组成 了混动系统的全局最优运行轨迹(包括部件运行轨迹(发动机/发电 机/电动机运行轨迹，P_b轨迹等)和系统状态轨迹(如车辆驱动模式 变化轨迹、SOC轨迹，λ轨迹等)。

具体地，对于每一工况点而言，当计算出该工况点所有部件的 工作点后，则可计算该工况点的瞬时油耗率

SOC、

λ、V_OC等状态值，继而根据方程(4)得到

从

中找到最小 的

对应的P_b即为当前点最优的控制量，对应部件工作点为当前最优工作点。

所述步骤S3还包括：当确定将计算得到的每一工况点所对应的 电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数时，将每一工况点的 最优电耗率权重系数所对应的H为最小时的P_b输出作为每一工况点的 最优电池充放电功率。

可以理解的是，最优电耗率权重系数与最优电池充放电功率为 一一对应的关系，确定的最优电池充放电功率可以用于确定系统的 最优工作点。

在一具体实施例中，所述预设表格为由车辆按预设驾驶路线进 行驾驶模拟计算，并在驾驶模拟计算过程中根据每一工况点的车速 V_eh、驾驶员需求扭矩T_req以及最优电池充放电功率P_b计算得到的发 动机、发电机、电动机的扭矩控制值和转速生成。

在一具体实施例中，车辆处于并联驱动模式或纯电驱动模式时 车辆动力部件的具体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehhT_req (11)

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b (12)

车辆处于增程驱动模式时车辆动力部件的扭矩控制值和转速具 体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehT_req (16)

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b (17)

r_M2T_M2＝T_req (18)

N_M1＝r_e-m1N_e (20)

其中，P_req为轮端需求功率，P_b为电池充放电功率，T_e、N_e分别 为发动机的扭矩控制值和转速，T_M1、N_M1分别为发电机的扭矩控制 值和转速，T_M2、N_M2分别为电动机的扭矩控制值和转速；

η_mech、η_b、η_M1、η_M2分别为机械传递效率、电池充放电效率、 发电机效率、电动机效率，均可由部件标定试验得到的效率MAP根 据部件工作点查得。

r_e、r_M1、r_M2、r_e-M1分别为发动机至车轮端传动比、发电机至 车轮端传动比、驱动电机至车轮端传动比、发动机至发电机传动比， r_whl为车轮半径，均为已知设计参数。

具体而言，由于最优电耗率权重系数与最优电池充放电功率为 一一对应的关系，因此，本实施例中通过预先进行全局优化离线求 解，可以得到常用λ范围、车速V_eh范围、需求扭矩T_req范围内，每一 (λ，V_eh，T_req)组合对应的混合动力系统最优工作点(瞬时等效燃油消耗H最小的工作点)，混动系统工作点包括车辆驱动模式选择 (并联模式、增程模式或纯电模式)，发动机工作点(T_e，N_e)，发 电机工作点(T_M1，N_M1)，电动机工作点(T_M2，N_M2)，并生成多张 多维度MAP表格，如图5所示为发动机扭矩最优工作点MAP的示 例。其中，车速V_eh范围和需求扭矩T_req范围按所设计车型的性能匹 配计算结果选取，即驾驶员在根据预设路普循环路线进行驾驶时， 根据车速V_eh范围和需求扭矩T_rea范围，发出驾驶指令，以使得循环 驾驶过程中能够得到车速V_eh范围和需求扭矩T_req范围内的不同工况 点，λ范围由全局优化离线求解迭代计算确定。

此外，本发明另一实施例提出一种混动车辆动力部件控制系统， 用于实现上述实施例所述的混动车辆动力部件控制方法，本实施例 系统包括：

信息获取单元，用于获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷 电状态当前值以及电耗率权重系数平均值

闭环控制单元，用于根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电 池荷电状态当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭 环控制获得电耗率权重系数目标值λ；

查询单元，用于获取车辆的当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩 T_req，并根据所述当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率 权重系数目标值λ查询预设表格获得对应的混动车辆的驱动模式和动 力部件的扭矩控制值和转速；以及

控制单元，用于根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力 部件的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离 部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中 的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

需说明的是，上述实施例的系统与上述实施例的方法对应，因 此，上述实施例的系统未详述部分可以参阅上述实施例的方法的内 容得到，此处不再赘述。

并且，上述实施例的混动车辆动力部件控制系统如果以软件功 能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一 个计算机可读取存储介质中。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并 非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的 各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员 来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨 在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进， 或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，包括：

获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷电状态当前值SOC以及电耗率权重系数平均值

根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电池荷电状态当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭环控制获得电耗率权重系数目标值λ；

获取车辆的当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req，并根据所述当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ查询预设表格获得对应的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制值和转速；

根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。

2.根据权利要求1所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，所述电耗率权重系数平均值

为预先按预设驾驶路线进行驾驶模拟计算中所有工况点所对应的最优电耗率权重系数的平均值；其中，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数为驾驶模拟计算中进行全局优化离线求解得到。

3.根据权利要求2所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，每一工况点所对应的最优电耗率权重系数具体根据优化函数

根据进行全局优化离线求解得到，H为瞬时能量消耗，

为瞬时燃油质量流量，I_b为瞬时电池电流，Q_b为电池容量，λ为电耗率权重系数；其中每一工况点的瞬时能量消耗H取最小时所对应的λ即为每一工况点所对应的最优电耗率权重系数。

4.根据权利要求1所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，所述在驾驶过程中进行全局优化离线求解得到每一工况点所对应的最优电耗率权重系数，包括：

步骤S1、获取初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀；

步骤S2、根据所述电耗率权重系数λ₀及以下表达式计算每一工况点所对应的电耗率权重系数；

V_oc＝αSOC²+βSOC+γ

其中，k大于1，λ_k为第k个采样时刻所对应工况点的电耗率权重系数，λ_k-1为第k-1个采样时刻所对应工况点的电耗率权重系数，SOC为电池荷电状态，α、β、γ为电池开路电压V_oc随SOC变化的曲线系数，R_b为电池内阻，P_b为电池充放电功率，T_s为采样周期；

步骤S3、获取车辆到达预设驾驶路线终点时的电池荷电状态SOC_f，并根据所述电池荷电状态SOC_f、电池荷电状态目标值SOC_ref确定是否将计算得到的每一工况点所对应的电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数。

5.根据权利要求4所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

判定所述电池荷电状态SOC_f与所述电池荷电状态目标值SOC_ref之差的绝对值是否小于预设误差值；

若所述绝对值是否小于预设误差值，则将上述计算得到的每一工况点所对应的电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数；

若所述绝对值大于或等于预设误差值，则更新初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀，并根据更新后的电耗率权重系数λ₀重新执行所述步骤S2～S3。

6.根据权利要求5所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，所述若所述绝对值大于或等于预设误差值，则更新初始时刻所对应工况点的电耗率权重系数λ₀，包括：

若所述电池荷电状态SOC_f大于电池荷电状态目标值SOC_ref，则将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的左边界值λ_0L，将当前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的右边界值λ_0R，并根据方程λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数λ₀；

若所述电池荷电状态SOC_f小于等于电池荷电状态目标值SOC_ref，则将当前电耗率权重系数λ₀作为电耗率权重系数的右边界值λ_0R，将当前电耗率权重系数λ₀减去预设值Δ后作为电耗率权重系数的左边界值λ_0L，并根据表达式λ₀＝(λ_0L+λ_0R)/2计算新的电耗率权重系数λ₀。

7.根据权利要求4所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，

所述步骤S2还包括：

根据每一工况点所对应的电耗率权重系数以及方程H＝瞬时燃油质量流量

分别对每一工况点的消耗H进行迭代求解，迭代求解过程中遍历P_b，并得到H为最小时的P_b；

所述步骤S3还包括：当确定将计算得到的每一工况点所对应的电耗率权重系数输出作为最优电耗率权重系数时，将每一工况点的最优电耗率权重系数所对应的H为最小时的P_b输出作为每一工况点的最优电池充放电功率。

8.根据权利要求4所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，所述预设表格包括各个工况点的车速V_eh、驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ及其对应的车辆驱动模式、发动机、发电机、电动机的扭矩控制值和转速的参数值；

其中，所述预设表格为由车辆按预设驾驶路线进行驾驶模拟计算，在驾驶模拟计算过程中根据每一工况点的车速V_eh、驾驶员需求扭矩T_req以及最优电池充放电功率P_b计算得到的各个工况点的车辆驱动模式、发动机、发电机、电动机的扭矩控制值和转速生成。

9.根据权利要求8所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，

车辆处于并联驱动模式或纯电驱动模式时车辆动力部件的具体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehT_req

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b

车辆处于增程驱动模式时车辆动力部件的扭矩控制值和转速具体根据以下表达式计算得到：

(T_eN_e+P_bη_b)η_mech＝P_req＝V_ehT_req

T_M1N_M1η_M1+T_M2N_M2η_M2＝P_b

r_M2T_M2＝T_req

N_M1＝r_e-m1N_e

其中，P_req为轮端需求功率，P_b为电池充放电功率，T_e、N_e分别为发动机的扭矩控制值和转速，T_M1、N_M1分别为发电机的扭矩控制值和转速，T_M2、N_M2分别为电动机的扭矩控制值和转速，η_mech、η_b、η_M1、η_M2分别为机械传递效率、电池充放电效率、发电机效率、电动机效率，r_e、r_M1、r_M2、r_e-M1分别为发动机至车轮端传动比、发电机至车轮端传动比、驱动电机至车轮端传动比、发动机至发电机传动比，r_whl为车轮半径。

10.一种混动车辆动力部件控制系统，用于实现权利要求1-9任一项所述的混动车辆动力部件控制方法，其特征在于，包括：

信息获取单元，用于获取电池荷电状态目标值SOC_ref、电池荷电状态当前值以及电耗率权重系数平均值

闭环控制单元，用于根据所述电池荷电状态目标值SOC_ref与电池荷电状态当前值之间的差值、以及电耗率权重系数平均值

进行闭环控制获得电耗率权重系数目标值λ；

查询单元，用于获取车辆当前驱动模式、当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req，并根据所述当前驱动模式、当前车速V_eh、当前驾驶员需求扭矩T_req、电耗率权重系数目标值λ查询预设表格获得对应的混动车辆动力部件的扭矩控制值和转速；以及

控制单元，用于根据查询得到的混动车辆的驱动模式以及动力部件的扭矩控制值和转速控制混动车辆运行。

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