本發(fā)明涉及一種融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略，尤其涉及一種行星混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略。

背景技術(shù)：

1、面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境與能源問題，提升車輛的能效對于減少全球能源消耗具有重要意義，混合動(dòng)力系統(tǒng)由于其多動(dòng)力源的特征，在提升燃油經(jīng)濟(jì)性上能量管理策略更為復(fù)雜。目前在等效油耗最小策略的應(yīng)用上，大多數(shù)研究都是根據(jù)電池soc對等效因子進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，但僅根據(jù)電池soc調(diào)節(jié)等效因子的方法獲得的燃油經(jīng)濟(jì)性具有局限性。動(dòng)力系統(tǒng)部件在工作時(shí)其效率隨溫度變化明顯，而動(dòng)力系統(tǒng)部件的輸出功率對其自身產(chǎn)熱量具有顯著影響進(jìn)而影響自身溫度，因此不同的功率分配方案還會(huì)在部件溫度方面對車輛經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生間接影響。綜上所述，在策略中考慮動(dòng)力系統(tǒng)各部件的熱特性將有助于進(jìn)一步挖掘混合動(dòng)力汽車的節(jié)能潛力。

2、公布號(hào)為cn116522626a的發(fā)明專利提出了一種整車油耗優(yōu)化方法及系統(tǒng)，該方法核心觀點(diǎn)在于通過數(shù)據(jù)采集模塊和云端服務(wù)器采集和提煉特征數(shù)據(jù)，運(yùn)用等效燃油消耗最小控制策略聯(lián)合數(shù)字孿生模型進(jìn)行離線仿真優(yōu)化，得到優(yōu)化參數(shù)等效因子實(shí)現(xiàn)整車油耗的全局最優(yōu)。該方法的應(yīng)用仍缺乏考慮發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的熱特性對工作效率的影響進(jìn)而對油耗產(chǎn)生的影響，無法解決等效因子由于忽略溫度影響導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化不足的問題。因此需要提出一種融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略。

3、本發(fā)明提出了一種行星混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略，該方法能夠解決混合動(dòng)力系統(tǒng)在電量維持階段僅依據(jù)電池soc調(diào)節(jié)等效因子而忽略溫度影響導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化不足的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決混合動(dòng)力系統(tǒng)在電量維持階段僅依據(jù)電池soc調(diào)節(jié)等效因子而忽略溫度影響導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化不足的問題，本研究提出了一種行星混聯(lián)系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略，通過對動(dòng)力總成部件產(chǎn)熱情況進(jìn)行分析以及熱管理系統(tǒng)對各部件溫度進(jìn)行反饋和控制，從而實(shí)現(xiàn)需求功率的優(yōu)化以及融合熱特性的等效因子自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使之節(jié)油策略更加完備和優(yōu)化。具體包括下述步驟：

2、第一步，設(shè)計(jì)合適的熱管理系統(tǒng)，優(yōu)化需求功率，具體包括以下步驟

3、所設(shè)計(jì)的熱管理系統(tǒng)要包含發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、電機(jī)三大回路，通過對各水泵、三通閥以及ptc加熱器的控制，實(shí)現(xiàn)多種加熱、冷卻模式。同時(shí)制定熱管理系統(tǒng)模式的切換控制策略，滿足不同模式在不同工況下使用，并在系統(tǒng)內(nèi)集成各模式下的部件溫度、系統(tǒng)能耗等計(jì)算算法，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力系統(tǒng)各部件溫度的反饋和控制。

4、由于熱管理系統(tǒng)的引入，需求功率需要進(jìn)行優(yōu)化。首先根據(jù)循環(huán)工況計(jì)算出整車需求驅(qū)動(dòng)功率，然后在此基礎(chǔ)上耦合熱管理系統(tǒng)功率構(gòu)成整車的需求功率。優(yōu)化的需求功率preq計(jì)算如下：

5、preq＝peng/ηdc/dc+pmg1+pmg2+pvtm?(1)

6、式中，ηdc/dc為dc/dc轉(zhuǎn)換器效率，pvtm為熱管理系統(tǒng)的功率。

7、熱管理系統(tǒng)功率的獲取方式如下：首先確定初始功率分配方案(即不考慮熱管理系統(tǒng)對溫度的調(diào)控)，功率分配方案確定后由各動(dòng)力部件的產(chǎn)熱模型計(jì)算熱量，再由熱管理系統(tǒng)控制策略根據(jù)產(chǎn)熱量以及環(huán)境溫度等變量控制熱管理系統(tǒng)各部件的運(yùn)行狀態(tài)，最后由熱管理系統(tǒng)將各對象的冷卻液溫度反饋至能量管理策略，同時(shí)熱管理系統(tǒng)控制策略輸出熱管理系統(tǒng)功率以進(jìn)行整車需求功率的計(jì)算。

8、第二步，考慮溫度影響，優(yōu)化哈密爾頓函數(shù)，具體包括以下步驟

9、由于行星混聯(lián)構(gòu)型系統(tǒng)中只有功率分流模式涉及動(dòng)力源的功率分配，故在此模式下應(yīng)用等效燃油消耗最小策略算法。首先使用傳統(tǒng)的等效油耗最小策略，對發(fā)動(dòng)機(jī)以及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、電池的功率和電流以及電池soc設(shè)立邊界條件如下：

10、

11、可構(gòu)造哈密爾頓函數(shù)：

12、

13、式中，pbat為電池的功率。

14、定義等效因子s：

15、

16、將等效因子s代入式(3)中替換協(xié)變量λ：

17、

18、等式右邊第一項(xiàng)為發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，第二項(xiàng)為動(dòng)力電池的等效油耗。為實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性最大化，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的計(jì)算可結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線以及萬有特性圖，首先確定各燃油消耗下的發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，再計(jì)算出此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，得出發(fā)動(dòng)機(jī)最佳燃油消耗與發(fā)動(dòng)機(jī)功率的關(guān)系，將擬合得到的最佳燃油消耗代入式(5)。由于在功率分流驅(qū)動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩雙解耦，因此兩電機(jī)的功率分配遵循發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)原則。

19、對于等效因子s的計(jì)算，由于在實(shí)際駕駛過程中難以對全局工況實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測，因而無法預(yù)先確定最優(yōu)的等效因子取值。而在等效因子的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)方法中大多數(shù)研究僅根據(jù)電池soc進(jìn)行調(diào)節(jié)，忽略了動(dòng)力系統(tǒng)部件在工作時(shí)效率隨溫度變化。本專利提出的融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略除考慮電池soc外還計(jì)及了溫度的影響?？梢缘玫絻?yōu)化的哈密爾頓函數(shù)如下：

20、

21、式中，θeng為發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，即在求取等效因子時(shí)同時(shí)考慮電池soc以及發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。

22、第三步，等效因子自適應(yīng)調(diào)節(jié)，具體包括以下步驟

23、等效因子的選取方案需要先進(jìn)行初始值選取，隨后進(jìn)行融合系統(tǒng)熱特性的自適應(yīng)等效因子優(yōu)化調(diào)整。初始等效因子的選取通過二分法迭代求解。首先設(shè)定等效因子的上下限，并在其中選取初始值進(jìn)行計(jì)算soc軌跡。然后判斷結(jié)果的soc初值與終值之差是否滿足預(yù)設(shè)的容許偏差，若滿足則認(rèn)為當(dāng)前等效因子為最優(yōu)初始值，否則通過二分法調(diào)整因子范圍繼續(xù)迭代，直到滿足條件為止。

24、融合系統(tǒng)熱特性的自適應(yīng)等效因子優(yōu)化調(diào)整方法分為兩步，首先建立基于電池soc反饋的調(diào)整方案，其次引入溫度懲罰系數(shù)對等效因子進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

25、①基于電池soc反饋的等效因子自適應(yīng)調(diào)整方案

26、為保證在電量維持階段實(shí)現(xiàn)電池soc平衡，等效因子的自適應(yīng)調(diào)整可基于當(dāng)下soc與電量維持階段初始soc的誤差，其離散形式為：

27、

28、其中，s(k+1)、s(k)分別為第k+1次、第k次的等效因子取值；wsoc為修正系數(shù)；為t時(shí)刻電池soc與參考值之差的絕對值。當(dāng)電池soc處于較低水平時(shí)，應(yīng)盡量減少電量的消耗，此時(shí)車輛應(yīng)更多依靠發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，說明當(dāng)前電量消耗更貴，單位時(shí)間內(nèi)電池等效油耗也就越高，等效因子s應(yīng)更大；當(dāng)電池soc處于較高水平時(shí)，為追求節(jié)油最大化，應(yīng)盡量增加電量的消耗，此時(shí)車輛需求更多的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，說明當(dāng)前電量消耗更便宜，單位時(shí)間內(nèi)電池等效油耗也就越低，此時(shí)等效因子s應(yīng)更小。通過電池soc均衡控制系數(shù)的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)電池soc的平衡。

29、②引入溫度懲罰系數(shù)對等效因子進(jìn)行實(shí)時(shí)修正

30、基于上述方法，可以得到融合系統(tǒng)熱特性與電池soc的等效因子調(diào)整方案：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度超出一定范圍時(shí)，其工作效率會(huì)下降，因此在進(jìn)行功率分配時(shí)還應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)溫度因素，盡可能少地使其工作在低效區(qū)間，具體實(shí)現(xiàn)手段為在等效因子中引入發(fā)動(dòng)機(jī)溫度懲罰系數(shù)αteng：

31、s(soc,θeng)＝s(soc)·αteng?(8)

32、式中，s(soc)為基于電池soc反饋調(diào)節(jié)得到的等效因子，由公式(7)得出。

33、發(fā)動(dòng)機(jī)在較低溫度下燃油消耗率較高且排放性較差，故出于改善經(jīng)濟(jì)性和排放性能考慮，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于較低溫度時(shí)應(yīng)減少對發(fā)動(dòng)機(jī)的功率分配，等效因子應(yīng)適當(dāng)降低，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度懲罰系數(shù)αteng應(yīng)小于1。傳統(tǒng)方式計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)油耗時(shí)往往取發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度工況，即85～95℃情況下，有研究表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到80℃時(shí)溫度對油耗產(chǎn)生的影響可以忽略，并且由于發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行了控制，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可保持在最佳工作區(qū)間，不考慮溫度超限時(shí)的油耗變化情況，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到80℃后溫度懲罰系數(shù)αteng取1。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于80℃時(shí)，不同的αteng取值將會(huì)影響等效因子的計(jì)算，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，因此需對αteng如何取值進(jìn)行探究。以-25℃環(huán)境溫度工況為例，在c-wtvc工況內(nèi)對αteng取值進(jìn)行了探究。當(dāng)αteng取值越大，策略會(huì)傾向于為發(fā)動(dòng)機(jī)分配越多的動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量也就越多，此時(shí)，一方面發(fā)動(dòng)機(jī)處于低溫狀態(tài)，效率較低，發(fā)動(dòng)機(jī)在低效狀態(tài)下動(dòng)力輸出增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工況內(nèi)平均熱效率降低；另一方面，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作更加積極，自身產(chǎn)熱也會(huì)更多，在此作用下發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更快速升溫使其盡快脫離低溫低效的工作狀態(tài)，此效應(yīng)又會(huì)使整個(gè)工況內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)平均熱效率升高，在以上兩方面因素的共同影響下，在某溫度下可能存在使發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高的αteng取值，此值即可作為該溫度下的最佳αteng取值。

34、為驗(yàn)證以上分析，對不同αteng下的發(fā)動(dòng)機(jī)平均熱效率進(jìn)行了定量計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)平均熱效率計(jì)算如下：

35、

36、式中eeng為發(fā)動(dòng)機(jī)總的輸出能量，hu為柴油熱值，可由步驟二得出。進(jìn)而可以得到在各個(gè)溫度下使發(fā)動(dòng)機(jī)平均熱效率最高的αteng取值。再將各溫度下最佳的αteng取值點(diǎn)在坐標(biāo)系中描出，經(jīng)過擬合可得到的αteng與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度θeng關(guān)系式。最后根據(jù)能量管理策略的綜合功率分配方案對動(dòng)力系統(tǒng)各部件以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

38、1.本發(fā)明所述的一種行星混聯(lián)系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略實(shí)現(xiàn)了在整車需求功率中耦合熱管理系統(tǒng)功率，將其作為需求功率的一部分進(jìn)行優(yōu)化；

39、2.本發(fā)明所述的一種行星混聯(lián)系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略在進(jìn)行功率分配時(shí)考慮了系統(tǒng)溫度，有助于提高工作效率，進(jìn)一步挖掘了等效油耗最小策略的節(jié)油潛力；

40、3.本發(fā)明所述的一種行星混聯(lián)系統(tǒng)融合熱特性的自適應(yīng)等效油耗最小策略提出了一種系統(tǒng)熱特性與電池soc誤差反饋相結(jié)合的優(yōu)化等效因子自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法。