一種基于路況模型的插電式混合動(dòng)力公交車動(dòng)態(tài)邏輯門限能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及插電式混合動(dòng)力公交車的能量管理方法，尤其涉及一種基于行駛路況 模型的插電式混合動(dòng)力公交車多動(dòng)力源優(yōu)化控制，屬于混合動(dòng)力公交車控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 插電式混合動(dòng)力公交車是新近在傳統(tǒng)混合動(dòng)力公交車基礎(chǔ)上派生出來的新型節(jié) 能環(huán)保車輛，具有使用成本低、排放少、電網(wǎng)利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅能單獨(dú)依靠電池行 駛較長距離，而且在需要時(shí)可以像傳統(tǒng)的全混合動(dòng)力汽車一樣工作，已成為向最終清潔能 源汽車過渡的最佳方案之一。
[0003] 插電式混合動(dòng)力汽車是傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車的完美結(jié)合，結(jié)合的紐帶則是 能量管理策略。已經(jīng)提出的能量管理策略主要包括靜態(tài)邏輯門限策略、模糊邏輯策略、瞬時(shí) 優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策略四類。其中，模糊邏輯策略、瞬時(shí)優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策略由于運(yùn) 算量大，使用條件苛刻等問題影響了其實(shí)際應(yīng)用。目前，可實(shí)車運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車 往往采用靜態(tài)邏輯門限能量管理策略，其實(shí)現(xiàn)較為簡單，但其能量管理中涉及的門限參數(shù) 多為靜態(tài)值，在路況變化時(shí)不能發(fā)揮車輛的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性。尤其是插電式混合動(dòng)力公交 車經(jīng)常運(yùn)行在市區(qū)的繁華路段，為充分利用從電網(wǎng)得到的廉價(jià)能量，保證在整個(gè)行駛里程 中均能發(fā)揮多動(dòng)力源的節(jié)能優(yōu)勢，減少排放和燃油消耗，必須考慮不同行駛路況下的能量 分配問題。
[0004] 對于公交車而言，其運(yùn)行線路固定，易于建立車輛運(yùn)行的路況模型。因此，在插電 式混合動(dòng)力公交車的多動(dòng)力源能量分配中，基于路況模型動(dòng)態(tài)調(diào)整邏輯門限參數(shù)，有利于 能量管理策略適應(yīng)不同的行駛路況，進(jìn)一步提升車輛燃油經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種插電式混合動(dòng)力公交車的能量管理方法，針對靜態(tài)邏輯 門限策略無法適應(yīng)行駛路況變化的缺點(diǎn)，根據(jù)GPS采集的車輛行駛歷史數(shù)據(jù)建立行駛路況 模型，并據(jù)此調(diào)整邏輯門限參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量優(yōu)化分配，進(jìn)一步提升車輛的 燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0006] 本發(fā)明提出的基于路況模型的插電式混合動(dòng)力公交車動(dòng)態(tài)邏輯門限能量管理方 法包括如下步驟：
[0007] 1、針對某個(gè)線路公交車，獲取公交車行駛歷史路況數(shù)據(jù)并建立該公交線路路況模 型
[0008] (1)利用車載GPS設(shè)備獲取某天的發(fā)車時(shí)間（星期幾/小時(shí)/分），以一秒為采樣 頻率實(shí)時(shí)記錄車輛當(dāng)天運(yùn)營時(shí)間內(nèi)的經(jīng)緯度、海拔高度等數(shù)據(jù)；
[0009] (2)將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為84-WGS橢球的高斯平面坐標(biāo)，把時(shí)間-經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)化為時(shí) 間-車速信息，得到每天的時(shí)間一速度曲線和時(shí)間一海拔高度曲線，根據(jù)車輛加速度限制 對該曲線進(jìn)行異常處理，剔除或修正異常數(shù)據(jù)、識(shí)別并添加丟失數(shù)據(jù)。
[0010] (3)為考慮路況建模時(shí)車輛所在位置對車速的影響，基于時(shí)間一速度曲線計(jì)算相 鄰時(shí)刻距離和對應(yīng)時(shí)刻速度得到車輛行駛里程-車速曲線，利用時(shí)間一速度曲線計(jì)算相鄰 時(shí)刻距離和對應(yīng)時(shí)刻海拔高度得到車輛行駛里程-車輛海拔高度曲線。
[0011] (4)基于步驟（1)-(3)獲取公交車近一個(gè)月每天的車輛行駛里程-車速曲線，車 輛行駛里程-車輛海拔高度曲線，計(jì)算每天的平均行駛里程；
[0012] (5)基于發(fā)車時(shí)間和⑷所述的曲線數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到該線路的路況 模型，該網(wǎng)絡(luò)為包含一個(gè)隱層的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層有2個(gè)神經(jīng)元，分別對應(yīng)發(fā)車時(shí) 間、車輛已經(jīng)行駛里程，輸出層為2個(gè)神經(jīng)元，分別對應(yīng)車輛速度和車輛海拔高度，隱層中 的神經(jīng)元個(gè)數(shù)采用試湊法確定。
[0013] 按照上述方法建立其它公交線路的路況模型。
[0014] 2、將公交線路路況模型存儲(chǔ)于插電式混合動(dòng)力汽車車輛控制器單元，當(dāng)車輛發(fā)車 時(shí)，根據(jù)發(fā)車線路選擇對應(yīng)的路況模型，由發(fā)車時(shí)間及平均行駛里程，可預(yù)測得到該車輛本 工作日內(nèi)的車輛已行駛里程-車速曲線，車輛已行駛里程-車輛海拔高度曲線。
[0015] 3、為便于計(jì)算車輛行駛所需能量，將車輛已行駛里程-車速曲線和車輛已行駛里 程-車輛海拔高度曲線分別轉(zhuǎn)換為時(shí)間一速度曲線和時(shí)間一坡度曲線。
[0016] 計(jì)算車輛行駛所需能量，采用的公式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
一種插電式混合動(dòng)カ公交車的控制方法，其特征在于該方法包括如下步驟：
1. 針對某個(gè)線路公交車，獲取公交車行駛歷史路況數(shù)據(jù)并建立該公交線路路況模型 (1) 利用車載GPS設(shè)備獲取最近ー個(gè)月內(nèi)發(fā)車時(shí)間（星期幾/小吋/分），每ー采樣時(shí) 刻的經(jīng)緯度、海抜高度等數(shù)據(jù)； (2) 對獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除或修正異常數(shù)據(jù)、識(shí)別并添加丟失數(shù)據(jù)。 (3) 基于經(jīng)緯度數(shù)據(jù)計(jì)算相鄰時(shí)刻距離和對應(yīng)時(shí)刻速度，得到車輛行駛里程-車速曲 線，車輛行駛里程-坡度曲線。 (4) 基于發(fā)車時(shí)間和（3)所述的曲線數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到該線路的路況模 型，其網(wǎng)絡(luò)輸入為發(fā)車時(shí)間、車輛已經(jīng)行駛里程，網(wǎng)絡(luò)輸出為車輛速度和道路坡度。 (5) 按照上述方法建立其它公交線路的路況模型。
2. 將公交線路路況模型存儲(chǔ)于插電式混合動(dòng)カ汽車車輛控制器単元，當(dāng)車輛發(fā)車時(shí)， 根據(jù)發(fā)車線路選擇對應(yīng)的路況模型，由發(fā)車時(shí)間，可預(yù)測得到該車輛本工作日內(nèi)的車輛行 駛里程-車速曲線，車輛行駛里程-車輛海抜高度曲線。
3. 插電式混合動(dòng)カ公交車混合動(dòng)カ系統(tǒng)邏輯門限參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括以下步驟： (1) 根據(jù)車輛參數(shù)及2所述曲線計(jì)算車輛行駛所需能量，其中所采用的車輛動(dòng)力學(xué)公 式為：
其中，Pdem為車輛行駛功率；Vvel為車速；m為整車質(zhì)量；g為重力加速度；f為滾動(dòng)阻力 系數(shù)；Cd為風(fēng)阻系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；a為道路坡度；S為車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 車輛加速度；nT為車輛傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率。
(2) 計(jì)算電池可供輸出的能量，采用的公式為： Q〇ut_(Scjh~sCjx) *ub*c*rIb*rIm 其中，為電池可提供驅(qū)動(dòng)車輛的電能；ub為電池額定電壓；Sc^h為動(dòng)カ電池荷電狀態(tài) 允許工作上限； Su為動(dòng)カ電池荷電狀態(tài)允許工作下限；nb為電池放電效率；nm為電機(jī)工作效率。 (3) 根據(jù)所需能量及電池可提供能量的差值更新車輛控制器中與混合動(dòng)カ系統(tǒng)能量管 理相關(guān)的邏輯門限值，即發(fā)動(dòng)機(jī)最小工作功率Pejlin和發(fā)動(dòng)機(jī)最大工作功率Pe_max。
4. 在車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行中，能量管理策略將加速踏板和制動(dòng)踏板信號(hào)解釋為混合動(dòng)カ系統(tǒng) 的需求功率匕，井根據(jù)監(jiān)測的車輛行駛速度V、電池荷電狀態(tài)s。以及建立的邏輯門限參數(shù)選 擇工作模式。模式切換方法如下： (1) 當(dāng)車輛行駛速度低于最低車速I或車輛需求功率已低于Pemin，且荷電狀態(tài)值s。 高于荷電狀態(tài)允許工作下限Su時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)； (2) 當(dāng)車輛需求功率介于發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化區(qū)域[P_n、PeMX]或當(dāng)電池荷電狀態(tài)值s。低于s。， i時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)； (3) 當(dāng)需求功率超過P6 _且電池組荷電狀態(tài)值S。高于S。,i時(shí)，實(shí)行混合驅(qū)動(dòng)，此時(shí)發(fā) 動(dòng)機(jī)控制工作在最佳效率曲線，剰余驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩由電機(jī)提供； (4) 制動(dòng)時(shí)，如果電池荷電狀態(tài)值S。小于S。+，電機(jī)盡可能多地回收再生制動(dòng)能量，剩余 部分由機(jī)械制動(dòng)器消耗，即進(jìn)入能量回饋模式，如果電池荷電狀態(tài)值S。大于電池荷電狀態(tài) 上限Se,h，則進(jìn)入摩擦制動(dòng)模式。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于路況信息的插電式混合動(dòng)力公交車能量管理方法，具體包括：(1)根據(jù)公交車歷史交通信息和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立車輛行駛路況模型；(2)根據(jù)發(fā)車時(shí)間、線路和路況模型得到未來行駛速度及道路坡度變化曲線；(3)基于上述曲線及車輛參數(shù)計(jì)算車輛行駛所需能量，并根據(jù)其與電池可提供能量的差值動(dòng)態(tài)調(diào)整車輛能量管理邏輯門限參數(shù)；(4)車輛控制器根據(jù)車輛行駛參數(shù)與邏輯門限參數(shù)選擇工作模式。本發(fā)明能基于路況模型動(dòng)態(tài)調(diào)整邏輯門限參數(shù)，可保證能量管理策略適應(yīng)不同的行駛路況，進(jìn)一步提升插電式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】B60W40-105, B60W20-00, B60W40-02, B60W30-182
【公開號(hào)】CN104627168
【申請?zhí)枴緾N201310577362
【發(fā)明人】吳劍, 馮國瑞
【申請人】山東政法學(xué)院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月6日