基于交通信號(hào)燈信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)最優(yōu)的混合動(dòng)力汽車控制方法，特別涉及一種基于交通信號(hào) 燈信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球能源與環(huán)境形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，特別是國(guó)際金融危機(jī)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的巨大沖擊， 推動(dòng)世界各國(guó)加快汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。為開發(fā)出更加節(jié)能環(huán)保的汽車，解決上述兩大問題， 混合動(dòng)力汽車目前已被產(chǎn)業(yè)化。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車具有電池和燃油雙系統(tǒng)驅(qū) 動(dòng)的冗余性，運(yùn)用這種冗余性可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置工作點(diǎn)到最優(yōu)位置，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目 標(biāo)。預(yù)計(jì)未來汽車的主流將是這種混合動(dòng)力汽車。由于混合動(dòng)力汽車可以回收伴隨車輛減 速產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量；利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的冗余性（發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)）優(yōu)化驅(qū)動(dòng)裝置工作點(diǎn)，因 此可以極大地發(fā)揮節(jié)能減排效用。但是最優(yōu)工作點(diǎn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，周圍車輛的行駛狀態(tài)， 道路交通條件的改變而時(shí)刻改變著。而且旋轉(zhuǎn)系（發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)）具有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩極限，電 池具有荷電狀態(tài)極限，超出這些極限對(duì)于車輛關(guān)鍵零部件的性能影響很大。因此，混合動(dòng)力 汽車的節(jié)能減排效果很大程度上依賴于其能量管理策略（滿足約束條件）。而其關(guān)鍵技術(shù) 為能量管理中央控制器中的實(shí)時(shí)最優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)控制策略的商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)化。
[0003] 混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)的控制策略是其研發(fā)的技術(shù)核心和設(shè)計(jì)難點(diǎn)。目前已 經(jīng)提出的控制策略大致可以分為4類：數(shù)值最優(yōu)控制，解析最優(yōu)控制，瞬時(shí)最優(yōu)控制和啟發(fā) 式控制。數(shù)值最優(yōu)控制的典型代表是動(dòng)態(tài)規(guī)劃和模型預(yù)測(cè)控制。解析最優(yōu)控制的典型代表 是龐特里亞金極小值原理控制策略。瞬時(shí)最優(yōu)控制的典型代表是瞬時(shí)等效油耗最低控制 策略。啟發(fā)式控制策略的典型代表是基于規(guī)則的控制策略。傳統(tǒng)的全局最優(yōu)控制算法動(dòng)態(tài) 規(guī)劃和龐特里亞金極小值原理控制方法，由于需要事先知道未來全部工況信息，無法實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)最優(yōu)。傳統(tǒng)的基于規(guī)則的控制策略無法實(shí)現(xiàn)效率最大化。一般的前饋型控制（假定車 輛速度模式一定）無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最優(yōu)。傳統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)控制參數(shù)受未來車輛工況變化影響 太大，無法滿足控制性能。
[0004] 自20世紀(jì)90年代初以來，世界各國(guó)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研發(fā)給予了高度重視，并取 得了一些重大的成果和進(jìn)展。日本豐田汽車公司于1997年實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車的量產(chǎn)化， 2012年實(shí)現(xiàn)了插電式混合動(dòng)力汽車的量產(chǎn)化。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬2009年宣布了下一代先進(jìn) 蓄電池和插電式混合動(dòng)力汽車計(jì)劃。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家"十一五" 863計(jì)劃設(shè)立了節(jié)能與新能源 汽車重大項(xiàng)目。申請(qǐng)者在日本九州大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，掌握了日本企業(yè)和大學(xué)普遍采 用的模型預(yù)測(cè)控制法以及日本學(xué)者大塚敏之提出的C/GMRES快速解法。這兩種方法的結(jié)合 解決了模型預(yù)測(cè)控制這種先進(jìn)方法的實(shí)際應(yīng)用問題。
[0005] 在此背景下，提高能源利用效率，減少汽車對(duì)環(huán)境的污染已成為當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā) 展的首要任務(wù)。同時(shí)利用道路交通信息，進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)裝置效率也成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的 現(xiàn)實(shí)需要。為了解決上述問題，需要設(shè)計(jì)出一種基于道路交通信息的可產(chǎn)業(yè)化的混合動(dòng)力 汽車模型預(yù)測(cè)控制方法，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)煌ㄐ盘?hào)燈信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的 基于交通信號(hào)燈信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，以達(dá)到最大限度地節(jié)能減排，產(chǎn) 業(yè)化混合動(dòng)力汽車能量管理中央控制器。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于交通信號(hào)燈信息的混合動(dòng) 力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，包括確定交通信號(hào)燈信息模型、車輛建模、公式化控制策略、在 線最優(yōu)控制、權(quán)重參數(shù)調(diào)節(jié)、是否滿足目標(biāo)判斷；其特征在于：具體包括以下步驟：
[0008] 步驟1)確定交通信號(hào)燈信息模型：
[0009] 選定觀測(cè)地點(diǎn)，架設(shè)攝像機(jī)；錄取符合要求的視頻畫面，連接攝像機(jī)和帶視頻采集 卡的電腦設(shè)備，在信息采集軟件界面設(shè)置好通訊端口和攝像機(jī)格式、時(shí)間信息，打開檢測(cè)器 開始檢測(cè)，將檢測(cè)文件存盤，提取需要的結(jié)果；將交通信號(hào)燈的時(shí)變信息轉(zhuǎn)化為假想前行車 的行駛模式，紅燈表示前行車靜止，綠燈表示前行車定速行駛，通過這種方式將交通信息模 型化，公式化；
[0010] 步驟2)車輛建模：行星齒輪式混聯(lián)混合動(dòng)力汽車包含發(fā)動(dòng)機(jī)，蓄電池，2個(gè)電機(jī)和 車輪5大動(dòng)態(tài)部件，行星齒輪作為動(dòng)力分配裝置既有速度耦合器的作用，又有電子無極變 速器作用，根據(jù)車輛機(jī)械耦合和電子耦合關(guān)系，列寫系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)動(dòng)力學(xué)方程解耦， 最終獲得系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，如式（1)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于交通信號(hào)燈信息的混合動(dòng)力汽車節(jié)能預(yù)測(cè)控制方法，包括確定交通信號(hào)燈 信息模型、車輛建模、公式化控制策略、在線最優(yōu)控制、權(quán)重參數(shù)調(diào)節(jié)、是否滿足目標(biāo)判斷； 其特征在于；具體包括W下步驟： 步驟1)確定交通信號(hào)燈信息模型： 選定觀測(cè)地點(diǎn)，架設(shè)攝像機(jī)；錄取符合要求的視頻畫面，連接攝像機(jī)和帶視頻采集卡 的電腦設(shè)備，在信息采集軟件界面設(shè)置好通訊端口和攝像機(jī)格式、時(shí)間信息，打開檢測(cè)器開 始檢測(cè)，將檢測(cè)文件存盤，提取需要的結(jié)果；將交通信號(hào)燈的時(shí)變信息轉(zhuǎn)化為假想前行車的 行駛模式，紅燈表示前行車靜止，綠燈表示前行車定速行駛，通過該種方式將交通信息模型 化，公式化； 步驟2)車輛建模；行星齒輪式混聯(lián)混合動(dòng)力汽車包含發(fā)動(dòng)機(jī)，蓄電池，2個(gè)電機(jī)和車輪 5大動(dòng)態(tài)部件，行星齒輪作為動(dòng)力分配裝置既有速度禪合器的作用，又有電子無極變速器作 用，根據(jù)車輛機(jī)械禪合和電子禪合關(guān)系，列寫系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)動(dòng)力學(xué)方程解禪，最終獲 得系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，如式（1)所示：
式中，X為狀態(tài)量，U為控制量，Xi為車輛位置，V為車輛速度，X S。。為蓄電池荷電狀態(tài)， Ui為車輛加減速度的控制量，Pb。^是蓄電池功率，參數(shù)P，CD，A，m，g，y和0是空氣密度， 空氣阻力系數(shù)，車輛迎風(fēng)面積，車輛質(zhì)量，重力加速度，滾動(dòng)阻力系數(shù)和道路坡度，V。。，Rbatt 和Qba?是蓄電池開路電壓，內(nèi)阻和容量； 車輛