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一种混合动力汽车能量管理的两阶段双模型预测控制方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-08-24 10:23:37
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 王柳 | 2023-08-24 10:23:37
本发明公开了一种混合动力汽车能量管理的两阶段双模型预测控制方法，包括：将预测域划分为连续的两个阶段，第一阶段构建降阶的一阶RC模型，第二阶段构建纯内阻模型；分别获取两个阶段内每个时间步的状态可行域边界，并将每个时间步的状态可行域进行离散；基于前向动态规划算法筛选全局成本最优的路径并获得其对应在最后时间步N的最优状态点x * (N)和从时间步N‑1转移到时间步N的最优控制输入P e * (N‑1)，并依次反向递推得到从初始状态转移到时间步1的最优控制输入P e * (0)；以P e * (0)作为当前时刻发动机的目标输出功率进行功率分配控制；然后随时间步的滚动重复上述步骤。本方法在预测域前段利用降阶的高精度一阶RC模型处理电池功率约束，在预测域后段则采用简单的纯内阻模型，从而在不增加计算复杂度的基础上实现高效且安全的能量分配。
本发明提出了一种基于模型预测控制的混合动力汽车能量管理控制方法，将整个预测域在时域上划分为两个连续的阶段：在第一阶段预测域内，应用降阶的一阶RC模型以获得更精确的功率约束，并且由所估计的RC模型时间常数自适应地确定第一阶段预测域的时长；而在第二阶段预测域内，应用简单的纯内阻模型以提高计算速度，以在保证计算效率的前提下提高满足电池功率约束的能力。该方案与传统的基于纯内阻模型的方法相比可在不增加计算负担的前提下更合理地处理电池功率约束，从而在较为稀疏的控制网格划分下获得比传统方法更好的燃油经济性，应用在实车上能进一步提升混合动力汽车的燃油经济性。
混合动力汽车不仅能极大地改善车辆的燃油经济性，而且能提升车辆的动力性。混合动力汽车的动力系统主要由发动机、电机、电池组、控制系统等部件组成，根据是否可以通过外接电源对电池进行充电分为插电式混合动力与非插电式混合动力两种。
混合动力汽车具有两套能量系统(燃油与电能)，其能量管理通过调节发动机和电池的输出功率分配，提高动力系统的工作效率，有效降低汽车的燃油消耗。近年来，模型预测控制在混合动力汽车能量管理领域得到了广泛的应用。
如果在预测域内直接采用一阶RC模型，将会极大地增加计算复杂度，导致无法在车载的嵌入式控制器中实时计算。因此，需要在保证电池功率约束边界计算精度的前提下对电池模型进行合理简化，以使得算法能实时运行，并最大限度地降低车辆的燃油消耗。
湖南大学电动方程式赛车队，车队成立10年来，积极为各学院、各专业的同学提供实践机会和平台，秉承“创新改变世界，实践超越梦想”的理念，培养出了一大批受到各大高校和用人单位青睐的学生，多名队员赴外留学，车队队员保送至上海交大、同济大学等各大高校，另还有多位队员进入广汽、东风、上汽等车企的研究所，车队的事迹被中国青年报、新华网、新浪网等媒体报道和转载，产生了很好的社会影响。 车队现在队队员包括来自机械学院、电气学院、物理与微电子学院、信息院等多个学院的60余名本科生，由车辆工程系白中浩老师担任指导老师。
本发明提供了一种混合动力汽车能量管理的两阶段双模型预测控制方法，以解决现有能量管理控制方案中由于不能高精度地处理电池的功率约束而导致无法最大限度发挥混合动力汽车节油潜力的问题。
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