CN103434509B - 一种混合动力公交车的控制***及其动力控制方法 - Google Patents

一种混合动力公交车的控制***及其动力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力公交车的控制***及其控制方法，所述的***包括车载单元与中央服务器单元，所述的车载单元通过车联网与中央服务器单元进行通信。所述的车载单元包括整车控制模块、数据采集模块和信息传输模块；所述的中央服务器单元包括工况识别模块和存储响应模块。由于本发明通过将前车在某一路段的行驶工况信息传输至中央服务器单元，由中央服务器单元进行工况识别并存储，当后车通过相同路段时，中央服务器单元根据其位置信息，将前车在该路段内的工况识别结果发送给后车，用于后车控制参数的调整，避免了采集本车信息经识别后进行本车控制方法存在延迟、不准确的弊端，进一步提高了车辆的燃油经济性和排放性。

Description

一种混合动力公交车的控制***及其动力控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力公交车的动力控制技术，特别涉及到一种混合动力公交车的控制***及其动力控制方法。
背景技术
节能、环保与安全是当今汽车工业发展的三大主题。混合动力汽车由于具有良好的燃油经济性和较低的排放，已成为当前解决能源和排放问题最具现实意义的途径之一。城市公交车作为城市的主要交通工具，具有行驶路线固定、数量多、油耗较高等特点，应用混合动力技术能够有效减少市区内污染物排放，减少能源消耗。转矩分配控制策略作为混合动力汽车能量管理***的核心，是实现混合动力汽车低油耗、低排放等目标的关键所在。目前广泛应用的混合动力公交车控制方法未涉及车联网，并且没有考虑工况的动态变化，实际控制效果并不理想。所以，目前需要设计出一种新的混合动力公交车控制方法，使其能够根据不同的行驶工况实时调整相应的控制参数，从而解决现有控制方法不能适应工况动态变化的问题。
在车辆的行驶工况构建方面，ShiqiOu，YafuZhou等人发表的《DevelopmentofHybridCityBus’sDrivingCycle》中，采用主成分分析和聚类分析技术构建了大连市公交车行驶工况。本发明中基于这种工况构建方法，构建了四类行驶工况。中国专利ZL200810239168.2公开了《一种混合动力电动汽车行驶状态的智能识别方法》，提出了一种行驶工况的识别方法。本发明中基于这种方法，利用车辆行驶特征参数识别出当前行驶工况的类型，用于调整车辆控制参数。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计出一种可以适应工况动态变化以达到最佳燃油经济性的混合动力公交车的控制***及其动力控制方法。
为也实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种混合动力公交车的控制***，包括车载单元与中央服务器单元，所述的车载单元安装在每一辆混合动力公交车上，中央服务器单元为远程终端、安装在车辆管理中心，所述的车载单元通过车联网与中央服务器单元进行通信，所述的车载单元包括整车控制模块、数据采集模块和信息传输模块；所述的中央服务器单元包括工况识别模块和存储响应模块；所述的整车控制模块接收当前车辆GPS位置信息以及前车工况识别结果；数据采集模块负责当前车辆实时位置信息和车速信息的采集并发送到整车控制模块和信息传输模块；信息传输模块接收数据采集模块的当前车辆GPS位置信息、车速信息以及存储响应模块的前车工况识别结果并发送这些信息给工况识别模块和整车控制模块；工况识别模块接收当前车辆GPS位置信息和车速信息，并发送对应位置信息的工况识别结果给存储响应模块；存储响应模块接收对应位置信息的工况识别结果并发送当前位置的前车工况识别结果给信息传输模块；所述的前车是指当前位置的前一时刻的前一车辆；
所述的车联网为所有混合动力公交车的车载单元与同一个中央服务器单元之间进行通信的网络；
所述的整车控制模块负责在车辆准备阶段确定不同工况下的最优控制参数并在当前车辆运行阶段根据工况识别结果和当前车辆GPS位置信息进行控制参数调整；
所述的数据采集模块包括GPS***和车速传感器，负责采集当前车辆的GPS位置信号和车速信息；
所述的信息传输模块负责将当前车辆采集到的信息通过车联网发送给中央服务器单元，并接收中央服务器单元发送的当前车辆位置的前车工况识别结果及其车辆GPS位置信息；
所述的工况识别模块负责将接收到的工况信息进行识别分类，并通过安装在工况识别模块中的电子地图与接收到的车辆GPS位置信息确定车辆行驶路段；
所述的存储响应模块负责将工况识别结果及行驶路段信息存储，并根据工况识别模块发送的当前车辆GPS位置信息，调用前车的工况识别结果。
一种混合动力公交车的控制***的控制方法，包括以下步骤：
A、控制***准备阶段的控制参数优化
通过对公交车行驶工况特征参数进行主成分分析和聚类分析，将其划分为四种不同类型的行驶工况：市中心区行驶工况、市内较通畅区行驶工况、近郊区行驶工况和远郊区行驶工况；对于每一类行驶工况都有最优的发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm两个控制参数；在四种不同工况下，分别选取不同的发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm应用高级车辆仿真软件advisor对混合动力公交车进行仿真实验，得到车辆的燃油消耗值；确定每种工况下最佳燃油经济性对应的发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i，即为该工况下的最优控制参数，将其存储于整车控制模块中；
B、车辆运行阶段的数据采集与传输
在车辆运行阶段，由数据采集模块中的车速传感器和GPS***分别采集当前车辆的车速信息和车辆GPS位置信息，并将采集到的信息通过信息传输模块发送至中央服务器单元的工况识别模块与存储响应模块；
C、工况识别
中央服务器单元的工况识别模块对接收到的信息解包后获得车辆位置信息及车速信息；然后，工况识别模块根据储存的一定时间周期内的速度，提取出每个周期内的工况特征参数，所述的工况特征参数分别是平均速度、怠速时间百分比、运行平均速度、平均减速度和平均加速度；所述的一定时间周期的速度的时间历程由车速传感器采集得到，周期设置为N秒；根据工况特征参数识别出当前行驶工况的类型，并将识别结果存储至存储响应模块；
D、调整控制参数
中央服务器单元的工况识别模块接收车速信息解包后进行工况识别的同时，工况识别模块根据当前车辆GPS位置信息和电子地图判断汽车行驶所在路段，在存储响应模块中查找通过相同路段的前车工况识别结果，通过信息传输模块将该路段的前车工况识别结果及车辆GPS位置信息传回到当前车辆；当前车辆的整车控制模块根据实时GPS位置信号调用接收到的相应位置的工况识别结果，并调用该工况下当前车辆对应的最优控制参数-发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i；然后，整车控制模块根据最优控制参数及车速、驾驶员踏板开度信息和动力电池荷电状态判断当前车辆工作模式，确定发动机输出转矩Te和电动机输出转矩Tm，实现对整车的优化控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于混合动力公交车行驶线路固定，前后车通过同一路段时间间隔短，故本发明利用车联网通过中央服务器可将前车工况识别结果用于后车控制参数优化，相比目前未涉及车联网的控制方法，增加了其对工况动态变化的适应能力，更符合实际道路状态，使车辆能够根据当前位置直接调用前车的工况识别结果。
2、由于本发明通过将前车在某一路段的行驶工况信息传输至中央服务器单元，由中央服务器单元进行工况识别并存储，当后车通过相同路段时，中央服务器单元根据其位置信息，将前车在该路段内的工况识别结果发送给后车，用于后车控制参数的调整，避免了采集本车信息经识别后进行本车控制方法存在延迟、不准确的弊端，进一步提高了车辆的燃油经济性和排放性。
附图说明
本发明共有附图3张，其中：
图1是本发明基于车联网的混合动力公交车的控制方法的流程图。
图2是本发明混合动力公交车与中央服务器信息传输示意图。
图3是混合动力公交车控制参数调用流程图。
图中：1、整车控制模块，2、数据采集模块，3、信息传输模块，4、工况识别模块，5、存储响应模块，10、车载单元，11、混合动力公交车A，12、混合动力公交车B，13、混合动力公交车C，14、混合动力公交车D，20、中央服务器单元。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式；如图1-2所示，一种混合动力公交车的控制***，包括车载单元10与中央服务器单元20，所述的车载单元10安装在每一辆混合动力公交车上，中央服务器单元20为远程终端、安装在车辆管理中心，所述的车载单元10通过车联网与中央服务器单元20进行通信，所述的车载单元10包括整车控制模块1、数据采集模块2和信息传输模块3；所述的中央服务器单元20包括工况识别模块4和存储响应模块5；所述的整车控制模块1接收当前车辆GPS位置信息以及前车工况识别结果；数据采集模块2负责当前车辆实时位置信息和车速信息的采集并发送到整车控制模块1和信息传输模块3；信息传输模块3接收数据采集模块2的当前车辆GPS位置信息、车速信息以及存储响应模块5的前车工况识别结果并发送这些信息给工况识别模块4和整车控制模块1；工况识别模块4接收当前车辆GPS位置信息和车速信息，并发送对应位置信息的工况识别结果给存储响应模块5；存储响应模块5接收对应位置信息的工况识别结果并发送当前位置的前车工况识别结果给信息传输模块3；所述的前车是指当前位置的前一时刻的前一车辆；
所述的车联网为所有混合动力公交车的车载单元10与同一个中央服务器单元20之间进行通信的网络。
如图1-3所示，本发明的控制方法如下：
首先，准备阶段的控制参数优化，通过主成分分析和聚类分析技术对混合动力公交车历史行驶工况数据进行分析，将其划分为四种不同类型的行驶工况：市中心区行驶工况、市内较通畅区行驶工况、近郊区行驶工况、远郊区行驶工况；不同行驶工况下对应着不同的两种最优控制参数：发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm；其中发动机关断扭矩系数α用于确定混合动力公交车发动机关闭时的最小需求扭矩，纯电动模式车速上限值Vm用于确定纯电动模式下的最大车速；
在四种不同工况下，分别选取不同的发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm应用高级车辆仿真软件advisor对目标车辆进行仿真实验；其中α分别取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5；Vm分别取0、2、4、6、8、10；比较仿真结果，确定每种工况下百公里油耗最小时对应的发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i，其中i=1、2、3、4；即为该工况下的两种最优控制参数，将其存储于整车控制模块1中；
上述阶段为车辆实时行驶过程的控制参数调节提供准备，接下来结合图2说明车辆行驶过程中的控制步骤：
数据采集与传输
混合动力公交车A11、混合动力公交车B12、混合动力公交车C13和混合动力公交车D14内的车速传感器分别采集车速信息用于工况识别，GPS***采集车辆地理位置信息用于判断车辆所在行驶路段；将采集到的数据通过信息传输模块3发送到车联网中，并由中央服务器单元20接收；
工况识别
中央服务器单元20对接收到的数据解包后获得车辆位置信息及车速信息；根据中央服务器单元20储存的一定时间周期内的速度，提取出每个周期内的5个工况特征参数，分别是平均速度、怠速时间百分比、运行平均速度、平均减速度和平均加速度；所述的一定时间周期的速度时间历程由车速传感器采集得到，周期可以设置为100秒；根据这5个工况特征参数识别出当前行驶工况的类型；并将识别结果分别存储至存储响应模块5等待调用；
调用控制参数
中央服务器单元20向车辆返回工况识别结果信息的过程以混合动力公交车D14为例；图中S1、S2分别为混合动力公交车C13行驶过程中设定周期内通过的路段始末位置；当混合动力公交车D14通过混合动力公交车C13的位置S1时，中央服务器单元20的工况识别模块4接收混合动力公交车D14行驶数据解包后进行工况识别的同时，根据GPS位置信息和电子地图判断汽车行驶所在路段，调用存储响应模块5中混合动力公交车C13通过此位置时前方路段S1S2的识别结果，将该路段S1S2内的行驶工况识别结果与对应的GPS位置信息通过信息传输模块3返回给混合动力公交车D14；混合动力公交车D14的整车控制模块1根据GPS位置信号调用接收到相应位置的工况识别结果并判断该工况下对应的最优控制参数发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i；然后，混合动力公交车D14的整车控制器根据最优控制参数及车速、驾驶员踏板开合义度、电池荷电状态（SOC）等信号判断车辆工作模式，确定发动机输出转矩Te和电动机输出转矩Tm，实现对整车的优化控制；调用控制参数的过程如图3所示；混合动力公交车A11、混合动力公交车B12和混合动力公交车C13接收中央服务器单元20的工况识别结果，调用控制参数的过程与混合动力公交车D14相似，即混合动力公交车B12调用混合动力公交车A11识别结果，混合动力公交车C13调用混合动力公交车B12识别结果，在此不再赘述。

Claims (2)

1.一种混合动力公交车的控制***，其特征在于：包括车载单元(10)与中央服务器单元(20)，所述的车载单元(10)安装在每一辆混合动力公交车上，中央服务器单元(20)为远程终端、安装在车辆管理中心，所述的车载单元(10)通过车联网与中央服务器单元(20)进行通信，所述的车载单元(10)包括整车控制模块(1)、数据采集模块(2)和信息传输模块(3)；所述的中央服务器单元(20)包括工况识别模块(4)和存储响应模块(5)；所述的整车控制模块(1)接收当前车辆GPS位置信息以及前车工况识别结果；数据采集模块(2)负责当前车辆实时位置信息和车速信息的采集并发送到整车控制模块(1)和信息传输模块(3)；信息传输模块(3)接收数据采集模块(2)的当前车辆GPS位置信息、车速信息以及存储响应模块(5)的前车工况识别结果并发送这些信息给工况识别模块(4)和整车控制模块(1)；工况识别模块(4)接收当前车辆GPS位置信息和车速信息，并发送对应位置信息的工况识别结果给存储响应模块(5)；存储响应模块(5)接收对应位置信息的工况识别结果并发送当前位置的前车工况识别结果给信息传输模块(3)；所述的前车是指当前位置的前一时刻的前一车辆；
所述的车联网为所有混合动力公交车的车载单元(10)与同一个中央服务器单元(20)之间进行通信的网络；
所述的整车控制模块(1)负责在车辆准备阶段确定不同工况下的最优控制参数并在当前车辆运行阶段根据工况识别结果和当前车辆GPS位置信息进行控制参数调整；
所述的数据采集模块(2)包括GPS***和车速传感器，负责采集当前车辆的GPS位置信号和车速信息；
所述的工况识别模块(4)负责将接收到的工况信息进行识别分类，并通过安装在工况识别模块(4)中的电子地图与接收到的车辆GPS位置信息确定车辆行驶路段；
所述的存储响应模块(5)负责将工况识别结果及行驶路段信息存储，并根据工况识别模块(4)发送的当前车辆GPS位置信息，调用前车的工况识别结果。
2.一种如权利要求1所述的混合动力公交车的控制***的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、控制***准备阶段的控制参数优化
通过对公交车行驶工况特征参数进行主成分分析和聚类分析，将其划分为四种不同类型的行驶工况：市中心区行驶工况、市内较通畅区行驶工况、近郊区行驶工况和远郊区行驶工况；对于每一类行驶工况都有最优的发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm两个控制参数；在四种不同工况下，分别选取不同的发动机关断扭矩系数α和纯电动模式车速上限值Vm应用高级车辆仿真软件advisor对混合动力公交车进行仿真实验，得到车辆的燃油消耗值；确定每种工况下最佳燃油经济性对应的发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i，即为该工况下的最优控制参数，将其存储于整车控制模块(1)中；
B、车辆运行阶段的数据采集与传输
在车辆运行阶段，由数据采集模块(2)中的车速传感器和GPS***分别采集当前车辆的车速信息和车辆GPS位置信息，并将采集到的信息通过信息传输模块(3)发送至中央服务器单元(20)的工况识别模块(4)与存储响应模块(5)；
C、工况识别
中央服务器单元(20)的工况识别模块(4)对接收到的信息解包后获得车辆位置信息及车速信息；然后，工况识别模块(4)根据储存的一定时间周期内的速度，提取出每个周期内的工况特征参数，所述的工况特征参数分别是平均速度、怠速时间百分比、运行平均速度、平均减速度和平均加速度；所述的一定时间周期的速度的时间历程由车速传感器采集得到，周期设置为N秒；根据工况特征参数识别出当前行驶工况的类型，并将识别结果存储至存储响应模块(5)；
D、调整控制参数
中央服务器单元(20)的工况识别模块(4)接收车速信息解包后进行工况识别的同时，工况识别模块(4)根据当前车辆GPS位置信息和电子地图判断汽车行驶所在路段，在存储响应模块(5)中查找通过相同路段的前车工况识别结果，通过信息传输模块(3)将该路段的前车工况识别结果及车辆GPS位置信息传回到当前车辆；当前车辆的整车控制模块(1)根据实时GPS位置信号调用接收到的相应位置的工况识别结果，并调用该工况下当前车辆对应的最优控制参数-发动机关断扭矩系数α-i及纯电动模式车速上限值Vm-i；然后，整车控制模块(1)根据最优控制参数及车速、驾驶员踏板开度信息和动力电池荷电状态判断当前车辆工作模式，确定发动机输出转矩Te和电动机输出转矩Tm，实现对整车的优化控制。
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