一种扭矩分配的方法、装置及设备与流程

1.本技术涉及汽车控制技术领域，具体涉及一种扭矩分配的方法、装置及设备。


背景技术：

2.混合动力汽车是缓减全球能源与环境危机，实现汽车产业跨越式发展的重要产品，其多能量源耦合驱动的构型特点为车辆节能减排潜力的深度挖掘提供了基础。合理的能量管理策略能够在保证车辆动力性的同时，提高燃油经济性。
3.庞特利亚金极小值原理(pontryagin’s minimum principle，pmp)算法的效燃料消耗最小化策略(equivalent consumption minimum strategy，ecms)能够快速求解混合动力汽车中的最优能量分配的问题。但是目前pmp算法中哈密尔顿函数的构建仅依据研究目标设定，且无法得到准确的哈密尔顿函数中的协态变量初值，可能会造成利用pmp算法求解最优能量分配时，得不到准确的结果。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种扭矩分配的方法、装置及设备，能够在利用pmp算法对发动机的输出扭矩进行分配时，得到准确的分配结果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种扭矩分配的方法，所述方法包括：
6.从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；
7.根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值；其中，所述协态变量与车辆的运行数据存在对应关系；所述关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系，所述协态变量是对所述关系模型进行变换后确定的；
8.从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。
9.在上述实施例中，通过当前发动机转速，可以得到预设发动机效率下的多个输出扭矩，基于多个输出扭矩，可以得到满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，通过预先构建的关系模型，可以得到至少一个候选输出扭矩各自的能量值，从各能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，将目标能量值对应的输出扭矩作为当前发动机的实际输出扭矩。本技术实施例没有计算所有输出扭矩对应的能量值，而是从中选取满足条件的部分输出扭矩计算能量值，节省了不必要的计算步骤，同时也避免了不满足预设条件的输出扭矩对最终结果的影响。
10.在一种可能的实施方式中，采取如下方式构建所述关系模型：
11.将发动机油耗函数、电池荷电状态函数与协态变量的乘积、以及超边界惩罚函数进行加和，得到所述关系模型；
12.其中，所述发动机油耗函数是基于发动机的实际运行数据构建的，所述电池荷电状态函数是基于电池的实际运行数据构建的，所述超边界惩罚函数是基于预设输出扭矩构建的。
13.在上述实施例中，将基于预设输出扭矩构建的超边界惩罚函数添加到关系模型中，使得关系模型能够识别输出扭矩是否是超边界的。
14.在一种可能的实施方式中，采取如下方式确定所述至少一个候选输出扭矩：
15.将所述多个输出扭矩分别输入所述关系模型包括的所述超边界惩罚函数中，得到所述多个输出扭矩分别对应的超边界惩罚函数的函数值；
16.从所述多个输出扭矩中确定所述函数值小于第二预设阈值的至少一个候选输出扭矩。
17.在上述实施例中，可以利用关系模型包括的超边界惩罚函数判断多个输出扭矩是否满足预设条件(是否在预设边界内)，若任意一个输出扭矩对应的超边界惩罚函数的函数值不小于第二预设阈值，则表明不满足预设条件，即该任意一个输出扭矩超出边界。通过本技术实施例，能够将在预设边界内的输出扭矩选取出来，进而可以保证在后续计算能量值，以及确定实际输出扭矩时，得到准确的结果。
18.在一种可能的实施方式中，采取如下方式确定协态变量：
19.基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量。
20.在上述实施例中，协态变量为未知量，可以通过对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系确定。
21.在一种可能的实施方式中，所述车辆运行数据包括发动机的输出扭矩，所述当前时刻为车辆起始运行的时刻；
22.所述基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量，包括：
23.基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。
24.在一种可能的实施方式中，所述基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量，包括：
25.基于所述协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定各输出扭矩分别对应的候选协态变量；
26.采取二分法策略从各候选协态变量中确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。
27.在上述实施例中，若当前时刻为车辆起始运行的时刻，则可以通过对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定多个输出扭矩分别对应的候选协态变量，然后采用二分法策略从候选协态变量中选取一个目标协态变量。通过本技术实施例明确了车辆起始运行时刻的协态变量的确定流程，避免了盲目迭代求取协态变量的情况，提高了确定车辆起始运行时刻的协态变量的效率。
28.在一种可能的实施方式中，所述车辆运行数据包括电池的荷电状态，所述当前时刻为在车辆运行过程中，除起始运行的时刻之外的其它时刻；
29.所述基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量，包括：
30.基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与电池的荷电状态的对应关系，确定当前时刻电池的荷电状态对应的目标协态变量。
31.在上述实施例中，若当前时刻为除起始运行的时刻之外的其它时刻，则可以通过协态变量与电池的荷电状态的对应关系，得到当前时刻的协态变量，而没有利用确定起始时刻协态变量的方法。本技术实施例提供的计算其它时刻协态变量的方法，在保证了其它时刻协态变量准确性的同时，以及提高扭矩分配的效率。
32.第二方面，本技术实施例提供了一种扭矩分配的装置，所述装置包括：
33.确定多个输出扭矩模块，用于从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；
34.确定能量值模块，用于根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值；其中，所述协态变量与车辆的运行数据存在对应关系；所述关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系，所述协态变量是对所述关系模型进行变换后确定的；
35.确定实际输出扭矩，用于从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。
36.第三方面，本技术实施例提供了一种扭矩分配的设备，所述设备包括：
37.至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述第一方面的方法。
38.第四方面，本技术实施例提供了、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行如上述第一方面的方法。
附图说明
39.图1为根据本发明示例性实施例示例的一种扭矩分配的方法流程示意图；
40.图2为根据本发明示例性实施例示例的一种动力电池等效模型示意图；
41.图3为根据本发明示例性实施例示例的一种确定起始时刻的协态变量的流程示意图；
42.图4为根据本发明示例性实施例示例的一种扭矩分配的方法具体流程示意图；
43.图5为根据本发明示例性实施例示例的一种扭矩分配的仿真系统示意图；
44.图6为根据本发明示例性实施例示例的一种扭矩分配的装置示意图；
45.图7为根据本发明示例性实施例示例的一种扭矩分配的设备示意图。
具体实施方式
46.下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.下面对本技术实施例中的专业术语进行介绍：
48.庞特利亚金极小值原理(pontryagin’s minimum principle，pmp)：为理论依据的等效消耗最小策略，原理为：在控制变量u受限制的情况下，使得目标函数j取极小值，从而求解最优的控制变量。
49.在本技术实施例中，j函数又称为价值函数，是基于研究目标确定的成本函数，由于本技术实施例是基于电池荷电状态(state of charge，soc)平衡的前提下进行的，因此车辆的能量消耗来自于发动机的油耗，价值函数为发动机油耗函数。其中，研究目标可以为油耗经济，或排放不超标等，此处不进行具体限定。soc平衡表示在车辆运行的起始时刻和结束时刻的soc的差值小于预设数值。
50.哈密尔顿(hamilton，h)函数：pmp算法中的函数，由价值函数和协态变量及状态约束组成，是关于控制变量u的函数，系统模型有多少个变量，就有多少个协态；在本技术实施例中，u表示发动机的输出扭矩，h函数的状态约束是基于soc得到的。
51.pmp算法在求解混合动力系统最优能量分配的问题方面被广泛应用，但是目前pmp算法中h函数的构建仅依据研究目标设定，且无法确定h函数中起始时刻的协态变量，可能会造成利用pmp算法求解最优能量分配时，得不到准确的结果。
52.针对上述问题，本技术实施例提供了一种基于pmp算法的扭矩分配方法，应用于混合动力汽车，如图1所示，该方法包括：
53.s101：从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩。
54.发动机效率指的是发动机利用燃料热能的有效程度，对于发动机来说，同一转速下，不同的发动机效率对应的输出扭矩不同。例如，当前发动机的转速为1000rmp，在预设发动机效率为80％～90％的情况下，1000rmp的转速对应的发动机的输出扭矩的范围为200n.m～300n.m之间。然后从200n.m～300n.m随机选取多个输出扭矩，本技术实施例不对选取的方式进行具体限定，可以按照固定的/不固定的间隔选取多个输出扭矩；选取的数值的精度可以精确到个位(如212n.m)，也可以精确到十分位(如204.5n.m)；另外，本技术实施例也不对选取的输出扭矩的数量进行具体限定。
55.s102：根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值。
56.本技术实施例是基于pmp算法确定至少一个候选输出扭矩各自的能量值，主要步骤包括构建h函数(关系模型)、计算协态变量、计算能量值，具体实施方式如下：
57.1、构建h函数。
58.在本技术实施例中，构建h函数即为构建关系模型，关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系。
59.与现有的h函数不同的是，本技术实施例在构建h数时，首先基于预设输出扭矩构建了超边界惩罚函数，超边界惩罚函数如公式1：
60.d＝a*|c
current-c
boderlimit
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1
61.在公式1中，d表示超边界惩罚函数，a为一个设定的高数量级别的常数，如105，c
current
为上述实施例中多个输入扭矩中的任意一个输出扭矩，c
boderlimit
为预设输出扭矩，也就是输出扭矩的限制值，例如，对于某款汽车的发动机，其输出扭矩最大不能超过500n.m，c
boderlimit
的值为500。公式1表示为，若任意一个输出扭矩小于预设输出扭矩，表明该任意一个输出扭矩在给定的模型参数下的限制内，则令c
current
和c
boderlimit
的值相等，超边界惩罚函数的函数值d为0，若任意一个输出扭矩大于预设输出扭矩，表明该任意一个输出扭矩超过给定的模型参数下的限制，则令c
current
和c
boderlimit
的值不相等，超边界惩罚函数的函数值d会比较大。
62.利用上述公式1，可以先从上述多个输出扭矩中确定超边界惩罚函数的函数值小于第二预设阈值的至少一个候选输出扭矩，然后再进行后续s103的步骤，避免了不必要步骤的计算，同时还排除了超出限制的输出扭矩对结果带来的影响，本技术实施例提供的超边界惩罚函数除了可以判断输出扭矩是否超范围外，还可以进一步判断发动机转速、电机转速、点击扭矩是否超范围。
63.除了上述超边界惩罚函数，本技术构建的h函数还包括，发动机油耗函数、电池荷电状态函数和协态变量，具体的，将发动机油耗函数、电池荷电状态函数与协态变量的乘积、以及超边界惩罚函数进行加和，得到h函数，如下述公式2。其中，发动机油耗函数是基于发动机的实际运行数据构建的，具体如公式3，电池荷电状态函数是基于电池的实际运行数据构建的，如公式4。
64.h(u)＝dj+λ
×
ds+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
65.在公式2中，h(u)表示h函数，u表示控制变量，即输出扭矩；j为发动机油耗函数；s为电池荷电状态函数；λ为协态变量；d为超边界惩罚函数，如公式1，dj表示发动机油耗函数对时间的微分，ds表示电池荷电状态函数对时间的微分。
66.j＝∑m(n
eng
,t
eng
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3
67.在公式3中，j表示发动机油耗函数，m为车辆在行驶过程中的油耗总量，n
eng
为发动机的转速，t
eng
为发动机的输出扭矩。
[0068][0069]
在公式4中，s表示电池荷电状态函数，ib(t)为动力电池的电流，由于动力电池可以等效为如图2所示的电压-电阻模型，因此基于等效模型可以得到电池电流的计算公式，如公式5，qb为电池的总容量。
[0070][0071]
在公式5中，ib(t)为动力电池的电流，u(t)为动力电池的开路电压，p(t)为动力电池的输出功率，r(t)为动力电池的内阻。
[0072]
通过上述公式3～公式5构建h函数，得到公式6：
[0073][0074]
在公式6中，h(u)表示h函数，u表示控制变量，即输出扭矩，m为车辆在行驶过程中的油耗总量，n
eng
为发动机的转速，t
eng
为发动机的输出扭矩，λ为协态变量，u(t)为动力电池的开路电压，p(t)为动力电池的输出功率，r(t)为动力电池的内阻，qb为电池的总容量，a为一个设定的高数量级别的常数，如105，c
current
为多个输入扭矩中的任意一个输出扭矩，c
boderlimit
为预设输出扭矩，也就是输出扭矩的限制值。
[0075]
2、计算协态变量。
[0076]
协态变量是用于构建h函数的参数，与车辆的运行数据存在对应关系，例如协态变量与发动机的输出扭矩存在对应关系，与电池的荷电状态存在对应关系。通过上述构建h函数的实施方式可知，预先构建的关系模型中包括协态变量，如果想要完成车辆运行过程中的扭矩分配，需要先确定协态变量，由于协态变量与车辆的运行数据存在对应关系，因此可以基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定协态变量，具体实施方式如下：
[0077]
在本技术实施例中，将确定协态变量的方法分为如下两种：
[0078]
(1)当前时刻为车辆起始运行的时刻。
[0079]
其中，车辆起始运行的时刻为车辆运行过程中的初始时间，例如，车辆在9:00到10:00之间运行，车辆起始运行的时刻为9:00。
[0080]
对于利用pmp算法进行扭矩分配，如何求解车辆起始运行时刻的协态变量至关重要，具体流程如图3所示，
[0081]
s301：基于上述s101，获取多个输出扭矩；
[0082]
s302：将关系模型进行简化，即将上述公式2进行简化，得到h1(u)＝dj+λ
×
ds，h1(u)表示简化后的h函数，dj表示发动机油耗函数对时间的微分，ds表示电池荷电状态函数对时间的微分，λ为协态变量；
[0083]
s303：对简化后的关系模型继续进行变换，得到协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，具体的，令h1(u)对u求导，再令导函数为0，即令d(dj)/du+λ
×
d(ds)/du＝0，得到协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系：
[0084][0085]
其中，d(dj)/du表示发动机油耗函数对时间和输出扭矩的二重微分，d(ds)/du表示电池荷电状态函数对时间和输出扭矩的二重微分，u表示输出扭矩，λ为协态变量；
[0086]
s304：基于协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定各输出扭矩分别对应的候选协态变量，例如存在多个输出扭矩100n.m、105n.m、110n.m、115n.m、120n.m，利用公式7计算100n.m对应的协态变量为a，105n.m对应的协态变量为b，110n.m对应的协态变量为c，100n.m对应的协态变量为d，100n.m对应的协态变量为e，将a、b、c、d、e作为候选协态变量；
[0087]
s305：采取二分法策略从各候选协态变量中确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。
[0088]
二分法查找是一个时间效率极高的算法，尤其是面对大量的数据时，其查找效率
极高，时间复杂度为log(n)，n为数据总量。二分法的主要思想为对所有数据不断地对半折叠，每次查找都能除去一半的数据量，直到最后将所有不符合条件的结果都去除，只剩一个符合条件的结果。
[0089]
本技术实施例设置的条件为：若当前时刻电池的荷电状态和基于任意协态变量得到的下一时刻电池的荷电状态之间的差值小于预设值，则确定该任意协态变量为目标协态变量。其中，任意协态变量对应的下一时刻电池的荷电状态可以通过公式8和公式9得到。
[0090]
λ
t+1
＝λ
t
+δt
×
λ'
t+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式8
[0091][0092]
在公式8和公式9中，h表示h函数，λ
t+1
为下一时刻的协态变量，λ
t
为当前时刻的协态变量，λ'
t+1
表示对下一时刻的协态变量求微分，soc(t+1)为下一时刻的电池荷电状态，δt为当前时刻与上一时刻的时间间隔。
[0093]
首先，根据当前时刻的协态变量与下一时刻协态变量的关系(公式8)，得到下一时刻协态变量的微分，然后根据下一时刻协态变量的微分可以预测下一时刻电池的荷电状态(公式9)，若当前时刻电池的荷电状态与下一时刻电池的荷电状态之间的差值小于预设值，则可以确定该任意协态变量为目标协态变量。
[0094]
基于上述s304的示例，候选协态变量为a、b、c、d、e。本技术实施例将a、b、c、d、e分成两组，得到数组1[a、b、c]和数组2[d、e]，首选根据上述公式8和公式9判断数组2中的d和e是否满足条件，若不满足，则确定目标协态变量在数组1中，然后再将数组1继续进行分组，得到数组1.1[a、b]和数组1.2[c]，并继续判断数组1.2中的元素是否满足条件，若数组1中的d满足条件，则可以将d作为目标协态变量，无需再遍历数组1中的元素。
[0095]
基于二分法策略中“对数据进行多次折叠”的特点，本技术实施例还设置了“迭代次数”和“迭代精度”，当满足迭代次数条件或迭代精度条件时，停止折叠。
[0096]
例如，设置“迭代次数”为100次，第100轮迭代是从位置为第6～8的协态变量中确定目标协态变量，分别判断第6、第7和第8个协态变量，是否满足上述实施例中设置的条件，将满足条件的协态变量作为目标协态变量，若存在多个满足条件的协态变量，则将差值较小的协态变量作为目标协态变量。
[0097]
再例如，设置“迭代精度”为精确到个位，当前轮迭代是从位置为第6～7的协态变量中确定目标协态变量，因为根据(6+7)/2＝6.5，确定下轮迭代精度为十分位，小于预设的精度，这时停止迭代，从第6个和第7个协态变量中选取满足上述实施例中条件的协态变量作为目标协态变量，若存在多个满足条件的协态变量，则将差值较小的协态变量作为目标协态变量。
[0098]
(2)当前时刻为在车辆运行过程中，除起始运行的时刻之外的其它时刻。
[0099]
例如，车辆在9:00～10:00之间运行，车辆起始运行的时刻为9:00，其它时刻为除了9:00以为的时刻，例如9:01、9:02、9:03...10:00。
[0100]
得到车辆起始运行时刻的协态变量后，为了使后续计算简便，可以根据对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与电池的荷电状态的对应关系，对起始时刻的协态变量进行更新，得到下一时刻的协态变量。
[0101]
其中，协态变量与电池的荷电状态的对应关系的推导过程如下述公式10～公式
12：
[0102][0103]
λ
t
＝λ
t-1
+δt
×
λ'
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式11
[0104][0105]
其中，soc(t)为当前时刻的电池的荷电状态，δt为当前时刻与上一时刻的时间间隔，λ
t
为当前时刻的协态变量，λ
t-1
为上一时刻的协态变量，λ'
t
表示对λ
t
进行微分操作。由于当前时刻协态变量的微分与电池的荷电状态以及当前时刻的协态变量均存在关系，则可以通过协态变量的微分得到协态变量与电池的荷电状态的对应关系。通过公式12可知，可以通过当前时刻电池的荷电状态和上一时刻的协态变量得到当前时刻的协态变量。
[0106]
例如，上一时刻的协态变量a，当前时刻的soc为0.5，为2，当前时刻与上一时刻的时间间隔为1分钟，将a代入利用公式12，可以得到当前时刻的协态变量，如a+1
×
2＝f。
[0107]
3、计算至少一个候选输出扭矩的能量值。
[0108]
通过上述s102中的实施方式确定至少一个候选输出扭矩、以及协态变量后，利用关系模型，得到至少一个候选输出扭矩各自的能量值，也就是h函数的函数值。
[0109]
例如，任意一个候选输出扭矩为200n.m，协态变量为a，利用公式6，得到能量值100wh/kg，即候选输出扭矩200n.m对应的能量值为100wh/kg。
[0110]
得到多个能量值后，还需要从多个能量值中选取一个目标能量值，具体实施方式如下述s103。
[0111]
另外，电池产生的电能转换为机械能，用于驱动车辆的电机，电机和发动机用于驱动汽车轮端转动，因此在计算能量值时，不是简单地将候选输出扭矩和协态变量输入公式6，而是需要考虑车辆各零部件之间的动力传动，例如电池-电机-轮端之间的能量传递。
[0112]
对于混合动力车的能量管理策略，可忽略车辆横向、垂向运动，仅对纵向运动做研究，且还可以忽略车轮与地面间的滑移，可以得到车辆纵向动力学运动方程在车速、车轮半径等参数已知情况下，不同时刻车速下的轮端需求的扭矩为公式13。
[0113][0114]
公式13中，t
whl
为轮端需求的扭矩，fr为行驶阻力，具体可以根据在实验中获取的车辆的运行数据获得，m
veh
为整车质量，v’veh
为整车加速度，r
whl
为整车轮端半径，j
whl
为整车轮端转动惯量，w’whl
为整车轮端角加速度，为加权系统，jk为某个驱动部件的转动惯量，驱动部件包括发动机和电机，k为驱动部件的个数，例如2，w’k
表示某个驱动部件的转动角速度。
[0115]
能量管理过程只研究发动机燃油经济性，在满足模型精度要求情况下，忽略发动机的高频动态特性，以提高仿真速度并降低仿真计算成本，并基于发动机台架试验数据建立了发动机的准静态模型如公式14。
[0116]beng
＝c
fuel
(n
eng
,t
eng
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式14
[0117]
在公式14中，b
eng
为燃油消耗率，c
fuel
为发动机燃油消耗函数，n
eng
为发动机的转速，t
eng
为发动机的输出扭矩。
[0118]
电机实际输出转矩与电机和动力电池组特性有关。电机最大驱动转矩和最大发电转矩与其转速相关，电机效率则与其转速和扭矩相关，模型计算公式为公式15。
[0119]
ηm＝f(nm,tm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式15
[0120]
在公式15中，ηm为电机效率，nm为电机转速，tm为电机扭矩。
[0121]
利用公式13～公式15以及公式10～公式12可以分析汽车各零部件的能量是怎么传递的，进而可以得到准确的能量值，求解能量值的具体方法属于本领域的公知常识，此处不再赘述。
[0122]
s103：从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。
[0123]
在确定目标能量值时，可以设置一个预设阈值，从小于预设阈值的能量值中选取一个能量值作为目标能量值，也可以选取最小的能量值作为目标能量值。
[0124]
确定目标能量值后，可以进一步确定与目标能量值对应的候选输出扭矩，并将该候选输出扭矩作为当前发动机的实际输出扭矩。
[0125]
例如，候选扭矩为200n.m对应的能量值为100wh/kg，205n.m对应的能量值为90wh/kg，210n.m对应的能量值为110wh/kg，215n.m对应的能量值为120wh/kg，预设阈值为95wh/kg，小于95wh/kg的能量值为90wh/kg，或从中选取最小的能量值为90wh/kg；然后基于90wh/kg确定候选输出扭矩为205n.m，将205n.m作为当前发动机的实际输出扭矩。
[0126]
下面根据图4对本技术实施例提供的一种扭矩的分配方法进行详细介绍。
[0127]
s401：获取当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；
[0128]
s402：当前时刻是否为车辆起始运行的时刻，若是则执行s403，否则执行s408，其中，车辆起始运行的时刻为车辆运行过程中的初始时间，例如，车辆在9:00到10:00之间运行，车辆起始运行的时刻为9:00；
[0129]
s403：基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机输出扭矩的对应关系，确定当前时刻的协态变量；
[0130]
s404：从多个输出扭矩中选取超边界惩罚函数的函数值小于第二预设阈值的至少一个候选输出扭矩；
[0131]
s405：根据电池的当前荷电状态、协态变量以及至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到至少一个候选输出扭矩各自的能量值；
[0132]
s406：从多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值；
[0133]
s407：基于目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩，结束本流程。
[0134]
s408：基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与电池的荷电状态的对应关系，确定当前时刻的协态变量，并执行s404～s407。
[0135]
本技术实施例提供了一种扭矩分配的方法，在pmp算法的h函数中添加了超边界惩罚函数，使得车辆在进行扭矩分配过程中的超边界情况得到合理的处理，进而使得到的结果更加准确；本技术实施例还明确了pmp算法的协态变量的计算过程，避免了盲目迭代求解
协态变量的情况，加速了起始时刻协态变量的寻找，提高了pmp算法的运行效率。
[0136]
基于相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种扭矩分配的系统，用于对扭矩分配的过程进行仿真，如图5所示，包括信息输入模块、物理模型模块和控制策略模型模块。
[0137]
信息输入模块向控制策略模型模块和物理模型模块输入车辆的运行数据，例如车速、发动机转速；物理模型模块则实现仿真环境下整车运行的实现，控制策略模型模块则根据信息输入模块和物理模型模块给到的信息进行能量管理的控制，并将相关控制信号输出给物理模型模块，物理模型模块和控制策略模型模块形成闭环反馈控制。
[0138]
其中，控制策略模型模块中的电池荷电状态规划模块用于实现电池soc的轨迹规划和协态变量的求解，具体如公式12，并将协态变量传递给扭矩分配模块，由此模块的pmp算法实时进行扭矩分配，并将结果传递给物理模型模块执行。
[0139]
挡位规划模块和离合规划模块分别根据信息输入模块反馈的当前挡位、当前离合、当前发动机转速、当前发动机扭矩等信息，实现对挡位、离合的规划，挡位规划和离合规划属于现有技术，此处不再赘述。
[0140]
基于相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种扭矩分配的装置，如图6所示，该装置包括：
[0141]
确定多个输出扭矩模块601，用于从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；
[0142]
确定能量值模块602，用于根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值；其中，所述协态变量与车辆的运行数据存在对应关系；所述关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系，所述协态变量是对所述关系模型进行变换后确定的；
[0143]
确定实际输出扭矩模块603，用于从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。
[0144]
在一种可能的实施方式中，该装置还包括构建模块，用于采取如下方式构建所述关系模型：
[0145]
将发动机油耗函数、电池荷电状态函数与协态变量的乘积、以及超边界惩罚函数进行加和，得到所述关系模型；
[0146]
其中，所述发动机油耗函数是基于发动机的实际运行数据构建的，所述电池荷电状态函数是基于电池的实际运行数据构建的，所述超边界惩罚函数是基于预设输出扭矩构建的。
[0147]
在一种可能的实施方式中，确定能量值模块602用于采取如下方式确定所述至少一个候选输出扭矩：
[0148]
将所述多个输出扭矩分别输入所述关系模型包括的所述超边界惩罚函数中，得到所述多个输出扭矩分别对应的超边界惩罚函数的函数值；
[0149]
从所述多个输出扭矩中确定所述函数值小于第二预设阈值的至少一个候选输出扭矩。
[0150]
在一种可能的实施方式中，确定能量值模块602用于采取如下方式确定协态变量：
[0151]
基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量。
[0152]
在一种可能的实施方式中，所述车辆运行数据包括发动机的输出扭矩，所述当前时刻为车辆起始运行的时刻；
[0153]
确定能量值模块602用于基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。
[0154]
在一种可能的实施方式中，确定能量值模块602用于基于所述协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定各输出扭矩分别对应的候选协态变量；
[0155]
采取二分法策略从各候选协态变量中确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。
[0156]
在一种可能的实施方式中，车辆运行数据包括电池的荷电状态，所述当前时刻为在车辆运行过程中，除起始运行的时刻之外的其它时刻；
[0157]
确定能量值模块602用于基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与电池的荷电状态的对应关系，确定当前时刻电池的荷电状态对应的目标协态变量。
[0158]
基于相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种扭矩分配的设备，所述设备包括：
[0159]
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行扭矩分配的方法。
[0160]
如图7所示，所述设备包括处理器701、存储器702和通信接口703；总线704。其中，处理器701、存储器702和通信接口703通过总线704相互连接。
[0161]
所述处理器701，用于读取存储器702中的指令并执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述实施例提供的扭矩分配的方法。
[0162]
所述存储器702，用于存储上述实施例提供的扭矩分配的方法的各种指令以及程序。
[0163]
所述通信接口703，用于瞬态烟度传感器和电子控制单元之间的数据交互。
[0164]
总线704可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0165]
处理器701可以是中央处理器(central processing unit，简称cpu)，网络处理器(network processor，简称np)，图像处理器(graphic processing unit，简称gpu)或者cpu、np、gpu的任一组合。还可以是硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，简称asic)，可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，简称cpld)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)，通用阵列逻辑(generic array logic，简称gal)或其任意组合。
[0166]
基于相同的发明构思，本技术实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括：
[0167]
传感器，用于实时采集发动机的转速，并发送至电子控制单元；
[0168]
电子控制单元，接收传感器发送的发动机转速，并根据发动机转速，执行上述扭矩分配的方法；
[0169]
另外，本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序所述计算机程序用于使计算机执行上述实施例中的一种扭矩分配的方法。
[0170]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0171]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上，使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0172]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0173]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种扭矩分配的方法，其特征在于，应用于混合动力车辆，所述方法包括：从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值；其中，所述协态变量与车辆的运行数据存在对应关系；所述关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系，所述协态变量是对所述关系模型进行变换后确定的；从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采取如下方式构建所述关系模型：将发动机油耗函数、电池荷电状态函数与协态变量的乘积、以及超边界惩罚函数进行加和，得到所述关系模型；其中，所述发动机油耗函数是基于发动机的实际运行数据构建的，所述电池荷电状态函数是基于电池的实际运行数据构建的，所述超边界惩罚函数是基于预设输出扭矩构建的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采取如下方式确定所述至少一个候选输出扭矩：将所述多个输出扭矩分别输入所述关系模型包括的所述超边界惩罚函数中，得到所述多个输出扭矩分别对应的超边界惩罚函数的函数值；从所述多个输出扭矩中确定所述函数值小于第二预设阈值的至少一个候选输出扭矩。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采取如下方式确定协态变量：基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车辆运行数据包括发动机的输出扭矩，所述当前时刻为车辆起始运行的时刻；所述基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量，包括：基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量，包括：基于所述协态变量与发动机的输出扭矩的对应关系，确定各输出扭矩分别对应的候选协态变量；采取二分法策略从各候选协态变量中确定当前时刻发动机转速在预设发动机效率下的各输出扭矩对应的目标协态变量。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车辆运行数据包括电池的荷电状态，所述当前时刻为在车辆运行过程中，除起始运行的时刻之外的其它时刻；
所述基于对所述关系模型进行变换得到的协态变量与车辆运行数据的关系，确定当前时刻的车辆运行数据对应的目标协态变量，包括：基于对预先构建的关系模型进行变换得到的协态变量与电池的荷电状态的对应关系，确定当前时刻电池的荷电状态对应的目标协态变量。8.一种扭矩分配的装置，其特征在于，所述装置包括：确定多个输出扭矩模块，用于从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；确定能量值模块，用于根据电池的当前荷电状态、协态变量以及所述多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用所述关系模型，得到所述至少一个候选输出扭矩各自的能量值；其中，所述协态变量与车辆的运行数据存在对应关系；所述关系模型用于描述发动机的输出扭矩、协态变量、电池的荷电状态、与车辆行驶产生的能量值之间的关系，所述协态变量是对所述关系模型进行变换后确定的；确定实际输出扭矩，用于从所述多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的所述目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。9.一种扭矩分配的设备，其特征在于，所述设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-7中任何一项所述的方法。10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行如权利要求1-7任何一项所述的方法。

技术总结
本申请提供了一种扭矩分配的方法、装置及设备，应用于混合动力汽车，该方法包括：从发动机转速、发动机的输出扭矩的取值范围以及发动机效率的映射关系中，确定当前发动机转速在预设发动机效率下的多个输出扭矩；根据电池的当前荷电状态、协态变量以及多个输出扭矩中满足预设条件的至少一个候选输出扭矩，利用关系模型，得到至少一个候选输出扭矩各自的能量值；从多个输出扭矩各自的能量值中选取一个小于第一预设阈值的目标能量值，并基于选取出的目标能量值对应的输出扭矩确定当前发动机的实际输出扭矩。通过上述方法，能够在利用PMP算法对发动机的输出扭矩进行分配时，得到准确的分配结果。配结果。配结果。


技术研发人员：辛英 王汉瑞 付冰雪 王飞 逯超
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/31