基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)與方法。能量管理系統(tǒng)包括信號(hào)采集agent、預(yù)測(cè)agent、蓄電池agent、能量管理agent和執(zhí)行agent，信號(hào)采集agent通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元收集車(chē)輛的車(chē)況信息和環(huán)境信息，并把這些信息傳輸給預(yù)測(cè)agent，預(yù)測(cè)agent根據(jù)這些信號(hào)預(yù)測(cè)出車(chē)輛將來(lái)一小段行駛工況并把預(yù)測(cè)信息傳輸給能量管理agent，能量管理agent根據(jù)預(yù)測(cè)agent傳來(lái)的信息以及蓄電池agent傳輸?shù)男畔⒂?jì)算出車(chē)輛能量最優(yōu)分配并把此分配指令傳輸至執(zhí)行agent，最后執(zhí)行agent執(zhí)行能量在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間分配方案。本發(fā)明可以提前預(yù)測(cè)車(chē)輛未來(lái)一小段的行車(chē)狀況，進(jìn)行能量管理優(yōu)化控制，既達(dá)到了優(yōu)化的目的又避免了進(jìn)行全局優(yōu)化需要準(zhǔn)確知道整個(gè)行駛工況的局面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多智能體技術(shù)的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的能量管理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能量管理系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車(chē)作為現(xiàn)代文明的一大標(biāo)志，給人們帶來(lái)舒適與便利的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染與能源消耗，為了緩解環(huán)境污染和能源消耗這兩大問(wèn)題，各國(guó)都在發(fā)展具有節(jié)能、清潔特點(diǎn)的新能源汽車(chē)，而混合動(dòng)力汽車(chē)是目前世界上真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的新能源汽車(chē)，在今后長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍將是新能源汽車(chē)發(fā)展的主流。
[0003]混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)按照汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的的特點(diǎn)一般分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和串、并混合式。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)指的是車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力可由電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給，它能夠在較低負(fù)荷時(shí)單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，而需要大功率時(shí)可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。
[0004]由于并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輪之間為機(jī)械連接，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間受車(chē)輛運(yùn)行工況的影響較大，不能總是處于最大效率區(qū)，需依賴(lài)于合理的能量管理系統(tǒng)與方法。能量管理系統(tǒng)與方法的核心就是能量管理策略。目前混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理策略大致可以分為基于規(guī)則的能量管理策略和基于優(yōu)化的能量管理策略?xún)深?lèi)?；谝?guī)則的能量管理策略由于功率的分配沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化，不能充分發(fā)揮能量管理的優(yōu)勢(shì)。全局優(yōu)化能量管理策略因?yàn)樾枰獪?zhǔn)確知道整個(gè)行駛工況，要求過(guò)于苛刻，相反等效燃油最小的能量管理策略只是對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的優(yōu)化，對(duì)車(chē)輛未來(lái)行駛工況信息考慮不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)行能量管理存在的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)與方法，其能在車(chē)輛行駛時(shí)依據(jù)車(chē)速、加速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向燈等車(chē)輛行駛狀態(tài)參數(shù)以及GPS、GIS采集到的道路信息或交通狀況預(yù)測(cè)出車(chē)輛未來(lái)一小段的行駛工況，以此作為系統(tǒng)前一時(shí)刻的輸入，在線求解一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題，得到未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)(預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi))的最優(yōu)控制序列，將該控制序列的第一個(gè)控制量作為此時(shí)刻的輸入作用到系統(tǒng)，在下一時(shí)刻重復(fù)上述過(guò)程。從而對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)各組成部件(如電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池組、傳動(dòng)裝置等)之間功率流的大小和方向進(jìn)行有效的分配，以滿(mǎn)足駕駛員所需的牽引動(dòng)力，維持電池電量，降低油耗，減少尾氣排放實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案為:
基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)，包括信號(hào)采集agent、預(yù)測(cè)agent、蓄電池agent、能量管理agent和執(zhí)行agent,其特征在于，信號(hào)采集agent通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元收集車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行環(huán)境信息，并把這些信號(hào)傳輸給預(yù)測(cè)agent，預(yù)測(cè)agent根據(jù)這些信號(hào)預(yù)測(cè)出車(chē)輛將來(lái)一小段行駛工況并把預(yù)測(cè)信息傳輸給能量管理agent，能量管理agent根據(jù)預(yù)測(cè)agent傳來(lái)的信息以及蓄電池agent傳輸?shù)男畔⒂?jì)算出車(chē)輛能量最優(yōu)分配并把此分配指令傳輸至執(zhí)行agent，最后執(zhí)行agent執(zhí)行能量在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間分配方案。
[0007]所述信息采集agent和執(zhí)行agent為反應(yīng)型agent ;所述預(yù)測(cè)agent為混合型agent ;所述蓄電池agent和能量管理agent為慎思型agent。
[0008]所述數(shù)據(jù)采集單元包括GPS接收器、GIS接收器、節(jié)氣門(mén)傳感器、制動(dòng)踏板傳感器、外部環(huán)境agent和CAN數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0009]基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)的方法，實(shí)現(xiàn)方式步驟如下:
1)信號(hào)采集agent接受車(chē)速、加速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向燈的車(chē)輛行駛狀態(tài)參數(shù)以及GPS接收器、GIS接收器采集到的道路信息和交通狀況的信號(hào)，并把這些信號(hào)傳輸給預(yù)測(cè)agent ；
2)在預(yù)測(cè)agent中把汽車(chē)行駛工況分成3種不同的模式，即低速模式(車(chē)速小于10km/h)、中速模式和高速模式(車(chē)速大于60km/h)，中速模式時(shí)運(yùn)用模糊聚類(lèi)預(yù)測(cè)，低速模式和高速模式使用加速度預(yù)測(cè)方法；
3)由預(yù)測(cè)agent根據(jù)模糊C-均值聚類(lèi)算法將已有的一些標(biāo)準(zhǔn)工況，例如CYC_EUDC、CYC_CBDBUS、CYC_UDDS、CYC_NYCC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮笤O(shè)置為模糊聚類(lèi)中的分組中心，將混合動(dòng)力汽車(chē)行駛的隨機(jī)工況作為樣本，經(jīng)過(guò)模糊聚類(lèi)計(jì)算出其對(duì)于分組中心的隸屬度矩陣，然后根據(jù)隸屬度求出預(yù)測(cè)工況，然后把預(yù)測(cè)結(jié)果傳輸至能量管理agent，同時(shí)蓄電池agent采集到的信息傳輸至能量管理agent ；
4)當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將上坡行駛且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C小于
0.80時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟且對(duì)蓄電池充電；當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將下坡行駛或?qū)⒅苿?dòng)減速且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.50時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)開(kāi)啟且作為車(chē)輛的唯一驅(qū)動(dòng)能源，便于車(chē)輛下坡或制動(dòng)減速時(shí)車(chē)輛可以工作在再生制動(dòng)模式，回收部分制動(dòng)能量并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)能量管理agent判定出電池S0C小于0.20時(shí)，關(guān)閉電機(jī)并使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其充電；當(dāng)蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.90時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，使電機(jī)為車(chē)輛唯一動(dòng)力源。
[0010]本發(fā)明在預(yù)測(cè)agent預(yù)測(cè)出車(chē)輛將上坡行駛且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C小于
0.80時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟且對(duì)蓄電池充電，使電機(jī)能夠在車(chē)輛上坡行駛時(shí)有足夠的能量，并與發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，避免發(fā)動(dòng)機(jī)需要具備較大后備功率的不利因素，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。在預(yù)測(cè)agent預(yù)測(cè)出車(chē)輛將下坡行駛或?qū)⒅苿?dòng)減速且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.50時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)開(kāi)啟且作為車(chē)輛的唯一驅(qū)動(dòng)能源，便于車(chē)輛下坡或制動(dòng)減速時(shí)車(chē)輛切換成再生制動(dòng)模式，此時(shí)汽車(chē)回收部分制動(dòng)能量并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。在蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C小于0.20時(shí)，關(guān)閉電機(jī)并使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其充電；當(dāng)蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.90時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，使電機(jī)為車(chē)輛唯一動(dòng)力源。從而防止電池出現(xiàn)過(guò)沖過(guò)放的現(xiàn)象，延長(zhǎng)電池使用壽命。
[0011]本發(fā)明基于多智能體技術(shù)，使各信息agent以及GPS、GIS收集到的車(chē)輛行駛狀態(tài)參數(shù)及道路信息經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)agent計(jì)算，從而預(yù)測(cè)出車(chē)輛未來(lái)一小段的行駛工況，能量管理agent則根據(jù)此預(yù)測(cè)的行駛工況在發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行合理的功率分配。這樣既克服了基于規(guī)則的能量管理策略缺乏優(yōu)化的功能，又避免了全局優(yōu)化能量管理策略需要準(zhǔn)確知道整個(gè)行駛工況的局面。本發(fā)明的有益效果是:
(1)可以提前預(yù)測(cè)車(chē)輛未來(lái)一小段的行車(chē)狀況，進(jìn)行能量管理優(yōu)化控制，既達(dá)到了優(yōu)化的目的又避免了進(jìn)行全局優(yōu)化需要準(zhǔn)確知道整個(gè)行駛工況的局面。
[0012]( 2 )可以防止蓄電池的過(guò)放過(guò)充現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)各功能agent的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)信息采集agent工作示意圖，(b)預(yù)測(cè)agent工作示意圖，(c)蓄電池agent工作示意圖，(d)能量管理agent工作示意圖，(e)執(zhí)行agent工作示意圖；
圖3為本發(fā)明的混合動(dòng)力汽車(chē)行駛工況預(yù)測(cè)算法流程圖；
圖4為本發(fā)明的能量管理agent工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明旨在通過(guò)預(yù)測(cè)車(chē)輛將來(lái)一小段行駛工況，以此作為系統(tǒng)輸入來(lái)進(jìn)行并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的能量合理分配，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。
[0015]本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括信號(hào)采集agent,預(yù)測(cè)agent,蓄電池agent,能量管理agent,執(zhí)行agent。根據(jù)各agent的特點(diǎn)，將信息采集agent和執(zhí)行agent設(shè)為反應(yīng)型agent ;將預(yù)測(cè)agent設(shè)為混合型agent ;將蓄電池agent和能量管理agent設(shè)為慎思型agent,如圖2所示。
[0016]本發(fā)明的管理流程如下:
1、由信號(hào)采集agent采集車(chē)速、車(chē)輛加速度、前方道路參數(shù)、前方交通狀況等信號(hào)并傳輸至預(yù)測(cè)agent ；
2、在預(yù)測(cè)agent中把汽車(chē)行駛工況分成3種不同的模式，即低速模式(車(chē)速小于10km/h)、中速模式和高速模式(車(chē)速大于60km/h)，中速模式時(shí)運(yùn)用模糊聚類(lèi)預(yù)測(cè)，低速模式和高速模式使用加速度預(yù)測(cè)方法；
3、由預(yù)測(cè)agent根據(jù)模糊C-均值聚類(lèi)算法將已有的一些標(biāo)準(zhǔn)工況，例如CYC_EUDC、CYC_CBDBUS、CYC_UDDS、CYC_NYCC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮笤O(shè)置為模糊聚類(lèi)中的分組中心，將混合動(dòng)力汽車(chē)行駛的隨機(jī)工況作為樣本，經(jīng)過(guò)模糊聚類(lèi)計(jì)算出其對(duì)于分組中心的隸屬度矩陣，然后根據(jù)隸屬度求出預(yù)測(cè)工況，然后把預(yù)測(cè)結(jié)果傳輸至能量管理agent，同時(shí)蓄電池agent采集到的信息傳輸至能量管理agent ；
4、當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將上坡行駛且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C小于
0.80時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟且對(duì)蓄電池充電；
5、當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將下坡行駛或?qū)⒅苿?dòng)減速且蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.50時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)開(kāi)啟且作為車(chē)輛的唯一驅(qū)動(dòng)能源，便于車(chē)輛下坡或制動(dòng)減速時(shí)車(chē)輛可以工作在再生制動(dòng)模式，回收部分制動(dòng)能量并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；
6、當(dāng)能量管理agent判定出電池S0C小于0.20時(shí)，關(guān)閉電機(jī)并使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其充電；當(dāng)蓄電池agent檢測(cè)出電池S0C大于0.90時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，使電機(jī)為車(chē)輛唯一動(dòng)力源。
【權(quán)利要求】
1.基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)，包括信號(hào)采集agent、預(yù)測(cè)agent、蓄電池agent、能量管理agent和執(zhí)行agent,其特征在于，信號(hào)采集agent通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元收集車(chē)輛的車(chē)況信息和環(huán)境信息，并把這些信息傳輸給預(yù)測(cè)agent，預(yù)測(cè)agent根據(jù)這些信號(hào)預(yù)測(cè)出車(chē)輛將來(lái)一小段行駛工況并把預(yù)測(cè)信息傳輸給能量管理agent，能量管理agent根據(jù)預(yù)測(cè)agent傳來(lái)的信息以及蓄電池agent傳輸?shù)男畔⒂?jì)算出車(chē)輛能量最優(yōu)分配并把此分配指令傳輸至執(zhí)行agent，最后執(zhí)行agent執(zhí)行能量在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間分配方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集agent和執(zhí)行agent為反應(yīng)型agent ;所述預(yù)測(cè)agent為混合型agent ;所述蓄電池agent和能量管理agent為慎思型agent。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括GPS接收器、GIS接收器、節(jié)氣門(mén)傳感器、制動(dòng)踏板傳感器、外部環(huán)境agent和CAN數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述基于多智能體技術(shù)的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理系統(tǒng)的方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)方式步驟如下:1)信號(hào)采集agent接受車(chē)速、加速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向燈的車(chē)輛行駛狀態(tài)參數(shù)以及GPS接收器、GIS接收器采集到的道路信息和交通狀況的信號(hào)，并把這些信號(hào)傳輸給預(yù)測(cè)agent ；2)在預(yù)測(cè)agent中把汽車(chē)行駛工況分成3種不同的模式，即低速模式:車(chē)速小于10km/h、中速模式和高速模式:車(chē)速大于60km/h，中速模式時(shí)運(yùn)用模糊聚類(lèi)預(yù)測(cè)，低速模式和高速模式使用加速度預(yù)測(cè)方法；3)由預(yù)測(cè)agent根據(jù)模糊C-均值聚類(lèi)算法將已有的一些標(biāo)準(zhǔn)工況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮笤O(shè)置為模糊聚類(lèi)中的分組中心，將混合動(dòng)力汽車(chē)行駛的隨機(jī)工況作為樣本，經(jīng)過(guò)模糊聚類(lèi)計(jì)算出其對(duì)于分組中心的隸屬度矩陣，然后根據(jù)隸屬度求出預(yù)測(cè)工況，然后把預(yù)測(cè)結(jié)果傳輸至能量管理agent,同時(shí)蓄電池agent采集到的信息傳輸至能量管理agent ；4)當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將上坡行駛且蓄電池agent檢測(cè)出電池SOC小于.0.80時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟且對(duì)蓄電池充電；當(dāng)能量管理agent判定出車(chē)輛將下坡行駛或?qū)⒅苿?dòng)減速且蓄電池agent檢測(cè)出電池SOC大于0.50時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)開(kāi)啟且作為車(chē)輛的唯一驅(qū)動(dòng)能源，便于車(chē)輛下坡或制動(dòng)減速時(shí)車(chē)輛可以工作在再生制動(dòng)模式，回收部分制動(dòng)能量并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)能量管理agent判定出電池SOC小于0.20時(shí)，關(guān)閉電機(jī)并使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其充電；當(dāng)蓄電池agent檢測(cè)出電池SOC大于0.90時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，使電機(jī)為車(chē)輛唯一動(dòng)力源。
【文檔編號(hào)】B60W20/00GK103640569SQ201310616569
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】梁軍, 葛慧敏, 陳龍, 陳小波, 沈偉國(guó), 李世浩 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)