车辆能量热管理协同控制方法及相关设备与流程

本技术涉及新能源车辆，更具体地说，本技术涉及一种车辆能量热管理协同控制方法及相关设备。

背景技术：

1、随着新能源汽车及混合动力汽车技术的不断发展，混合动力车辆通过发动机与动力电池等多种动力源协同工作，实现了车辆动力需求与燃油经济性的兼顾。作为影响混合动力车辆动力性、经济性及运行可靠性的重要控制环节，能量管理策略用于对发动机、电池等动力源的功率分配进行控制，而热管理策略则用于对发动机、电池及冷却系统等部件的热状态进行调节，因此，能量管理与热管理之间存在较为密切的耦合关系。特别是在高温、高原、长距离爬坡等复杂运行工况下，车辆动力需求和热负荷均会明显增加，对能量管理与热管理的协同控制能力提出了更高要求。

2、相关技术中，混合动力车辆的能量管理与热管理通常采用相对独立的控制方式，soc控制主要依据预设目标或固定分级策略，热管理则通常在温度达到阈值后进行响应，难以综合考虑车辆能量状态、热状态及后续道路负荷变化，尤其在低soc、高温、持续爬坡等复杂工况下，难以及时根据热状态变化趋势和导航地图信息提前调整能量分配及控制策略，容易导致发动机负荷与热负荷进一步增加，影响车辆的动力性和运行稳定性。也即，相关技术中车辆在进入高负荷工况前无法及时调整soc及发动机运行状态，使发动机在高热负荷状态下持续运行，容易造成水温快速升高甚至超温保护，进而引起发动机限功率或动力输出受限，存在车辆的动力性差和运行稳定性差的技术问题。

技术实现思路

1、在本技术的 技术实现要素： 部分中，对相关技术方案进行了概括性说明，并引入了一系列简化表述的概念，相关内容将在具体实施方式部分中作进一步详细阐述。本发明内容部分不应被理解为对所要求保护的技术方案的关键特征或必要技术特征作出限定，也不用于限定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、本技术提供的车辆能量热管理协同控制方法及相关设备，能够通过耦合风险识别、热约束修正及分级响应策略，实现荷电状态与车辆热状态、运行风险及导航信息的协同调节，能够降低能量管理与热管理之间的控制冲突，提高车辆在不同运行状态下的控制适应性。

3、第一方面，本技术提供一种车辆能量热管理协同控制方法，包括：获取目标混合动力车辆的车辆状态参数和环境参数；基于所述车辆状态参数和所述环境参数，进行耦合风险识别和热约束修正处理，得到耦合风险指数和热约束修正参数，其中，所述耦合风险指数用于表征所述目标混合动力车辆的能量管理与热管理之间的耦合风险程度，所述热约束修正参数用于表征热状态对荷电状态的修正量；基于所述耦合风险指数和导航地图参数，确定所述目标混合动力车辆的目标响应等级，其中，所述目标响应等级用于指示所述目标混合动力车辆所采用的分级响应策略；基于所述热约束修正参数和所述目标响应等级，对基础荷电状态进行修正，得到目标荷电状态；基于所述目标荷电状态和所述目标响应等级，对所述目标混合动力车辆执行能量管理与热管理协同控制。

4、在一些实施方式中，所述基于所述车辆状态参数和所述环境参数，进行耦合风险识别和热约束修正处理，得到耦合风险指数和热约束修正参数，包括：对所述车辆状态参数和所述环境参数进行归一化处理，得到归一化状态参数；将所述归一化状态参数输入预设前馈神经网络，得到多个风险权重系数；基于所述多个风险权重系数和预设风险函数，确定所述耦合风险指数；将所述归一化状态参数输入预设强化学习网络，得到所述热约束修正参数。

5、在一些实施方式中，所述预设前馈神经网络包括输入层、多个隐藏层、输出层和约束层；所述将所述归一化状态参数输入预设前馈神经网络，得到多个风险权重系数，包括：通过所述输入层接收所述归一化状态参数；通过所述多个隐藏层采用第一预设激活函数对所述归一化状态参数进行非线性变换，得到隐藏特征；通过所述输出层采用第二预设激活函数对所述隐藏特征进行处理，得到初始权重系数；通过所述约束层对所述初始权重系数进行归一化处理，得到所述多个风险权重系数。

6、在一些实施方式中，所述多个风险权重系数包括第一风险权重系数、第二风险权重系数、第三风险权重系数和第四风险权重系数；所述基于所述多个风险权重系数和预设风险函数，确定所述耦合风险指数，包括：基于所述目标混合动力车辆的电池荷电状态和第一预设风险函数，确定第一风险值；基于所述目标混合动力车辆的冷却液温度和第二预设风险函数，确定第二风险值；基于所述目标混合动力车辆的环境温度、海拔高度和第三预设风险函数，确定第三风险值；基于所述目标混合动力车辆的道路坡度、车速和第四预设风险函数，确定第四风险值；将所述第一风险权重系数与所述第一风险值的乘积、所述第二风险权重系数与所述第二风险值的乘积、所述第三风险权重系数与所述第三风险值的乘积、以及所述第四风险权重系数与所述第四风险值的乘积进行求和，得到所述耦合风险指数。

7、在一些实施方式中，所述热约束修正参数包括第一热约束修正系数和第二热约束修正系数，所述第一热约束修正系数用于对冷却液温度偏差进行比例修正，所述第二热约束修正系数用于对冷却液温度变化率进行微分修正；所述将所述归一化状态参数输入预设强化学习网络，得到所述热约束修正参数，包括：将所述归一化状态参数构建为状态空间；通过动作网络对所述状态空间进行非线性映射处理，得到第一输出均值和第二输出均值，所述第一输出均值用于表征所述第一热约束修正系数的期望值，所述第二输出均值用于表征所述第二热约束修正系数的期望值；基于预设第一取值范围对所述第一输出均值进行映射裁剪，得到所述第一热约束修正系数；基于预设第二取值范围对所述第二输出均值进行映射裁剪，得到所述第二热约束修正系数。

8、在一些实施方式中，所述车辆能量热管理协同控制方法还包括：基于所述状态空间、所述第一热约束修正系数、所述第二热约束修正系数以及预设奖励函数，确定时序差分误差；基于所述时序差分误差对所述动作网络和评价网络进行参数更新，其中，所述评价网络是用于根据所述状态空间、所述第一热约束修正系数和所述第二热约束修正系数输出动作价值的神经网络。

9、在一些实施方式中，所述预设奖励函数包括热安全奖励、经济性奖励和平滑奖励；所述基于所述状态空间、所述第一热约束修正系数、所述第二热约束修正系数以及预设奖励函数，确定时序差分误差，包括：将所述状态空间、所述第一热约束修正系数和所述第二热约束修正系数输入所述评价网络，得到当前动作价值；基于所述目标混合动力车辆的冷却液温度与预设安全水温阈值的关系，确定所述热安全奖励；基于所述目标混合动力车辆的燃油消耗率，确定所述经济性奖励；基于相邻控制周期内所述第一热约束修正系数的变化量和所述第二热约束修正系数的变化量，确定所述平滑奖励；对所述热安全奖励、所述经济性奖励和所述平滑奖励进行加权求和，得到总奖励；基于所述总奖励、预设折扣因子、目标评价网络输出的目标动作价值以及所述当前动作价值，确定所述时序差分误差，其中，所述预设折扣因子是预先设定的用于对后续时间步奖励进行折扣的系数；所述目标评价网络是与所述评价网络结构相同且参数基于所述评价网络的参数进行更新的网络。

10、在一些实施方式中，所述基于所述热约束修正参数和所述目标响应等级，对基础荷电状态进行修正，得到目标荷电状态，包括：获取所述目标混合动力车辆的冷却液温度与预设安全水温阈值之间的温度偏差；基于所述第一热约束修正系数和所述温度偏差，确定第一修正项；基于所述第二热约束修正系数和所述目标混合动力车辆的冷却液温度变化率，确定第二修正项；基于所述目标响应等级，确定目标荷电状态修正幅度；对所述基础荷电状态、所述第一修正项、所述第二修正项和所述目标荷电状态修正幅度进行加权求和，得到所述目标荷电状态。

11、在一些实施方式中，所述导航地图参数包括前方道路类型、前方道路坡度、导航路径信息和车流量信息；所述基于所述耦合风险指数和导航地图参数，确定所述目标混合动力车辆的目标响应等级，包括：基于所述前方道路类型、所述前方道路坡度、所述导航路径信息和所述车流量信息，确定第一风险阈值和第二风险阈值；将所述耦合风险指数与所述第一风险阈值和所述第二风险阈值进行比较，得到比较结果；当所述比较结果表征所述耦合风险指数小于所述第一风险阈值时，确定所述目标响应等级为第一响应等级；当所述比较结果表征所述耦合风险指数大于或等于所述第一风险阈值且小于所述第二风险阈值时，确定所述目标响应等级为第二响应等级；当所述比较结果表征所述耦合风险指数大于或等于所述第二风险阈值时，确定所述目标响应等级为第三响应等级。

12、在一些实施方式中，所述基于所述目标荷电状态和所述目标响应等级，对所述目标混合动力车辆执行能量管理与热管理协同控制，包括：基于所述导航地图参数，判断道路的高负荷路段和低负荷路段，其中，所述高负荷路段是预计驱动功率需求大于第一预设功率阈值的路段，所述低负荷路段是所述预计驱动功率需求小于第二预设功率阈值的路段；在进入所述高负荷路段之前，在所述低负荷路段基于所述目标荷电状态执行预充电控制；在进入所述高负荷路段之后，基于所述目标响应等级执行功率跟随控制，并通过电池输出辅助驱动。

13、在一些实施方式中，所述基于所述目标荷电状态执行预充电控制，包括：基于所述目标荷电状态与所述目标混合动力车辆的当前荷电状态的差值，确定预充电功率需求；控制所述目标混合动力车辆的发动机以所述预充电功率需求对电池进行充电，直至所述当前荷电状态达到所述目标荷电状态。

14、在一些实施方式中，所述基于所述目标响应等级执行功率跟随控制，并通过电池输出辅助驱动，包括：获取所述目标混合动力车辆的当前驱动功率需求；当所述目标响应等级为第一响应等级时，确定发动机功率限值为第一预设功率限值；当所述目标响应等级为第二响应等级时，确定所述发动机功率限值为第二预设功率限值，其中，所述第二预设功率限值小于所述第一预设功率限值；当所述目标响应等级为第三响应等级时，确定所述发动机功率限值为第三预设功率限值，其中，所述第三预设功率限值小于所述第二预设功率限值；控制所述目标混合动力车辆的发动机以小于或等于所述发动机功率限值的功率跟随模式运行；基于所述当前驱动功率需求与所述发动机的实际输出功率的差值，控制电池输出辅助驱动功率。

15、在一些实施方式中，在基于所述目标荷电状态和所述目标响应等级，对所述目标混合动力车辆执行能量管理与热管理协同控制之前，所述车辆能量热管理协同控制方法还包括：获取所述目标混合动力车辆的发动机热效率和冷却系统热负荷；基于所述目标混合动力车辆的环境温度确定第一协同权重系数和第二协同权重系数，其中，所述第一协同权重系数用于表征发动机热效率在协同优化目标值中的权重，所述第二协同权重系数用于表征冷却系统热负荷在所述协同优化目标值中的权重；基于所述第一协同权重系数、所述第二协同权重系数、所述发动机热效率和所述冷却系统热负荷，确定所述协同优化目标值；基于所述协同优化目标值，从多个候选发动机工况点中确定目标工况点，其中，所述目标工况点用于作为所述目标混合动力车辆的发动机执行所述能量管理与热管理协同控制时的运行工况点；所述基于所述目标荷电状态和所述目标响应等级，对所述目标混合动力车辆执行能量管理与热管理协同控制，包括：基于所述目标工况点、所述目标荷电状态和所述目标响应等级，执行所述能量管理与热管理协同控制。

16、在一些实施方式中，所述车辆能量热管理协同控制方法还包括：获取所述目标混合动力车辆的冷却液温度变化率；若所述冷却液温度变化率在预设持续时长内大于或等于预设变化率阈值，则在冷却液温度达到预设警戒阈值之前，进行功率限制操作；基于当前产热功率、散热功率和热惯性模型，预测预设时间段后的冷却液温度；基于所述冷却液温度对所述目标荷电状态进行调整。

17、第二方面，本技术还提供一种车辆能量热管理协同控制装置，包括：参数获取单元，用于获取目标混合动力车辆的车辆状态参数和环境参数；识别修正单元，用于基于所述车辆状态参数和所述环境参数，进行耦合风险识别和热约束修正处理，得到耦合风险指数和热约束修正参数，其中，所述耦合风险指数用于表征所述目标混合动力车辆的能量管理与热管理之间的耦合风险程度，所述热约束修正参数用于表征热状态对荷电状态的修正量；等级确定单元，用于基于所述耦合风险指数和导航地图参数，确定所述目标混合动力车辆的目标响应等级，其中，所述目标响应等级用于指示所述目标混合动力车辆所采用的分级响应策略；荷电修正单元，用于基于所述热约束修正参数和所述目标响应等级，对基础荷电状态进行修正，得到目标荷电状态；协同控制单元，用于基于所述目标荷电状态和所述目标响应等级，对所述目标混合动力车辆执行能量管理与热管理协同控制。

18、第三方面，本技术还提供一种车辆，包括：存储器和处理器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现第一方面所述的车辆能量热管理协同控制方法的步骤。

19、第四方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令或计算机程序，所述计算机可执行指令或所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的车辆能量热管理协同控制方法的步骤。

20、第五方面，本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序或计算机可执行指令，所述计算机程序或计算机可执行指令被处理器执行时，实现本技术实施例提供的车辆能量热管理协同控制方法的步骤。

21、综上，本技术通过获取目标混合动力车辆的车辆状态参数和环境参数，并基于所述车辆状态参数和环境参数进行耦合风险识别，使车辆当前的能量状态、热状态及环境状态能够被综合考虑，进而得到用于表征能量管理与热管理之间耦合风险程度的耦合风险指数；由于耦合风险指数能够反映车辆当前能量管理与热管理之间的关联程度，因此，相较于仅依据单一车辆状态参数进行控制，可为后续分级响应策略的确定提供综合的风险判断依据，从而提高车辆能量管理与热管理协同控制的针对性；在进行耦合风险识别的同时进行热约束修正处理，得到用于表征热状态对荷电状态修正量的热约束修正参数，由此，可将车辆热状态对荷电状态需求的影响引入荷电状态控制过程，使基础荷电状态不再仅依据常规能量管理需求确定，而能够结合车辆热状态进行调整，当车辆热状态变化对荷电状态提出额外约束时，可通过所述热约束修正参数对基础荷电状态进行修正，从而使得到的目标荷电状态能够同时反映车辆能量需求和热状态约束，有利于降低能量管理与热管理相互独立控制所产生的控制冲突；基于耦合风险指数和导航地图参数确定目标响应等级，使车辆不仅能够依据当前耦合风险程度确定相应的分级响应策略，还能够结合导航地图参数确定车辆后续运行过程中的响应方式，由于目标响应等级用于指示车辆所采用的分级响应策略，因此，当车辆处于不同耦合风险程度或对应不同导航地图参数时，可采用相应的控制响应方式，从而使车辆控制能够根据当前风险状态进行分级调整，并提高控制策略与车辆运行状态之间的匹配程度；基于热约束修正参数和目标响应等级对基础荷电状态进行修正得到目标荷电状态，并进一步基于目标荷电状态和目标响应等级执行能量管理与热管理协同控制，由此形成从车辆状态和环境参数获取、耦合风险识别及热约束修正、响应等级确定，到目标荷电状态生成以及协同控制执行的连续控制过程，通过将热约束修正结果与分级响应策略共同用于车辆控制，使荷电状态控制能够受到车辆热状态和风险等级的共同约束，从而实现能量管理与热管理之间的协同调节，并有利于提升车辆在不同运行状态下的控制适应性。综上所述，本技术提供的车辆能量热管理协同控制方法通过耦合风险识别、热约束修正及分级响应策略，实现荷电状态与车辆热状态、运行风险及导航信息的协同调节，能够降低能量管理与热管理之间的控制冲突，提高车辆在不同运行状态下的控制适应性。