基于位置线路信息的轨道交通混合动力包控制方法及系统与流程

1.本发明涉及技术领域，尤其涉及一种基于位置线路信息的轨道交通混合动力包控制方法及系统。


背景技术：

2.轨道交通装备用混联式混合动力包是为内燃动车组或混合动力动车组提供动力及传动系统总成的集成化装备，该项技术在国内尚处于研发阶段，其目标一是提升动力性能和乘客舒适性，降低系统能耗，减小二氧化碳和颗粒物排放，降低噪音，实现能量的高效利用。二是简化司机操作，减轻司机驾驶疲劳，提升动车组智能化水平。三是降低整车研发、组装及调试的周期和费用等。
3.汽车领域的控制策略因其适用的线路条件是多变的、任意的，而轨道交通车辆在载客运行期间，其运行线路、运行时刻表、停站信息等相对固定，位置信息和速度限制信息明确，车辆在运行过程中前方一定距离内的坡道、道岔、桥隧、弯道也是固定的。因此，如何在满足运行时刻表要求、满足司机操作要求的前提下，提高运行期间的能量利用率、提升车辆动力性能、减少碳排放、降低司机操作疲劳强度，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一基于位置线路信息的轨道交通混合动力包控制方法及系统，以克服上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力包控制方法，包括如下步骤：
7.s1：通过定位系统获取当前轨道交通混合动力车所处位置以及其线路信息，以及下一分段线路的线路信息；
8.s2：混合动力包控制器根据线路信息，将当前线路的道路分段标记，获取若干分段线路s1、s2...si...sn，并计算轨道交通混合动力车在每个分段线路si通过时所需的总能量，并将所需的能量转换为电量，获取轨道交通混合动力车在每个分段线路通过时所需的总电量ci；
9.s3：所述混合动力包控制器确定动力电池管理系统的动力电池组是否发生故障；
10.若所述动力电池组没有发生故障，则执行s4；
11.若所述动力电池组发生故障，则混合动力包控制器控制解除所述动力电池组；混合动力控制结束；
12.s4：混合动力包控制器计算轨道交通混合动力车在当前位置到下一车站间的加权累加常数c；
13.s5：混合动力包控制器计算轨道交通混合动力车通过分段线路si的时间ti；
14.s6：混合动力包控制器根据车辆控制单元对分段线路进行目标车速拟合，以获取拟合后的目标车速
15.s7：根据所述轨道交通混合动力车以所述目标车速通过当前分段线路si的所需的总电量ci；轨道交通混合动力车通过下一分段线路s
i 1
的所需的总电量c
i 1
；轨道交通混合动力车通过分段线路si的时间ti；当前电量c0、可充电电量cc和可放电电量c
dc
，所述混合动力包控制器对柴油机和高速永磁电机系统进行控制。
16.进一步的，所述s1中获取当前轨道交通混合动力车所处位置的方法为：
17.当定位系统能够获取轨道交通混合动力车所处位置时，通过定位系统获取轨道交通混合动力车所处位置；
18.当定位系统不能够获取轨道交通混合动力车所处位置时，采用离线定位方法获取轨道交通混合动力车所处位置；
19.所述离线定位方法为：
20.所述混合动力包控制器根据所述定位系统最后一次获取的位置信息，并结合轨道交通混合动力车的运行速度、行驶方向和行驶时间，确认离线期间轨道交通混合动力车的行进距离；
21.将所述行进距离加到最后一次定位的位置，获取当前轨道交通混合动力车所处位置。
22.进一步的，所述s2中计算轨道交通混合动力车在每个分段线路通过时所需的能量，并将所需的能量转换为电量的方法如下：
23.s21：计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si所需的主动用电量c
fi
；
24.s22：计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si的辅助系统用电量c
vi
；
25.s23：计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si的所需的总电量ci：
26.ci＝c
fi
c
vi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
27.s24：根据所述s21～s23，计算轨道交通混合动力车通过第i 1个分段线路s
i 1
所需的总电量c
i 1
。
28.进一步的，所述s4中的加权累加常数c计算方法如下：
[0029][0030]
式中：n1为两站之间坡度ρi》0的分段线路段数，n2为两站之间坡度ρi≤0的分段线路段数，ρi为坡道的坡度，li表示第i分段线路si的长度；lj表示第j分段线路sj的长度。
[0031]
进一步的，所述s5中：所述轨道交通混合动力车通过分段线路的时间计算如下：
[0032]
当坡度ρi≤0时，通过分段线路si的时间ti为：
[0033][0034]
当坡度ρi》0时，通过分段线路si的时间ti为：
[0035][0036]
式中，t为轨道交通混合动力车通过分段线路si的总时长。
[0037]
进一步的，所述s6中对分段线路进行目标车速拟合方法为：
[0038]
s61：当车辆控制单元vcu所发出指令中包含定速行驶时，
[0039][0040]
式中：为拟合后的目标车速；vs为定速行驶设定的车速；
[0041]
s62：当车辆控制单元vcu所发出指令中不包含定速行驶时，
[0042][0043]
进一步的，所述s7中的混合动力包控制器对柴油机和高速永磁电机系统进行控制的控制策略如下：
[0044]
s71：当ci≤0且当-ci≤cc时，所述柴油机停止，所述高速永磁电机系统启动发电模式，以将动力电池组电量补充到c0和ci；
[0045]
s72：当ci≤0且当-ci》cc时，所述柴油机停止，所述高速永磁电机系统启动发电模式，以将动力电池组电量补充到c0 cc；
[0046]
s73：当pe*ti》ci》0，且c
i 1
《0时，其中pe为柴油机运行的最高效率点所对应的功率，所述柴油机停止，所述高速永磁电机系统启动电动模式，以使得轨道交通混合动力车在通过s
i 1
时可充分回收电制动能量；
[0047]
s74：当pe*ti》ci》0，且c
i 1
≥0时，所述柴油机启动，所述高速永磁电机系统启动发电模式；
[0048]
s75：当pe*ti c
dc
≥ci≥pe*ti时，所述柴油机启动，所述高速永磁电机系统启动电动模式；
[0049]
s76：当ci》pe*ti c
dc
时，所述柴油机启动，所述高速永磁电机系统，启动电动模式；
[0050]
s77：当轨道交通混合动力车获取到下一分段线路s
i 1
处于纯电动运行的路段时，所述高速永磁电机系统启动发电模式；当轨道交通混合动力车开始进入下一分段线路s
i 1
时，所述高速永磁电机系统启动电动模式。
[0051]
一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力包控制方法的控制系统，包括：车辆控制单元、混合动力包控制器、柴油机管理计算机、混动箱、混动箱控制器、高速永磁电机系统、高速永磁电机系统控制系统、变速箱、变速箱控制单元、定位系统、4g/5g通信模块、动力电池管理系统及热管理系统；
[0052]
所述车辆控制单元与所述混合动力包控制器通信连接，以接收所述车辆控制单元的控制指令和轨道交通混合动力的状态信息，并将混合动力包的实时状态反馈至所述车辆控制单元；
[0053]
所述柴油机管理计算机与所述混合动力包控制器通信连接；以接收所述柴油机管理计算机所传输的信号，控制柴油机的启动、停止、和调节转速/扭矩，并能够反馈柴油机的实时运行状态；
[0054]
所述高速永磁电机系统与所述高速永磁电机系统控制系统连接，所述高速永磁电机系统控制系统与所述混合动力包控制器连接；以通过所述高速永磁电机系统控制系统控制所述高速永磁电机系统进行电动或者发电；
[0055]
所述变速箱与所述变速箱控制单元连接；所述变速箱控制单元与所述混合动力包控制器连接，以控制变速箱进行无动力中断换挡；
[0056]
所述混动箱与所述混动箱控制器连接，所述混动箱控制器与所述混合动力包控制器连接，以控制混动箱传递所述柴油机和高速永磁电机系统的功率；
[0057]
所述定位系统与所述混合动力包控制器通信连接，以确定当前车辆所在的位置及当前线路信息；
[0058]
所述4g/5g通信模块与所述混合动力包控制器通信连接，以将混合动力包的运行数据传输至远程服务器并进行存储；
[0059]
所述动力电池管理系统与所述混合动力包控制器通信连接，以通过所述混合动力包控制器控制动力电池组进行充电或放电；
[0060]
所述热管理系统与所述混合动力包控制器通信连接，以通过所述混合动力包控制器控制热管理系统调节动力电池组工作的环境温度。
[0061]
有益效果：本发明的基于位置线路信息的轨道交通混合动力包控制方法及系统，结合轨道交通混合动力车的行驶线路及当前所处的位置，通过不同坡度路段的时间分配，制定各路段的车辆速度，结合车辆控制单元指令，自动控制动力包的输出功率，以满足轨道交通混合动力车行驶时刻表的要求。通过能量源的不同混合形式，提高系统综合效率。并充分利用电制动回收制动能量，提高车辆行驶过程中的能量利用率。为前方路段的电制动能量再生或电驱动提供良好的充电或放电的电能空间。能够充分将制动再生的电能回收起来，提高车辆运行整体的能量利用率，减少排放和机械制动造成的车辆损害。并可在上坡时，提供更高的牵引力，维持车辆的动力性能。
附图说明
[0062]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0063]
图1为本发明的轨道交通装备混合动力系统组成与网络拓扑示意图；
[0064]
图2为本发明的轨道交通装备混合动力包控制策略的时间分配原理图；
[0065]
图3为本发明的轨道交通装备混合动力控制策略流程图；
[0066]
图4为本发明的轨道交通装备混合动力包进行系统学习的bp神经网络算法原理图。
具体实施方式
[0067]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
[0068]
本实施例提供了一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力包控制方法，如图2～4所示；
[0069]
首先，当柴油机、动力电池组、高速永磁电机出现故障导致不能使用时，hcu切除相应的执行器或功能。此工况为高优先级工况。
[0070]
若柴油机、动力电池组、高速永磁电机均不发生故障，则按照如下步骤对轨道交通混合动力车进行控制；
[0071]
s1：通过混合动力包控制器获取当前轨道交通混合动力车所处位置的线路信息，以及下一坡道分段线路的线路信息；
[0072]
具体的，由混合动力包控制器hcu，通过can总线从定位系统获取当前轨道交通混合动力车所处位置，进而通过查表法，即查找所述混合动力包控制器huc内置的当前线路的线路信息表格，获取当前位置和下一车站间的线路信息，所述线路信息包括限速、坡道、弯道、桥隧等信息；本实施例中的混合动力包控制器hcu采用的是现有的成熟产品。
[0073]
优选的，当前轨道交通混合动力车所处位置的方法为：
[0074]
当定位系统能够获取轨道交通混合动力车所处位置时，通过定位系统获取轨道交通混合动力车所处位置；
[0075]
当定位系统不能够获取轨道交通混合动力车所处位置时，即定位系统网络信号差，无法通过网络定位车辆位置时，采用离线定位方法获取轨道交通混合动力车所处位置；
[0076]
所述离线定位方法为：
[0077]
所述混合动力包控制器hcu根据所述定位系统最后一次获取的位置信息，并结合轨道交通混合动力车的运行速度、行驶方向和行驶时间，确认离线期间轨道交通混合动力车的行进距离；
[0078]
将所述行进距离加到最后一次定位的位置，获取当前的轨道交通混合动力车所处位置。
[0079]
s2：所述混合动力包控制器hcu按照所述线路信息，将当前线路的道路分段标记，获取若干分段线路，并计算轨道交通混合动力车在每个分段线路通过时所需的能量，并将所需的能量转换为电量；获取轨道交通混合动力车在每个分段线路通过时所需的总电量ci；
[0080]
具体的，混合动力包控制器hcu将不同特征(坡道、弯道、桥隧、限速)的道路分段记为n个分段线路，分别记为s1、s2...si...sn，并计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si和第i 1个分段线路s
i 1
所需的能量，并将所需的能量转换为电量进行度量。具体步骤如下：
[0081]
一、计算轨道交通混合动力车的主动用电量
[0082]
轨道交通混合动力车根据查表得到的坡道、弯道、桥隧、限速等特征的道路的参数，具体的，坡道的参数为坡度；弯道的参数为弯道的弯曲半径和弯曲长度，能够影响轨道交通混合动力车的行驶阻力；桥隧有特殊的限速或零排放要求，如进隧道前要关闭发动机，通过滑行或电动方式通过，影响的是混合动力的控制策略的选取；以及轨道交通混合动力车的车重、迎风面积、轮径、车轴齿轮箱速比等数据，计算出轨道交通混合动力车通过第i个分段线路s1的阻力f
fi
、阻力做功w
fi
，并将w
fi
转换为轨道交通混合动力车的主动用电量c
fi
；
[0083]
二、计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si的辅助系统用电量c
vi
；
[0084]
三、计算轨道交通混合动力车通过第i个分段线路si的所需的总电量ci：
[0085]ci
＝c
fi
c
vi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0086]
其中ci为正时，表示轨道交通混合动力车通过分段线路si需要混合动力包做正功，即需要动力包发挥功率；ci为负时，表示轨道交通混合动力车通过分段线路si不需要混合动
力包做功，且有能量富余，此时动力包可回收富余的能量。
[0087]
同理，根据如上方法计算出通过第i 1个分段线路s
i 1
所需的总电量c
i 1
。
[0088]
s3：所述混合动力包控制器hcu确定动力电池管理系统bms的动力电池组是否发生故障；
[0089]
若所述动力电池组没有发生故障，则执行s4；
[0090]
若所述动力电池组发生故障，则混合动力包控制器hcu控制解除所述动力电池组；混合动力控制结束；
[0091]
具体的，所述混合动力包控制器hcu根据动力电池管理系统bms的动力电池组当前电量c0、可充电电量cc、可放电电量c
dc
、动力电池组充电使能、放电使能和故障等信息，确定动力电池组是否发生故障；若所述动力电池组没有发生故障，则执行s4，hcu控制动力电池组参与到电动或发电工况中；若所述动力电池组发生故障，包含动力电池组因散热系统故障导致的动力电池组超温等故障，则混合动力包控制器hcu控制解除所述动力电池组；混合动力控制结束；
[0092]
s4：混合动力包控制器hcu计算轨道交通混合动力车当前位置到下一车站间的加权累加常数c。
[0093]
具体的，由于轨道交通混合动力车运行时，沿途每站的时刻表是固定的，即从本站始发到达下一站所用的总时长t是固定的。但线路的坡道、弯道、限速等因素都会影响到轨道交通混合动力车通过分段线路li的时间。由于对于轨道交通混合动力车而言，坡道、限速是主要影响因素，弯道、桥隧等特殊分段线路是次要因素。因而本实施例在计算加权累加常数c时，以坡度作为权重，对轨道交通混合动力车通过不同坡度分段线路所需的时间进行加权分配，是更为合理的。
[0094]
因此所述加权累加常数c计算方法如下：
[0095]
当坡道坡度ρi≤0时，加权系数取1，当坡道坡度ρi》0时，加权系数取坡度值ρi。加权后的累加常数c：
[0096][0097]
式中：n1为两站之间坡度ρi》0的分段线路段数，n2为两站之间坡度ρi≤0的分段线路段数，ρi为坡道的坡度，li表示第i分段线路si的长度；lj表示第j分段线路sj的长度；
[0098]
s5：混合动力包控制器hcu计算通过分段线路si的时间ti；
[0099]
当坡度ρi≤0时，通过分段线路si的时间ti为：
[0100][0101]
当坡度ρi》0时，通过分段线路si的时间ti为：
[0102][0103]
s6：混合动力包控制器hcu根据车辆控制单元vcu(司机操作指令)对各分段线路进行目标车速拟合，以获取拟合后的目标车速；
[0104]
具体的，本实施例通过制定各路段的轨道交通混合动力车速度，结合vcu控制指
令，自动控制混合动力包输出功率，以满足车辆行驶时刻表的要求。
[0105]
所述s6中对分段线路进行目标车速拟合方法为：
[0106]
s61：当司机操作指令中包含定速行驶时，
[0107][0108]
式中：为拟合后的目标车速；vs为定速行驶设定的车速；
[0109]
s62：当司机操作指令中不包含定速行驶时，
[0110][0111]
s7：根据所述轨道交通混合动力车通过当前分段线路si的所需的总电量ci；轨道交通混合动力车通过下一分段线路s
i 1
的所需的总电量c
i 1
；当前电量c0、可充电电量cc、可放电电量c
dc
，所述混合动力包控制器hcu对柴油机和高速永磁电机系统进行控制。
[0112]
优选的，本实施例中的高速永磁电机系统包括第一高速永磁电机mg1和第二高速永磁电机mg2；对应的，本实施例中的高速永磁电机系统控制系统包括第一高速永磁电机控制器mcu1和第二高速永磁电机控制器mcu2；
[0113]
所述s7中的混合动力包控制器hcu对柴油机、第一高速永磁电机mg1和第二高速永磁电机mg2进行控制的控制策略如下：
[0114]
s71：当ci≤0且当-ci≤cc时，即轨道交通混合动力车通过分段线路li不需要混合动力包控制器提供能量，能够进行能量回收时，混合动力包控制器hcu与柴油机管理计算机ffr进行通信，并与混动箱和混动箱控制器eccu通信，解除柴油机与混动箱的连接，控制使得柴油机停机；同时hcu与第一高速永磁电机控制器/第二高速永磁电机控制器(mcu1/mcu2通信)，所述第一高速永磁电机mg1/第二高速永磁电机mg2，启动发电模式进行电制动，并将发电电能存储在动力电池组，其中第一高速永磁电机mg1、第二高速永磁电机mg2的结合形式取决于所需充电功率的大小，将动力电池组电量补充到c0和ci。
[0115]
s72：当ci≤0且当-ci》cc时，混合动力包控制器hcu与柴油机管理计算机ffr进行通信并与混动箱和混动箱控制器eccu通信，解除柴油机与混动箱的连接，所述柴油机停止，并与第一高速永磁电机控制器/第二高速永磁电机控制器(mcu1/mcu2通信)，所述第一高速永磁电机mg1/第二高速永磁电机mg2，启动发电模式进行电制动，并将发电电能存储在动力电池组。mg1、mg2的结合形式取决于所需充电功率的大小，将动力电池组电量补充到c0 cc，即当前电量和可充电电量总和增加。此时-c
i-cc的电能以耗功电阻或机械制动方式消耗。
[0116]
s73：当pe*ti》ci》0，且c
i 1
《0时，即轨道交通混合动力车通过分段线路li需要混合动力包控制器提供能量，且通过分段线路l
i 1
可进行能量回收时，hcu与ffr通信，并与eccu通信，分离柴油机与混动箱，结合混动箱与mg1/mg2控制停止柴油机。hcu与mcu1/mcu2通信，将mg1/mg2工作在电动模式。当mg1/mg2将c
dc
消耗至0之前，轨道交通混合动力车通过li时，hcu进入下一分段线路的控制。当mg1/mg2将c
dc
消耗至0之前，轨道交通混合动力车未通过si时，hcu与ffr通信，启动柴油机并将柴油机工作在最高效率点，与eccu通信结合混动箱与mg1/mg2。hcu与mcu1/mcu2通信，使得mg1/mg2工作在发电模式，将柴油机超过轨道交通混合动力车功率需求的部分用于发电，使动力电池组可用放电量补充到新的c
dc
后，停止柴油机并分离柴油机与混动箱。新的c
dc
满足柴油机停止后通过分段线路si所需的电能。这样，轨道
交通混合动力车在通过s
i 1
时可充分回收电制动能量。
[0117]
s74：当pe*ti》ci》0，且c
i 1
≥0时，即轨道交通混合动力车通过分段线路si需要混合动力包控制器提供能量，且通过分段线路s
i 1
也需要混合动力包控制器提供能量时，hcu与ffr通信，启动柴油机并通过调节后端负载功率，使柴油机以最高效率点工作，按pe发挥功率。与eccu通信结合混动箱与mg1/mg2。hcu与mcu1/mcu2通信，将mg1/mg2工作在发电模式，将柴油机超过轨道交通混合动力车功率需求的部分用于发电，若pe*t
i-ci≥cc，则将动力电池电量补充到c0 cc；若pe*t
i-ci《cc，则将动力电池电量补充到c0 pe*t
i-ci。这样，轨道交通混合动力车在通过s
i 1
时可保持动力电池组有较高的电能水平，以满足轨道交通混合动力车的动力要求。
[0118]
s75：当pe*ti c
dc
≥ci≥pe*ti时，即轨道交通混合动力车通过分段线路si需要混合动力包控制器提供能量时，hcu与ffr通信控制柴油机工作在最高效率点，通过调节后端负载功率使柴油机以pe发挥功率。与eccu通信结合柴油机与混动箱的连接，并结合mg1/mg2。与mcu1/mcu2通信，使得mg1/mg2工作在电动模式，mcu1/mcu2消耗动力电池组电能，与柴油机共同驱动轨道交通混合动力车行驶。当动力电池组c
dc
消耗到0时，hcu与ffr通信，调节柴油机转速，控制柴油机工作在高功率点，以满足轨道交通混合动力车牵引需求。
[0119]
s76：当ci》pe*ti c
dc
时，即轨道交通混合动力车通过分段线路si需要混合动力包控制器提供能量，且柴油机工作点超过最高效率点时，hcu与ffr通信，调节柴油机转速，控制柴油机工作在高功率点。与eccu通信结合柴油机与混动箱的连接，并结合mg1/mg2。hcu与mcu1/mcu2通信，使得mg1/mg2工作在电动模式，mcu1/mcu2消耗动力电池组电能，与柴油机共同驱动轨道交通混合动力车行驶，以满足轨道交通混合动力车的牵引需求。
[0120]
s77：当轨道交通混合动力车获取到下一分段线路s
i 1
处于纯电动运行的路段时，所述高速永磁电机系统启动发电模式；当轨道交通混合动力车开始进入下一分段线路s
i 1
时，所述高速永磁电机系统启动电动模式。具体的，所述纯电动运行的路段包括按照轨道交通行业通用规定的零排、静音区间、隧道等需要柴油机停机、只能纯电运行的路段。
[0121]
具体的，轨道交通混合动力车获取到下一分段线路s
i 1
处于零排、静音区间时，当s
i 1
为零排、静音区间、隧道等需要柴油机停机的特殊路段时，hcu计算通过s
i 1
需的电能c
i 1
。若有多段连续的需要柴油机停机的特殊路段，则合并计算成一个c
i 1
。当c
i 1
≥c
dc
时，hcu计算将动力电池组充电至c
i 1
水平时轨道交通混合动力车需要行进的距离。在轨道交通混合动力到达s
i 1
开始前的该距离时，hcu控制高速永磁电机系统启动发电模式，将动力电池组c
dc
提升到c
i 1
水平；当c
i 1
《c
dc
时，hcu计算c
dc-c
i 1
，即在轨道交通混合动力到达l
i 1
开始前的可放电量，并根据li的实际情况决定柴油机、mg1、mg2的工作方式。
[0122]
所述步骤s7后还包括如下步骤：
[0123]
hcu积累不同分段线路的所述控制策略，并进行自适应学习，以保持混合动力包控制器在当前线路条件运行时，有相对固定的控制策略。
[0124]
所述自适应学习的方法为混合动力包控制器hcu采用基于bp神经网络的智能算法，通过学习历史控制策略数据，输出对前方分段线路行驶相对稳定的控制策略。
[0125]
具体的，轨道交通混合动力车运行时，hcu会根据线路条件和司机的操作习惯，记录线路不通位置的运行数据、操作指令和工作模式，并通过4g/5g模块发送到远程服务器。通过多次运行，形成bp神经网络的学习样本，即输入层样本。bp不断学习累积的运行数据，
并进行训练，可推演出下次车辆行驶至同一位置时车辆的运行模式、动力电池组的充放电量、运行时间和车速等运行信息，进而得到整条线路各个位置的控制方式，形成稳定的控制策略。
[0126]
如轨道交通混合动力车在经过分段线路si时，采用的控制方法是柴油机停机、mg1、mg2工作在发电状态。由于线路固定，在每次通过si分段线路时，司机的操作习惯相对固定。hcu收集每次通过分段线路si时的司机操作指令、动力电池组的电量c0、可充电电量cc、可放电电量c
dc
数据，作为神经网络算法的输入层样本，进行训练，形成相对稳定的输出，包含柴油机停机、mg1、mg2制动功率控制等。
[0127]
本实施例还公开了一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力系统，如图1所示；包括：车辆控制单元vcu、混合动力包控制器hcu、柴油机管理计算机ffr、混动箱、混动箱控制器eccu、高速永磁电机系统、高速永磁电机系统控制系统mcu、变速箱、变速箱控制单元tcu、定位系统、4g/5g通信模块、动力电池管理系统bms及热管理系统tms；
[0128]
所述车辆控制单元vcu与所述混合动力包控制器hcu通信连接，以接收所述车辆控制单元vcu的控制指令和轨道交通混合动力的状态信息，并将混合动力包的实时状态反馈至所述车辆控制单元vcu；
[0129]
具体的，本实施例中的hcu作为混合动力包的控制器，具有处理对外接口、调度动力包内部子系统、进行计算与逻辑判断的功能。hcu通过硬线或网络与车辆控制单元vcu进行网络、硬线通信，接收vcu传输的状态信息和控制指令，并将动力包的实时状态反馈给vcu；图中dcu为柴油机后处理控制单元，edc为柴油机电喷控制单元，两者均隶属于柴油机内部子系统。
[0130]
所述柴油机管理计算机ffr与所述混合动力包控制器hcu通信连接；以通过can网络接收所述柴油机管理计算机ffr所传输的信号，控制柴油机的启动、停止、和调节转速/扭矩，并能够反馈柴油机的实时运行状态。
[0131]
具体的，所述柴油机管理计算机ffr能够将柴油机运行状态、过程数据及故障信息等反馈给hcu。
[0132]
所述高速永磁电机系统与所述高速永磁电机系统控制系统连接，所述高速永磁电机系统控制系统与所述混合动力包控制器hcu连接；以通过所述高速永磁电机系统控制系统控制所述高速永磁电机系统进行电动或者发电；
[0133]
具体的，所述混合动力包控制器hcu通过can网络接高速永磁电机系统控制系统的数据，控制所述高速永磁电机系统按设定功率进行电动或发电；
[0134]
所述变速箱与所述变速箱控制单元tcu连接；所述变速箱控制单元tcu与所述混合动力包控制器hcu连接，以控制变速箱进行无动力中断换挡；
[0135]
具体的，所述混合动力包控制器hcu通过can网络接收tcu数据，控制变速箱进行无动力中断换挡动作；将动力传递到混合动力包的输出端。
[0136]
所述混动箱与所述混动箱控制器eccu连接，所述混动箱控制器eccu与所述混合动力包控制器hcu连接，以控制混动箱传递所述柴油机和高速永磁电机系统的功率；
[0137]
具体的，所述混合动力包控制器hcu通过can网络接收eccu数据，控制混动箱以不同耦合形式传递柴油机和高速永磁电机系统的功率；
[0138]
所述定位系统与所述混合动力包控制器hcu通信连接，以确定当前车辆所在的位
置及当前线路信息；
[0139]
具体的，本实施例中的定位系统采用北斗定位系统或者gps导航系统，所述混合动力包控制器hcu通过can网络接收定位系统数据，再结合混合动力包控制器hcu内部存储的线路信息数据，确定当前车辆所在的位置及当前线路信息；包含坡道及坡道距离、转弯半径、速度限速、车站、桥隧、道岔等。
[0140]
所述4g/5g通信模块与所述混合动力包控制器hcu通信连接，以将混合动力包的运行数据传输至远程服务器并进行存储；
[0141]
具体的，所述混合动力包控制器hcu通过can网络与4g/5g模块通信，以将混合动力包的运行数据存储到远程服务器；
[0142]
所述动力电池管理系统bms与所述混合动力包控制器hcu通信连接，以通过所述混合动力包控制器hcu控制动力电池组进行充电或放电；
[0143]
所述热管理系统tms与所述混合动力包控制器hcu通信连接，以通过所述混合动力包控制器hcu控制热管理系统调节动力电池组工作的环境温度。
[0144]
具体的，所述动力电池管理系统bms与所述混合动力包控制器hcu通信连接，用于检测动力电池组的电量、温度、故障信息、充电/放电的电流/电压等数据，并将数据通过can总线发送给hcu，以控制动力电池组进行充电或放电；
[0145]
所述热管理系统tms与所述混合动力包控制器hcu通信连接，通过自动控制散热量，维持动力电池组的环境温度，满足动力电池组对工作温度的需求；
[0146]
具体的，本实施例中的一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力系统网络拓扑关系为，当车辆控制器vcu通过can总线与hcu通信时，两者直接通过can总线连接；当两者通过其他网络通信时，如通过mvb网络或以太网等通信时，hcu通过can总线连接至网关，经网关转换成对应的网络形式后实现与vcu的网络通信。系统内部采用can总线通信，hcu通过can总线分别与ffr、eccu、mcu、tcu、定位系统、4g/5g通信模块、bms、tms通信，ffr与柴油机内部的dcu、edc分别通过can总线通信。
[0147]
本实施例中的一种基于位置及线路信息的轨道交通装备混合动力包控制方法工作原理为：
[0148]
hcu根据柴油机特性，确定柴油机运行的最高效率点所对应的功率pe，及该点的柴油机转速ne、燃油消耗率信息。hcu通过硬线或网络获取来自车辆控制单元vcu的控制指令，如牵引力设定、制动力设定和车速设定，及车辆的车重、迎风面积、轮径、车轴齿轮箱传动比等数据并通过can总线获取定位系统的车辆位置信息，获取到当前车站信息、当前车站到下一车站间的线路信息以及当前车站到下一车站间，各个坡道路段的坡度ρi、长度li、限速信息和车辆运行时刻表，分配每个路段的通过时间ti作为时间参考，进而计算出通过路段li所需的平均车速hcu根据当前车辆指令、车辆参数、当前路段信息，计算出车辆通过路段li时，将li各个位置的车辆阻力、动力包满足车辆速度设定下所需发挥的功率并描绘功率需求曲线、结合线路限速条件确定的车辆速度域，进而求解车辆通过li所需的电能ci(包含车辆辅助系统的电能，如空调、照明等)。当vcu有定速行驶指令时，动力包按设定的车速运行；当vcu没有定速行驶指令时，动力包拟合车速设定到hcu控制柴油机、mg1、mg2、混动箱、传动箱工作，使传动箱输出转速与后端车轴齿轮箱、轮径计算出的车速达到设定的车速或
拟合的车速车辆行驶通过li的实际时间t
ai
与ti的差值δti(δti＝t
ai-ti)累加到下一路段分配时间t
i 1
，即hcu通过can总线获取bms发送的动力电池组当前电量、可用电量、可充电电量、动力电池组充电使能、放电使能和故障等信息，确定动力电池组是否有故障，以及动力电池组的当前电量c0、可充电电量cc和可放电电量c
dc
。
[0149]
在得到ci、后，hcu对车辆每个路段所需的电能与当前动力电池组的可用电能cc、c
dc
作对比，根据对比结果执行不同的控制策略。本实施例中的控制策略充分利用混合动力包电驱动的高效性、线路制动的能量回收和柴油机工作在高效区的特性，实现动力包系统综合输出效率最高，提高能量利用率，达到减少排放与环境污染的目的；通过动力包自动控制，减少司机操作。
[0150]
本实施例中的混合动力包在工作模式切换时采用淡入淡出控制，即hcu计算动力元件切入切出前后，变速箱输出端扭矩变化率，及扭矩变化引起的车辆加速度变化δa。当δa小于设定阈值时，动力元件直接切入切出；当δa不小于设定阈值时，动力元件先将转速提升到对应连接元件的转速后，再切入/切出。能够实现在保证车辆运行时刻表的前提下，通过hcu的控制实现动力元件的混合输出，减少司机频繁操作，提高动力包的综合效率。在车辆行驶在下坡路段且需进行制动时，能充分回收制动电能，提高能量利用率。在柴油机工作在最高效率区仍有功率富余时，可充分吸收柴油机功率，维持柴油机高效率运行。通过增大或减小动力电池组的荷电量，为前方路段的电制动能量再生或电驱动提供良好的充电或放电的电能空间。这样可充分将制动再生的电能回收起来，提高车辆运行整体的能量利用率，减少排放和机械制动造成的车辆损害。并且能够在上坡时，提供更高的牵引力，维持车辆的动力性能。
[0151]
当柴油机、动力电池组、高速永磁电机系统出现故障导致不能使用时，hcu切除相应功能。
[0152]
hcu将所述控制策略以及执行每个控制策略所对应的路段信息，以历史数据形式记录到数据存储器中，并通过4g/5g网络发送到远程服务器。通过车辆的多次线路运行，形成大量的学习样本，hcu通过bp神经网络算法，不断训练学习样本，形成稳定的控制策略。
[0153]
本实施例中的控制策略考虑了线路的静音行驶、零排放形式等特殊线路要求，提高了车辆对线路的适应能力。并且通过使用第一高速电机控制器和第二高速电机控制器，能够使得两个高速电机控制器根据系统所需功率情况，选择使用一个高速电机控制器和两个高速电机控制器同时使用，能够充分的提高运行期间的能量利用率、提升车辆动力性能、减少碳排放。
[0154]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。