ECMS 用于串并联插电混动策略优化
概要
GT-SUITE的ECMS算法支持各类混动架构，如串并联、功率分流、增程、并联、多电机EV等等。通过ECMS等最优控制算法，用户可以得到在给定工况下的最佳SOC规划、模式（串联还是并联）分配规律，以及每一种模式下的发动机、电机的工作点等关键信息。由于串并联架构模式相对复杂，我们将重点介绍ECMS的设置方法。
1简介
随着车载控制器算力的持续提升以及高级驾驶辅助系统（ADAS）的广泛应用，多种先进的控制策略已逐步应用于量产车型的控制器中。其中 特别以ECMS（等效“燃油”消耗最小化策略）和MPC（模型预测控制）为主要代表。ECMS 作为极小值原理（PMP）中协状态方程退化后的版本，从全局最优退化成了局部最优。虽然只是局部最优，但ECMS具有实时性强、相对简单的特点，在整车动力性经济性中应用较多。
ECMS 将燃油/氢气/电能等多种能耗加权为一个等效能耗，进而实时求解这个局部最优问题。代价函数的定义至关重要，本文所用方程如下所示。等效因子s 的增加，表示电耗所占权重越大，即电越贵。
式中，p(SOC) 表示SOC的惩罚函数。SOC0表示目标SOC。用户可以在GT中灵活地自定义代价函数。
串并联插电混动相对复杂一些，既可以工作在增程模式，也可以工作在混动模式。对于ECMS来说，这两种模式的动力学模式差异显著。在建模过程中需要在GT-SUITE中进行特别设置。下图为本文所用串并联的插电混动模型，共两个电机。通过ECMS等最优控制算法，用户可以得到在给定工况下的模式分配规律，以及每一种模式下的发动机、电机的工作点等关键信息。
2为什么不选择DP（动态规划）
理论上，DP更适合做给定工况下的全局最优规划。但是串并联架构较为复杂，控制变量较多。且必须至少选择两个状态（比如SOC和发动机转速），这给DP带来了巨大的计算量。我们用数十个许可证并行，还用时近8个小时。考虑到用户经常难以拥有众多的许可证，故本文将主要关注ECMS。
3ECMS的设置
3.1混动架构定义
如下图所示，在车辆运动学模板（VehKinemAnalysis）中，首先要选择动力总成的架构形式（Powertrain Configuration），本文选择串并联。用户还可以选择动力分流模式（Power-Split Hybrid）和其他（Others）。其中Others包含比如P2，EV等架构。当选择串并联架构时，用户需要指定用于模式切换的离合器部件名称，以及两个电机的部件名称。
3.2ECMS 设置
在ECMS的设置中，需要特别注意控制变量的选择。
在串并联模式下，控制变量的定义需要注意以下事项：
EM1驱动电机的扭矩点扫略（EM1-TRQ）。EM1是驱动电机，当处于串联模式时，EM1的工作点将自动根据目标车速来确定。当处于并联模式时，该扫略才会发生作用，此时发动机的负荷点自动根据总扭矩需求减去EM1的扭矩得到。
发动机的转速点扫略（ICE-SPD）。该扫略仅仅在串联模式才会发生作用。并联时，发动机的转速由车速决定。
发动机的加速踏板扫略（ICE-APP）。该扫略仅仅在串联模式才会发生作用。并联时，发动机的负荷点自动计算得到，即发动机的负荷点自动根据总扭矩需求减去EM1的扭矩得到。
3.3代价函数定义
本文采用内置的代价函数定义方式。用户可以很容易自定义该代价函数。
3.4约束定义
约束定义有两类：定常值约束和时变约束。本文定义的时变约束主要用来约束两个电机的外特性。
3.5ECMS的计算流程
4求解器设置
在高级设置中，设置固定时间步长 dt=1s。
5计算结果
我们测试了不同的等效因子：0和10。SOC的惩罚区间为0.2-0.8。从图中可以看出当等效因子为0时，表示电非常便宜，故该车将仅工作在EV模式，离合器断开。发动机偶尔启动了几下，这是因为电机驱动扭矩超出了限值。
等效因子为0（SOC，发动机转速，离合器状态）
当等效因子为10时，在前600s工作在增程模式，离合器断开。600s之后增程、混动、EV都存在。由于我们并没有对发动机的启停进行惩罚，进行惩罚后，将会大大减少不同模式的频繁切换。
等效因子为10（SOC，发动机转速，离合器状态）
