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ECMS 用于最优控制map的离线生成
2026.06.18

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。本文将介绍ECMS的一种特殊应用,即离线地生成最优控制map。本文以一个EV车的动力架构为例,其包含两个电机和两个减速器。通过ECMS获得最佳电机分配比例。


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。


目前ECMS在实车控制器的应用有两种方式。


  • 在ECU中直接进行ECMS的计算。该种方式受限于ECU的算力,一般ECMS的控制扫略点的间隔会较大。


  • 先离线制表,然后在ECU中查表。该种方式计算速度更快,但前期需要进行大量离线制表工作。


本文主要介绍第二种方式。其结构如下图所示。在这个EV架构中,电机的最优分配比是一张三维map:减速器输出端的扭矩、转速以及档位。


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图1)


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,即两个电机和两个减速器的总损耗。


2模型说明

ECMS 用于最优控制map的离线生成(图2)


3ECMS的设置

3.1运动学模板定义


如下图所示,在车辆运动学模板(VehKinemAnalysis)中,选择 Angular Speed Targeting 模式,可以指定减速器输出侧的转速[rpm],便于后续进行DoE。

ECMS 用于最优控制map的离线生成(图3)


3.2ECMS 设置



将其中一个电机的扭矩输出作为控制变量。另一个电机的扭矩需求软件将自动根据总扭矩需求计算得到。

ECMS 用于最优控制map的离线生成(图4)
ECMS 用于最优控制map的离线生成(图5)


3.3代价函数定义



本文采用自定义的代价函数。

ECMS 用于最优控制map的离线生成(图6)


3.4约束定义



约束定义有两类:定常值约束和时变约束。定常值约束约束了电机转速,时变约束约束了电机的外特性。

ECMS 用于最优控制map的离线生成(图7)


3.5ECMS的计算流程


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图8)


4DoE 设置

将减速器档位、减速器输出端转速和扭矩作为自变量,生成 DoE。本例故意将扭矩需求设置的很大(e.g. 30000Nm),以致超出电机外特性


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图9)


自动生成DoE


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图10)


5 求解器设置

在高级设置中,设置固定时间步长 dt=0.1s。在 RunSetup中总计算时长为 0.2s 即可。


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图11)
ECMS 用于最优控制map的离线生成(图12)


由于在DoE时,模型难以保证所有的取值(特别是扭矩需求)都能得到满足,故有些case 必然计算失败(比如超出了电机外特性)。若采用串行计算,则软件将在检测到失败的case时停止计算,故推荐采用并行计算(即使只有一个许可证),本例采用本地并行计算


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图13)
ECMS 用于最优控制map的离线生成(图14)


GT 会自动跳过失败的case,并将未失败的case汇总


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图15)


6计算结果

这类计算非常快,可以方便地查看、导出最佳电机分配比


ECMS 用于最优控制map的离线生成(图16)


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