考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法及系统

技术领域

本发明属于新能源工程机械技术领域，尤其涉及考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着全球碳排放限制的加强和环境保护意识的提高，新能源工程机械受到越来越多的关注。对于工程机械等大型动力总成，其不同于运行在良好路面上的汽车，工程机械通常运行在复杂的路面环境，并且工作时面临较大且频繁的功率波动，如果新能源工程机械仅采用电池单动力源供电，则会功率的波动会使电池寿命快速衰减，而将超级电容与动力电池组成复合电源作为多动力源，一方面可以实现工程机械更大功率的需求，另一方面可以有效降低动力电池的老化速率，且由于超级电容具有在制动时进行能量回收的特性，可以在一定程度上降低动力总成工作时的能量损失，具有良好的应用前景。

而受限于超级电容高昂的成本，超级电容与锂电池组成的动力系统一直较难大规模商用，虽然随着技术的进步，超级电容的成本已经有所降低，但仍然比锂离子电池要高，另外，超级电容的数量将会影响锂电池的寿命。目前研究很少将动力机械的工作成本及为代表的经济指标与以可运行次数为代表的耐用性指标进行综合评价，因此很难保证工程机械动力系统优良性能的同时尽量降低运行成本并提高动力机械寿命。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法及系统，其将动力机械的工作成本为代表的经济指标，与以可运行次数为代表的耐用性指标进行综合评价，同时考虑了超级电容，在保证工程机械动力系统优良性能的同时尽量降低运行成本并提高动力机械寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法，包括：

获取电动工程机械仿真数据；

根据电动工程机械仿真数据构建电动工程机械多目标函数；

基于多种动力电池及电容的构型方案和机械构型筛选模型，确定电动工程机械构型方案；其中，所述机械构型筛选模型的构建过程为：

将灰狼算法的α狼、β狼和δ狼领导机制与鲸鱼算法螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法，用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的数目及权重，得到了改进的鲸鱼-灰狼算法，利用改进的鲸鱼-灰狼算法对电动工程机械多目标函数进行寻优，得到帕累托解集，在帕累托解集中筛选出平均单次作业总成本最低、可运行次数最多及折中的多种动力电池及电容的构型方案。

本发明的第二个方面提供考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定系统，包括：

数据获取模块，其用于获取电动工程机械仿真数据；

目标函数构建模块，其用于根据电动工程机械仿真数据构建电动工程机械多目标函数；

构型确定模块，其用于基于多种动力电池及电容的构型方案和机械构型筛选模型，确定电动工程机械构型方案；其中，所述机械构型筛选模型的构建过程为：

将灰狼算法的α狼、β狼和δ狼领导机制与鲸鱼算法螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法，用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的数目及权重，得到了改进的鲸鱼-灰狼算法，利用改进的鲸鱼-灰狼算法对电动工程机械多目标函数进行寻优，得到帕累托解集，在帕累托解集中筛选出平均单次作业总成本最低、可运行次数最多及折中的多种动力电池及电容的构型方案。

本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法中的步骤。

本发明的第四个方面提供一种计算机设备。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将动力机械的工作成本为代表的经济指标，与以可运行次数为代表的耐用性指标进行综合评价，同时考虑了超级电容，在保证工程机械动力系统优良性能的同时尽量降低运行成本并提高动力机械寿命。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例提供的考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

如图1所示，本实施例提供考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法，包括如下步骤：

步骤1：获取电动工程机械仿真数据；

步骤2：根据电动工程机械仿真数据构建电动工程机械多目标函数；

步骤3：基于多种动力电池及电容的构型方案和机械构型筛选模型，筛选出平均单次作业总成本最低、可运行次数最多及折中对应的构型方案；

其中，所述机械构型筛选模型的构建过程为：

将灰狼算法的α狼、β狼和δ狼领导机制与鲸鱼算法螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法，用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的数目及权重，得到了改进的鲸鱼-灰狼算法，利用改进的鲸鱼-灰狼算法对电动工程机械多目标优化函数进行寻优，得到帕累托解集，在帕累托解集中筛选出平均单次作业总成本最低、可运行次数最多及折中的多种动力电池及电容的构型方案。

其中，步骤1中，所述电动工程机械仿真数据的获取方法为：

选择超级电容数量的范围，对不同容量的超级电容进行连续仿真循环，并记录仿真过程中动力电池的电流、动力电池荷电状态、超级电容能量状态等参数，以及计算锂电池老化程度、总耗电量等；

本实施例中，所述动力电池采用锂离子电池，超级电容采用双电层超级电容，形成电-电混合的电动工程机械。

步骤2中，根据电动工程机械仿真数据构建电动工程机械目标函数；

所述目标函数包括两部分：包含电动工程机械可作业次数f

具体地，工程机械总可作业次数f

式中，x为超级电容的数量，Q

平均单次作业的总成本f

式中，C

步骤3中，所述将灰狼算法的α狼、β狼和δ狼领导机制与鲸鱼算法螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法，具体包括：

所述灰狼算法中，标准灰狼算法按等级从高到低排序分别为α狼、β狼、δ狼和ω狼。灰狼算法主要包括四个过程，分别为包围、狩猎、开发、勘探过程。

包围过程：

包围猎物的过程主要公式为：

式中，t是当前迭代次数，

系数向量

式中，

收敛因子

狩猎过程：

当灰狼识别到猎物的位置后，处于领导地位的灰狼会指导其他狼的移动，在灰狼算法中，因为α狼、β狼、δ狼处于适应度较优的位置，因此在灰狼算法中，根据α狼、β狼、δ狼的位置来引导ω狼移动。

首先计算当前搜索代理离α狼、β狼、δ狼的距离：

式中，

搜索代理受α狼、β狼、δ狼的领导更新位置，第t+1次灰狼更新的位置更新公式为：

式中，

鲸鱼算法：

鲸鱼在捕食猎物时会用螺旋气泡法攻击猎物，具体位置更新公式为：

式中，

将灰狼算法的α狼、β狼、δ狼领导机制与鲸鱼算法可以螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法：

其中

式中，

当p

本实施例中，h优选0.5。

为了保证算法的一致性，无论采用灰狼算法的位置更新公式还是采用鲸鱼算法螺旋气泡法的位置更新公式，搜索代理与α狼、β狼、δ狼的距离均按灰狼算法的计算公式计算。

步骤3中，所述用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的数目为：

对于每次迭代，若

对于每次迭代，

对于其他情况，则采用原灰狼算法的方案。

步骤3中，所述用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的权重，包括根据领导狼的适应度值自适应调整领导狼的权重，包含以下三种情况：

对于同时根据α狼、β狼、δ狼的领导更新搜索代理位置，更新公式为：

同样的，对于只根据α狼、β狼的领导更新搜索代理位置的情况，更新公式为：

对于只根据α狼的领导更新搜索代理位置，更新公式为：

式中，

由此得到改进的鲸鱼-灰狼算法。

改进的鲸鱼-灰狼算法每一次迭代得到的灰狼的位置就是多目标函数中x的值，即为超级电容的数量。

上述方案的优势在于，将动力机械的工作成本为代表的经济指标，与以可运行次数为代表的耐用性指标进行综合评价，同时考虑了超级电容，在保证工程机械动力系统优良性能的同时尽量降低运行成本并提高动力机械寿命。

实施例二

本实施例提供考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定系统，包括：

数据获取模块，其用于获取电动工程机械仿真数据；

目标函数构建模块，其用于根据电动工程机械仿真数据构建电动工程机械多目标函数；

构型确定模块，其用于基于多种动力电池及电容的构型方案和机械构型筛选模型，确定电动工程机械构型方案；其中，所述机械构型筛选模型的构建过程为：

将灰狼算法的α狼、β狼和δ狼领导机制与鲸鱼算法螺旋移动的机制相融合，得到融合的鲸鱼-灰狼算法，用融合的鲸鱼-灰狼算法自适应调整领导狼的数目及权重，得到了改进的鲸鱼-灰狼算法，利用改进的鲸鱼-灰狼算法对电动工程机械多目标函数进行寻优，得到帕累托解集，在帕累托解集中筛选出平均单次作业总成本最低、可运行次数最多及折中的多种动力电池及电容的构型方案。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的考虑运行成本及寿命的电动工程机械构型确定方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。