專利名稱：一種混合動力汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于混合動カ汽車領(lǐng)域，特別涉及ー種混合動カ汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球環(huán)境和能源問題的日益突出，開發(fā)低排放、低油耗的新型汽車已成為當(dāng)今汽車エ業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。在這種背景下，融合傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和電動汽車優(yōu)點的混合動カ汽車成為當(dāng)今最具應(yīng)用前景的低排放、低能耗汽車。能量管理策略是混合動カ汽車的主要組成部分,是提高混合動カ汽車經(jīng)濟性、動カ性和減少廢氣排放量的關(guān)鍵技術(shù)。ー種好 的能量管理策略能夠使總能量在各動カ源之間即發(fā)動機和電機之間得到合理分配，最終在滿足驅(qū)動性能和制動性能的前提下使燃油經(jīng)濟性達(dá)到最優(yōu)。目前已經(jīng)提出的混合動カ汽車控制策略主要有(I)簡單地限定發(fā)動機工作區(qū)的靜態(tài)邏輯門限控制策略；(2)通過實時計算比較確定發(fā)動機和電動機的最佳工作點的瞬時優(yōu)化控制策略；(3)應(yīng)用最優(yōu)控制理論和最優(yōu)化方法的全局最優(yōu)控制策略，該控制策略根據(jù)所使用的控制方法的不同，又分為基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法、基于古典變分法和基于Bellman動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種，其中研究最為成熟的是基于Bellman動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略。上述研究都在一定程度上改進(jìn)了混合動カ汽車能量管理策略，提高了車輛性能，但還不十分成熟。目前只有基于工程經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計的邏輯門限能量管理策略在實際商品化混合動カ汽車中得到了應(yīng)用，但是該方法主要依靠已有經(jīng)驗設(shè)置參數(shù)初值，結(jié)合“試錯法”對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，雖然具有一定的實用性，但是不能保證動カ系統(tǒng)的最佳匹配，無法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。全局最優(yōu)能量管理策略，可以求得控制變量(如發(fā)動機/電動機轉(zhuǎn)矩)的全局最優(yōu)解，但是這些方法需要行駛エ況已知，難以應(yīng)用于實車控制。瞬時優(yōu)化能量管理策略，在エ況未知的情況下可以實現(xiàn)每個時刻的燃油消耗最小，但是需要大量的浮點運算，實現(xiàn)較為困難。由于混合動カ汽車能量管理策略問題是ー類典型多變量(既包括連續(xù)變量又包括離散變量)的非線性動態(tài)優(yōu)化問題，故較難用某ー種方法從理論上取得重大突破，目前仍無可應(yīng)用于實車控制的最優(yōu)解決方案來突破能量管理策略實用化、高性能化的技術(shù)瓶頸。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種混合動カ汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)，在混合動カ汽車起動、加速、巡航等エ況下采用驅(qū)動模糊控制策略，在制動或停車エ況下采用制動模糊控制策略，不僅滿足驅(qū)動エ況的需求，同時能有效回收制動能量，達(dá)到降低能耗和排污、増加續(xù)駛里程的目的。本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是ー種混合動カ汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)，包括控制汽車各動力部分和制動部分運轉(zhuǎn)的整車控制器，雙模糊能量控制管理系統(tǒng)還設(shè)有驅(qū)動模糊控制器和制動模糊控制器；離合器檢測模塊和電池檢測模塊與驅(qū)動模糊控制器連接，分別將檢測到的總需求輸出轉(zhuǎn)矩和電池電荷狀態(tài)值輸入驅(qū)動模糊控制器，驅(qū)動模糊控制器從其輸出ロ輸出發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號至整車控制器；驅(qū)動模糊控制器的輸出口及離合器檢測模塊與運算器連接，輸入的信號經(jīng)過運算器求差后輸入整車控制器；整車控制器分別將相應(yīng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制信號傳輸至發(fā)動機控制器和電動機控制器；車速檢測模塊和制動踏板檢測模塊與制動模糊控制器連接，分別將檢測到的車速信息和總制動カ需求值輸入制動模糊控制器，制動模糊控制器從其輸出ロ輸出電機制動カ分配比例系數(shù)至整車控制 器；制動模糊控制器的輸出ロ及制動踏板檢測模塊與運算器連接，運算器的運算結(jié)果輸入整車控制器；整車控制器分別將相應(yīng)的制動控制信號傳輸至電機控制器和制動控制器。輸入驅(qū)動模糊控制器和制動模糊控制器的信號首先進(jìn)行尺度變換，將其變換到要求的論域范圍內(nèi)，量化后的值作為模糊推理系統(tǒng)的輸入；經(jīng)模糊推理系統(tǒng)得到的輸出量經(jīng)過尺度變換，變換為實際值后作為輸入驅(qū)動模糊控制器或制動模糊控制器的輸出。所述驅(qū)動模糊控制器及制動模糊控制器的輸入變量和輸出變量的論域劃分為多個模糊子集。所述驅(qū)動模糊控制器及制動模糊控制器的輸入變量和輸出變量的隸屬函數(shù)均采用兩邊為梯形隸屬函數(shù)，中間為三角隸屬函數(shù)的方法構(gòu)成。本實用新型中發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩受總需求轉(zhuǎn)矩的約束，其大小要保證電池SOC穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而提高電池的效率和使用壽命。發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)輸入量的大小經(jīng)模糊控制策略分析之后，將得到的值傳送到發(fā)動機模塊，由發(fā)動機控制器控制油門的開度來得到輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動模糊控制策略中的電機輸出轉(zhuǎn)矩是通過將總需求轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩的差值作為電機模塊的輸入值，經(jīng)過電機控制器的控制作用得到?？傊苿恿χ饕蓚鲃虞S上的制動カ和摩擦制動カ兩部分組成，摩擦制動カ以熱能的形式散失掉，只有傳動軸上的制動カ才能作為混合動カ汽車的再生制動力，向蓄電池充電。電機制動カ為傳動軸上的制動力，在不考慮傳動軸上的損耗的情況下即為再生制動力。為避免電池過充電，將混合動カ汽車的電動機通過耗能電阻與蓄電池連接，耗能電阻的兩端并接有控制開關(guān)，控制開關(guān)的控制端與整車控制器連接。電機制動カ由再生制動カ和電阻消耗兩部分組成。再生制動カ受當(dāng)前電池最大回收功率的影響，當(dāng)接收到制動信號吋，若電機制動過程提供的制動能量小于或等于電池所允許的最大回收功率吋，則控制開關(guān)閉合，電能不經(jīng)過能耗電阻直接向蓄電池充電，使再生制動能量最大；若電機制動過程提供的制動能量大于電池所允許的最大回收功率時，則控制開關(guān)斷開，電能經(jīng)能耗電阻加在蓄電池兩端，避免電池過充電。驅(qū)動模糊控制策略以混合驅(qū)動系統(tǒng)總需求轉(zhuǎn)矩和電池組SOC為輸入，以發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩為輸出，經(jīng)過模糊控制量化、模糊化、隸屬函數(shù)設(shè)計、模糊規(guī)則制定、解模糊等步驟得到，實現(xiàn)發(fā)動機與電機之間轉(zhuǎn)矩的合理分配，獲得整車最大的燃油經(jīng)濟性能、最低的排放以及平穩(wěn)的駕駛性能。制動模糊控制策略以總制動カ和需求車速為輸入，電機制動カ在總制動力中所占的比例系數(shù)ユ為輸出，以達(dá)到滿足制動性能的前提下實現(xiàn)制動能量的有效回收。本實用新型的有益效果是驅(qū)動模糊控制策略通過Advisor仿真驗證，比電輔助式能量管理策略能夠更加有效地降低混合動カ汽車的燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟型，同時也能很好地控制電池SOC工作在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。雙模糊能量控制管理策略通過Advisor仿真驗證，和驅(qū)動模糊控制策略相比，在燃油經(jīng)濟性、加速性能、排放性能等方面均有所改善。采用本實用新型提供的雙模糊能量控制管理策略，不僅能夠滿足驅(qū)動エ況的需求，同時能有效回收制動能量，達(dá)到降低能耗和排污、増加續(xù)駛里程的目的。

圖I是雙模糊能量控制管理策略原理圖。圖2是驅(qū)動模糊控制管理策略原理圖。圖中標(biāo)記；1、整車控制器，2、驅(qū)動模糊控制器，3、制動模糊控制器，4、離合器檢測模塊，5、電池檢測模塊，6、運算器，7、發(fā)動機控制器，8、電動機控制器，9、車速檢測模塊，10、制動踏板檢測模塊，11、制動控制器，Trai、總需求輸出轉(zhuǎn)矩，TiM、發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩，Tm、電機需求輸出轉(zhuǎn)矩，η、車速，N、總制動カ需求值，α、電機制動カ分配比例系數(shù)，S0C、電池電荷 狀態(tài)值。
具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例具體說明本實用新型的實施方式。雙模糊能量控制管理策略原理如圖I所示，雙模糊能量控制管理系統(tǒng)包括控制汽車各動力部分和制動部分運轉(zhuǎn)的整車控制器I。在滿足驅(qū)動エ況需求的同時，應(yīng)充分考慮制動エ況下的能量回收問題。具體而言，混合動カ汽車在起動、加速和巡航エ況下，整車的能量管理系統(tǒng)采用驅(qū)動模糊控制器2的模糊控制策略來實現(xiàn)，當(dāng)混合動カ汽車運行在減速、停車等制動エ況下時，制動能量由摩擦制動、電機制動共同實現(xiàn)，電機應(yīng)盡可能多地回收制動能量，此時整車能量管理系統(tǒng)采用制動模糊控制器3的模糊控制策略來實現(xiàn)。驅(qū)動模糊控制器2和制動模糊控制器3通過檢測油門踏板和制動踏板進(jìn)行切換。圖I中離合器檢測模塊4和電池檢測模塊5與驅(qū)動模糊控制器2連接，檢測到的總需求輸出轉(zhuǎn)矩Trai和電池電荷狀態(tài)值(SOC)作為驅(qū)動模糊控制器2的兩個輸入，并作為模糊策略的判斷依據(jù)。該模糊策略以輸入的總需求輸出轉(zhuǎn)矩Trai和電池電荷狀態(tài)值(SOC)作為模糊推理的條件，以發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩Tire為模糊推理的結(jié)果。驅(qū)動模糊控制器2根據(jù)輸入信號和模糊策略經(jīng)分析后得到發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩TiM，并將此值作為整車控制器I的ー個輸入。整車控制器I根據(jù)輸入的發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩TiM，將相應(yīng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制信號傳輸至發(fā)動機控制器7，經(jīng)發(fā)動機控制器7控制得到需求的TiM。驅(qū)動模糊控制器2的輸出口和離合器檢測模塊4與運算器6連接，驅(qū)動模糊控制器2輸出的發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號和離合器檢測模塊4檢測到的總需求輸出轉(zhuǎn)矩信息經(jīng)過運算器6求差后得到電機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號，并輸入整車控制器I ;整車控制器I根據(jù)輸入的電機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號，將相應(yīng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制信號傳輸至電動機控制器8，經(jīng)電動機控制器8控制得到需求的轉(zhuǎn)矩。車速檢測模塊9和制動踏板檢測模塊10與制動模糊控制器3連接，檢測并計算得到的需求車速η和由制動踏板上得到的總制動力需求值N作為制動模糊控制器3的輸入，并作為模糊策略的判斷依據(jù)。制動模糊控制器3根據(jù)輸入信號和模糊策略分析后得到電機制動カ在總制動力中所占的分配比例系數(shù)α，并將此值作為整車控制器I的ー個輸入。制動模糊控制器3的輸出口和制動踏板檢測模塊10與運算器6連接，制動模糊控制器3輸出的電機制動カ分配比例系數(shù)與制動踏板檢測模塊10檢測到的總制動力需求值相乘后再與總制動力需求值求差得到摩擦制動カ信號，并將結(jié)果輸入整車控制器I;整車控制器I根據(jù)輸入的信號分別將相應(yīng)的制動控制信號傳輸至電機控制器8和制動控制器11進(jìn)行制動控制。為避免電池過充電，混合動カ汽車的電動機通過耗能電阻與蓄電池連接，耗能電阻的兩端并接有控制開關(guān)，控制開關(guān)的控制端與整車控制器連接；若電機制動過程提供的制動能量小于或等于電池所允許的最大回收功率時，則控制開關(guān)閉合；若電機制動過程提供的制動能量大于電池所允許的最大回收功率時，則控制開關(guān)斷開，電能經(jīng)能耗電阻加在蓄電池兩端。驅(qū)動模糊控制管理策略原理如圖2所示，選擇發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩作為驅(qū)動模糊控制的輸出量，PHEV運行過程中要滿足驅(qū)動性能的要求，因此發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩受總需求輸出轉(zhuǎn)矩的約束，同時發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩的大小還要充分考慮電池SOC穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，保證電池的效率和使用壽命，因此將離合器檢測模塊輸出的總需求輸出轉(zhuǎn)矩TM(1、電池檢測模塊得到的電池荷電狀態(tài)值SOC作為驅(qū)動模糊控制器的輸入量。根據(jù)輸入量的大小經(jīng)模糊控制策略分析之后，得到發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩，并將得到的值傳送到發(fā)動機模塊，由發(fā)動機控制器控制油門的開度來得到需求的發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩。此時，將總需求輸出轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩的差值作為電機模塊的輸入值，經(jīng)過電機控制器的控制作用得到需要的電機輸出轉(zhuǎn)矩。對于實際的輸入變量，首先需要進(jìn)行尺度變換，將其變換到要求的論域范圍內(nèi)，量化后的值作為模糊推理系統(tǒng)的輸入。對于經(jīng)模糊推理系統(tǒng)得到的輸出變量同樣需要經(jīng)過尺度變換，變換為實際值后作為輸入驅(qū)動模糊控制器或制動模糊控制器的輸出。對于發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩來說則是將其變換到實際的發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)。由于發(fā)動機的需求輸出轉(zhuǎn)矩受總需求輸出轉(zhuǎn)矩Trai和電池當(dāng)前的荷電狀態(tài)值SOC的約束，因此把Trai和SOC作為模糊控制器的輸入變量，需要把總需求輸出轉(zhuǎn)矩Trap電池SOC和發(fā)動機的需求輸出轉(zhuǎn)矩Tira進(jìn)行量化。以電池SOC為例，若實際的輸入量為Q%其變化范圍是[Q*min，Q*fflaJ，若要求的論域為[Qmin，QfflaJ，采用線性變換，則變換后的電池SOC值的計算公式如(I)所示。本實用新型中驅(qū)動模糊控制器輸入變量SOC的實際變化范圍Q*為[OI]，可將要求的論域設(shè)定為[O 11]。
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￠) HflK — ^2 式中，Qs。。一經(jīng)尺度變換后的值；k一比例因子。根據(jù)上述公式，電池SOC的實際輸入值Q*經(jīng)尺度變換后的值Qs。。變?yōu)閇O 11]范圍內(nèi)的某ー數(shù)值，作為模糊推理系統(tǒng)的輸入量。由于總需求輸出轉(zhuǎn)矩Trap電池SOC和發(fā)動機的需求輸出轉(zhuǎn)矩的實際變化范圍都是由初始值零開始，因此輸入、輸出變量的隸屬函數(shù)均采用兩邊梯形隸屬函數(shù)，中間為三角隸屬函數(shù)的設(shè)計方法，這樣可以把輸入、輸出變量的任何一種狀態(tài)都包含進(jìn)去，又考慮到輸入變量及輸出量的模糊子集劃分的越多，控制規(guī)則的細(xì)化程度就越高，控制越精確，將輸入變量和輸出變量的論域[O 11]細(xì)化為17個模糊子集，保證了控制的精度。輸入的總需求輸出轉(zhuǎn)矩TM(1、電池荷電狀態(tài)值SOC的語言變量分別有17個模糊子集，因而模糊推理規(guī)則共有17X 17=289條，輸入變量根據(jù)制定的模糊規(guī)則庫，得到滿足需求的發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩。設(shè)計的模糊控制規(guī)則如下表所示。
權(quán)利要求1.一種混合動力汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)，包括控制汽車各動力部分和制動部分運轉(zhuǎn)的整車控制器(1)，其特征在于雙模糊能量控制管理系統(tǒng)還設(shè)有驅(qū)動模糊控制器(2)和制動模糊控制器(3);離合器檢測模塊(4)和電池檢測模塊(5)與驅(qū)動模糊控制器(2)連接，分別將檢測到的總需求輸出轉(zhuǎn)矩和電池電荷狀態(tài)值輸入驅(qū)動模糊控制器(2)，驅(qū)動模糊控制器(2)從其輸出口輸出發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號至整車控制器(I);驅(qū)動模糊控制器(2 )的輸出口及離合器檢測模塊(4 )與運算器(6 )連接，輸入的信號經(jīng)過運算器(6 )求差后輸入整車控制器(I);整車控制器(I)分別將相應(yīng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制信號傳輸至發(fā)動機控制器(7)和電動機控制器(8);車速檢測模塊(9)和制動踏板檢測模塊(10)與制動模糊控制器(3)連接，制動模糊控制器(3)從其輸出口輸出電機制動力分配比例系數(shù)至整車控制器(I);制動模糊控制器(3)的輸出口及制動踏板檢測模塊(10)與運算器(6)連接，運算器(6)的運算結(jié)果輸入整車控制器(I);整車控制器(I)分別將相應(yīng)的制動控制信號傳輸至電機控制器(8)和制動控制器(11)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種混合動力汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)，其特征在于混合動力汽車的電動機通過耗能電阻與蓄電池連接，耗能電阻的兩端并接有控制開關(guān)，控制開關(guān)的控制端與整車控制器連接。
專利摘要一種混合動力汽車的雙模糊能量控制管理系統(tǒng)，包括整車控制器、驅(qū)動模糊控制器和制動模糊控制器；離合器檢測模塊和電池檢測模塊與驅(qū)動模糊控制器連接；驅(qū)動模糊控制器輸出發(fā)動機需求輸出轉(zhuǎn)矩信號至整車控制器；車速檢測模塊和制動踏板檢測模塊與制動模糊控制器連接，制動模糊控制器輸出電機制動力分配比例系數(shù)至整車控制器；驅(qū)動模糊控制器、離合器檢測模塊、制動模糊控制器和制動踏板檢測模塊分別經(jīng)過運算器連接至整車控制器；整車控制器分別與發(fā)動機控制器、電動機控制器和制動控制器連接。在燃油經(jīng)濟性、加速性能、排放性能等方面均有所改善；不僅能夠滿足驅(qū)動工況的需求，同時能有效回收制動能量，達(dá)到降低能耗和排污、增加續(xù)駛里程的目的。
文檔編號B60W10/08GK202413783SQ20122001737
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者付主木, 劉磊坡, 王斌, 王聰慧, 袁瀾, 邱聯(lián)奎, 高愛云 申請人:河南科技大學(xué)