基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，包括以下步骤：获取加速踏板开度、加速踏板开度变化率、电池剩余电量值以及转矩补充负荷系数，以加速踏板开度、加速踏板开度变化率和电池剩余电量值作为输入变量，以转矩补充负荷系数作为输出变量建立模糊控制规则；划分行驶模式，包括动力模式、舒适模式以及节能模式，根据模糊控制规则得到三种模式下的转矩补充负荷系数；根据转矩补充负荷系数以及当前负荷系数得到目标负荷系数，并通过目标负荷系数得到目标电机负荷转矩；对于动力模式和舒适模式根据目标电机负荷转矩调整电机当前转矩；对于节能模式，利用动态规划算法综合目标车速和目标负荷系数规划扭矩输出路径。

Control Method of Pure Electric Vehicle Driving Strategy Based on Fuzzy Control and Dynamic Programming

The invention discloses a driving strategy control method of pure electric vehicle based on fuzzy control and dynamic programming, which includes the following steps: acquiring accelerating pedal opening, accelerating pedal opening change rate, battery residual power value and torque supplementary load coefficient, taking accelerating pedal opening change rate and battery residual power value as input variables, and supplementing negative by torque. The load coefficient is used as the output variable to establish the fuzzy control rules; the driving modes are divided into power mode, comfort mode and energy-saving mode, and the torque supplementary load coefficients under the three modes are obtained according to the fuzzy control rules; the target load coefficients are obtained according to the torque supplementary load coefficients and the current load coefficients, and the load torques of the target motor are obtained through the target load coefficients. For the power mode and comfort mode, the current torque of the motor is adjusted according to the load torque of the target motor; for the energy-saving mode, the dynamic programming algorithm is used to synthesize the target speed and the target load coefficient to plan the torque output path.

【技术实现步骤摘要】
基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法
本专利技术涉及电动汽车整车控制领域，具体公开了一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法。
技术介绍
随着全球能源危机和空气污染问题日益严峻，纯电动汽车的发展成为了解决能源污染的当务之急。目前纯电动汽车最为关键的三大技术，即电机、电池、电控技术，是纯电动汽车突破能效问题的核心技术。电动汽车发展中最重要的部分之一是其整车控制系统的设计。整车控制系统涉及到了上下电管理、信号处理、驾驶员意图解析、车辆模式管理、档位管理、驱动控制、制动能量回收、电池能量管理、附件系统控制、续航里程计算、故障诊断与处理、状态监控与显示等功能。其中驱动控制策略调控整车行驶过程中的动力性与经济性，对整车性能的提高具有重要作用。纯电动汽车驱动控制策略主要有重庆大学秦大同等人提出的基于驾驶员意图识别的纯电动汽车动力性驱动控制策略、湖南大学郑潮雄等人提出的根据加速踏板的变化情况动态调整车辆的加速性能的智能模式控制策略。这些方法主要是针对驾驶员意图的识别，提高车辆的动态响应，对整车行驶经济性考虑不足。而随着纯电动汽车的发展，其动力性已符合生产生活的需求，但续航里程不足是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在提供一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，包括以下步骤：S1：获取加速踏板开度、加速踏板开度变化率、电池剩余电量值以及转矩补充负荷系数，以加速踏板开度、加速踏板开度变化率和电池剩余电量值作为输入变量，以转矩补充负荷系数作为输出变量建立模糊控制规则；S2：划分行驶模式，包括动力模式、舒适模式以及节能模式，根据模糊控制规则得到三种模式下的转矩补充负荷系数；S3：根据转矩补充负荷系数以及当前负荷系数得到目标负荷系数，并通过目标负荷系数得到目标电机负荷转矩；S4：对于动力模式和舒适模式根据目标电机负荷转矩调整电机当前转矩；对于节能模式，利用动态规划算法综合目标车速和目标负荷系数规划扭矩输出路径。作为对上述方法的进一步补充：优选地，S2中得到三种模式下的转矩补充负荷系数的方法为：根据模糊控制规则，采用Mamdani直接推理法推理驾驶员的驾驶意图，并根据驾驶意图输出补充负荷系数。优选地，S3中目标电机负载转矩的计算方式为：Lend＝L+Lcompensate其中，Lend为目标机负载转矩，L为电机当前负载转矩，Lcompensate为转矩补充负荷系数。优选地，S4中利用动态规划算法综合单位里程下的整车能耗与加速时间对目标电机负荷转矩进行调整得到期望电机负荷转矩包括以下步骤：S41：根据加速需求，以电机转矩为控制变量，电机转速为状态变量，建立最优控制问题，并根据汽车纵向动力学模型得到最优控制问题的系统状态方程；S42：根据目标车速与系统状态方程得到状态变量的约束方程；根据目标负荷系数以及转矩搜索所需的扩展空间得到控制变量的约束方程；S43：根据状态变量的约束方程以及控制变量的约束方程建立性能指标方程；S44：根据动态规划算法求解性能指标方程的最优控制序列；S45：根据最优控制序列规划扭矩输出路径。优选地，S41中的汽车纵向动力学模型为:其中,Tm(t)为电机输出扭矩，nm(t)为电机转速，i0为主减速器传动比，ηT为传动系机械效率，m为汽车质量，r为轮胎半径，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，G为汽车重力，f为滚动阻力系数，i为道路坡度。优选地，S41中的最优控制问题表达式为：J＝min{∑L[x(k),u(k),k]}x(k+1)＝f(x(k),u(k))x∈Xu∈U。优选地，状态变量的约束方程以及控制变量的约束方程分别为：其中，nnow为电机当前转速，ndem为期望的电机转速，Tmin为电机平衡当前车速的最小转矩，Tmax(Lend+δ)为电机在此扩展空间及当前车速下电机最大输出转矩。优选地，性能指标方程为：其中，tacc为加速时间，Pbat(k)为电池输出功率，Dis(k)为单阶车辆行驶的距离，λ1和λ2为权重因子，ωt和ωele为归一化因子，Jt为考虑加速时间的性能指标，Jele为考虑单位里程下的整车能耗的性能指标。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术划分了动力模式、舒适模式、节能模式三个模式，在确保行驶动力性的基础上，通过智能模式控制策略对纯电动汽车三个行驶模式下动态驾驶意图进行识别并输出补偿负荷系数，使车辆的行驶状态更加符合驾驶员的驾驶意图，并保证了车辆的动力性与经济性。2、本专利技术采用模糊控制策略进行驱动转矩优化，可以不依靠数学模型、鲁棒性强。3、本专利技术针对节能模式对整车经济性要求较高的要求，综合利用动态规划算法，提出了考虑单位里程下的整车能耗与加速时间的输出转矩优化，保证整车在一定动力需求的基础上实现整车经济性的最大化。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术优选实施例提供的一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法流程图；图2为本专利技术优选实施例电机转矩负荷系数和加速踏板开度的关系曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：本专利技术提供了一种基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，参见图1，包括以下步骤：S1：获取加速踏板开度、加速踏板开度变化率、电池剩余电量值以及转矩补充负荷系数，以加速踏板开度、加速踏板开度变化率和电池剩余电量值作为输入变量，以转矩补充负荷系数作为输出变量建立模糊控制规则；S2：划分行驶模式，包括动力模式、舒适模式以及节能模式，根据模糊控制规则得到三种模式下的转矩补充负荷系数；S3：根据转矩补充负荷系数以及当前负荷系数得到目标负荷系数，并通过目标负荷系数得到目标电机负荷转矩；S4：对于动力模式和舒适模式根据目标电机负荷转矩调整电机当前转矩；对于节能模式，利用动态规划算法综合目标车速和目标负荷系数规划扭矩输出路径。扭矩输出路径即电机扭矩随电机转速变化的扭矩输出轨迹。实施例2：纯电动汽车正常行驶的原理是电机系统接收整车控制器的转矩指令后，输出实际转矩，通过传动装置驱动车轮。所以确定驱动电机的需求转矩特性是研究驱动控制策略的关键。加速踏板开度能够反映驾驶员对于驱动电机转矩需求的大小，电机转速能够表征当前转速下电机最大转矩的输出能力。为了能更加清楚地确定加速踏板开度与驾驶员需求转矩大小的关系，定义电机转矩负荷系数L和加速踏板开度P_acc的关系为：L＝f(P_acc)参见图2，根据整车工作模式的划分，分别制定了三种电机转矩负荷系数L和加速踏板开度P_acc的关系曲线，动力模式、舒适模式、节能模式分别对应曲线A,B,C。其中曲线A的电机转矩负荷系数L和加速踏板开度P_acc的关系曲线为凸型，其注重动力性，加速性能较好适合工作在高负荷区间；曲线C的电机转矩负荷系数L和加速踏板开度P_acc的关系曲线为凹型，其注重经济性，加速性能偏软，适合工作在低负荷区间；曲线B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取加速踏板开度、加速踏板开度变化率、电池剩余电量值以及转矩补充负荷系数，以所述加速踏板开度、所述加速踏板开度变化率和所述电池剩余电量值作为输入变量，以所述转矩补充负荷系数作为输出变量建立模糊控制规则；S2：划分行驶模式，包括动力模式、舒适模式以及节能模式，根据模糊控制规则得到三种模式下的转矩补充负荷系数；S3：根据转矩补充负荷系数以及当前负荷系数得到目标负荷系数，并通过目标负荷系数得到目标电机负荷转矩；S4：对于所述动力模式和所述舒适模式根据目标电机负荷转矩调整电机当前转矩；对于所述节能模式，利用动态规划算法综合目标车速和目标负荷系数规划扭矩输出路径。

【技术特征摘要】
1.基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取加速踏板开度、加速踏板开度变化率、电池剩余电量值以及转矩补充负荷系数，以所述加速踏板开度、所述加速踏板开度变化率和所述电池剩余电量值作为输入变量，以所述转矩补充负荷系数作为输出变量建立模糊控制规则；S2：划分行驶模式，包括动力模式、舒适模式以及节能模式，根据模糊控制规则得到三种模式下的转矩补充负荷系数；S3：根据转矩补充负荷系数以及当前负荷系数得到目标负荷系数，并通过目标负荷系数得到目标电机负荷转矩；S4：对于所述动力模式和所述舒适模式根据目标电机负荷转矩调整电机当前转矩；对于所述节能模式，利用动态规划算法综合目标车速和目标负荷系数规划扭矩输出路径。2.根据权利要求1所述的基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，其特征在于，所述S2中得到三种模式下的转矩补充负荷系数的方法为：根据模糊控制规则，采用Mamdani直接推理法推理驾驶员的驾驶意图，并根据所述驾驶意图输出补充负荷系数。3.根据权利要求1所述的基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，其特征在于，所述S3中目标电机负载转矩的计算方式为：Lend＝L+Lcompensate其中，Lend为目标电机负载转矩，L为电机当前负载转矩，Lcompensate为转矩补充负荷系数。4.根据权利要求1所述的基于模糊控制与动态规划的纯电动汽车行驶策略控制方法，其特征在于，所述S4中利用动态规划算法综合单位里程下的整车能耗与加速时间对目标电机负荷转矩进行调整得到期望电机负荷转矩包括以下步骤：S41：根据加速需求，以电机转矩为控制变量，电机转速为状态变量，建立最优控制问题，并根据汽车纵向动力学模型得到最优控制问题的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞铁，毛昌宏，才亚民，
申请(专利权)人：湖南普西智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43