一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法技术

本发明专利技术涉及一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，属于并联式混合动力汽车控制技术领域。该方法以并联式混合动力汽车电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，以等效因子s的值为输出，建立模糊控制器和ECMS瞬时优化控制算法，通过模糊控制器对ECMS瞬时优化控制算法中的等效因子进行动态调节。本发明专利技术解决了并联式混合动力汽车不能外接电网充电的情况下，难以对电量SOC进行自我管理的问题。同时，相比传统基于规则的控制算法，能使并联式混合动力汽车获得更好的燃油经济性，实现了对并联式混合动力汽车的模糊自适应能量管理控制。

【技术实现步骤摘要】
一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法
本专利技术属于并联式混合动力汽车控制
，涉及一种基于等效消耗最小策略(EquivalentConsumptionMinimizationStrategy,ECMS)的模糊自适应瞬时优化能量管理控制方法。
技术介绍
在新能源汽车中，并联式混合动力汽车由于其独特的结构与动力输出方式，被认为是最有效可行的一种解决方案。并联式混合动力汽车有两个动力源，分别为发动机和电动机。通过能量管理策略(EnergyManagementStrategy,EMS)对两个动力源之间的功率分配进行有效控制，并联式混合动力汽车能够在排放更低的同时获得更高的燃油经济性。目前，EMS可分为两大类，分别为基于规则的EMS和基于优化的EMS。基于规则的EMS可分为基于确定规则的EMS和基于模糊规则的EMS。基于规则的EMS实现起来比较简单，可基于现有的车辆工作方式进行设计，应用较为广泛。然而，这些基于规则的EMS都是基于工程师的经验和特定的行驶工况所设计的，难以得到最优的燃油经济性。基于优化的EMS旨在使发动机和电动机之间的功率分配达到最优，进而得到最优的燃油经济性，其主要分为两大类，分别为基于全局优化的EMS和基于在线优化的EMS。基于在线优化的EMS主要以ECMS为代表，旨在将全局优化问题转换为多个局部优化的问题，以减少计算时间，并能够在实车中进行应用。然而，ECMS的等效因子默认为常数，难以满足现实环境中复杂多变的行驶工况。此外，由于并联式混合动力汽车无法连接电网进行电量的补给，需要保证标准工况下的起始电量SOC和末端电量SOC尽可能相等，等效因子为常数的ECMS无法满足并联式混合动力汽车的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，将模糊控制器和ECMS相结合，以电量SOC及其变化率作为模糊控制器的输入，以等效因子作为模糊控制器的输出，通过对ECMS中等效因子的动态调节，不仅满足并联式混合动力汽车的需求，还能适应各种复杂工况，提高汽车的燃油经济性与性能。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，以并联式混合动力汽车电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，以等效因子s的值为输出，建立模糊控制器和等效消耗最小策略(EquivalentConsumptionMinimizationStrategy,ECMS)瞬时优化控制算法，通过模糊控制器对ECMS瞬时优化控制算法中的等效因子进行动态调节。进一步，建立ECMS瞬时优化控制算法，具体包括以下步骤：S101：根据最优控制理论，可以得到并联式混合动力汽车在一定行驶工况下的最小油耗：其中，为发动机燃油消耗率，为电机等效燃油消耗率，Te为发动机工作转矩，Tem为电机工作转矩，ne为发动机转速，nem为电机转速，Te_min为发动机最小工作转矩，Te_max为发动机最大工作转矩，Tem_max为电机最大工作转矩，N为工况总时间，Δt为单位时间；S102：当电机在电动机模式下工作时，混合动力系统的燃油消耗量由两部分组成，一是发动机直接消耗的燃油量，二是电动机消耗电能所对应的等效油耗，可以得到并联式混合动力汽车的瞬时等效油耗：其中，ηdis为电池放电效率，ηm为电机工作效率，schg为充电等效因子；当电机在发电机模式下工作时，除制动能量回收外，发动机消耗燃油带动发电机对电池进行充电，可以得到并联式混合动力汽车的瞬时等效油耗：其中，ηcha为电池充电效率，sdis为放电等效因子；S103：当瞬时等效油耗最小时，可以得到最佳的发动机工作转矩Te_out_opt和电机工作转矩Tem_out_opt。进一步，以电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，等效因子s的值为输出，建立模糊控制器，具体包括以下步骤：S201：选择城市、郊区或高速等多种复杂工况，以等效油耗为目标函数，对等效因子进行离线遍历，计算出多种复杂工况下等效因子的公共有效区间；S202：根据步骤S201的等效因子有效区间，建立模糊控制的隶属度函数，为了获得更好的控制精度，选取高斯型隶属度函数作为输入函数：y＝gaussmf(x,[sigc])(5)其中，x指定变量论域范围，c决定了函数的中心点，sig决定了函数曲线的宽度σ；选取三角型隶属度函数作为输出函数：y＝trimf(x,[abc])(6)其中，a、b和c指定三角形函数的形状；输入ΔSOC的模糊子集为{SNB,SNS,SZO,SPS,SPB}，ΔSOC'的模糊子集为{dSNB,dSNS,dSZO,dSPS,dSPB}，输出等效因子s的模糊子集为{sNB,sNS,sZO,sPS,sPB}；其中，xNB、xNS、xZO、xPS、xPB分别表示语言变量{负大、负小、零、正小、正大}；S203：根据步骤S202的隶属度函数，设计模糊规则，具体包括以下内容：如果ΔSOC＝SPB，那么s＝sNB；如果ΔSOC＝SPS，那么s＝sNS；如果ΔSOC＝SZO，ΔSOC'＝dSPB，那么s＝sNB；如果ΔSOC＝SZO，ΔSOC'＝dSPS，那么s＝sNS；如果ΔSOC＝SZO，ΔSOC'＝dSZO，那么s＝sNB；如果ΔSOC＝SZO，ΔSOC'＝dSNS，那么s＝sPS；如果ΔSOC＝SZO，ΔSOC'＝dSNB，那么s＝sPB；如果ΔSOC＝SNS，那么s＝sPS；如果ΔSOC＝SNB，那么s＝sPB。进一步，设计并联式混合动力汽车的工作模式，分别为混合驱动模式、发动机单独驱动模式、电机发电模式、电机单独驱动模式和再生制动模式；对这五种工作模式的判断如下：1)当总需求转矩Treq大于发动机最优工作转矩Te_opt时，并联式混合动力汽车处于混合驱动模式；2)当Treq＝Te_opt时，并联式混合动力汽车处于发动机单独驱动模式；3)当Te_min≤Treq＜Te_opt时，并联式混合动力汽车处于电机发电模式；4)当0＜Treq＜Te_min时，并联式混合动力汽车处于电机单独驱动模式；5)当Treq≤0时，并联式混合动力汽车处于再生制动模式。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术将ECMS瞬时优化控制算法应用于并联式混合动力汽车，相比传统基于规则的控制算法，能使汽车获得更好的燃油经济性；2)本专利技术的模糊自适应能量管理控制方法将ECMS瞬时优化控制算法和模糊控制器的优点相结合，解决了并联式混合动力汽车不能外接电网充电的情况下，难以对电量SOC进行自我管理的问题；3)本专利技术选择的多种复杂工况，基本包含了汽车在行驶过程中能遇到的所有工况，能够使并联式混合动力汽车在不同行驶工况下都能获得较好的燃油经济性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，其特征在于，该方法以并联式混合动力汽车电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，以等效因子s的值为输出，建立模糊控制器和等效消耗最小策略(Equivalent Consumption MinimizationStrategy,ECMS)瞬时优化控制算法，通过模糊控制器对ECMS瞬时优化控制算法中的等效因子进行动态调节。/n

【技术特征摘要】
1.一种并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，其特征在于，该方法以并联式混合动力汽车电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，以等效因子s的值为输出，建立模糊控制器和等效消耗最小策略(EquivalentConsumptionMinimizationStrategy,ECMS)瞬时优化控制算法，通过模糊控制器对ECMS瞬时优化控制算法中的等效因子进行动态调节。


2.根据权利要求1所述的并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，其特征在于，建立ECMS瞬时优化控制算法，具体包括以下步骤：
S101：根据最优控制理论，得到并联式混合动力汽车在一定行驶工况下的最小油耗：



subjectto:Te_min≤Te≤Te_maxorTe＝0
0≤Tem≤Tem_max(2)
ne＝nem
其中，为发动机燃油消耗率，为电机等效燃油消耗率，Te为发动机工作转矩，Tem为电机工作转矩，ne为发动机转速，nem为电机转速，Te_min为发动机最小工作转矩，Te_max为发动机最大工作转矩，Tem_max为电机最大工作转矩，N为工况总时间，Δt为单位时间；
S102：当电机在电动机模式下工作时，混合动力系统的燃油消耗量由两部分组成，一是发动机直接消耗的燃油量，二是电动机消耗电能所对应的等效油耗，得到并联式混合动力汽车的瞬时等效油耗：



其中，ηdis为电池放电效率，ηm为电机工作效率，schg为充电等效因子；
当电机在发电机模式下工作时，除制动能量回收外，发动机消耗燃油带动发电机对电池进行充电，得到并联式混合动力汽车的瞬时等效油耗：



其中，ηcha为电池充电效率，sdis为放电等效因子；
S103：当瞬时等效油耗最小时，得到最佳的发动机工作转矩Te_out_opt和电机工作转矩Tem_out_opt。


3.根据权利要求2所述的并联式混合动力汽车模糊自适应能量管理控制方法，其特征在于，以电量SOC的偏差ΔSOC及其变化率ΔSOC'为输入，等效因子s的值为输出，建立模糊控制器，具体包括以下步骤：
S201：选择多种复杂工况，以等效油耗为目标函数，对等效因子进行离线遍历，计算出多种复杂工况下等效因子的公共有效区间；
S202：根据步骤S201的等效因子有效区间，建立模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑太雄，刘星，杨新琴，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50