專利名稱：基于模糊邏輯的串聯式混合動力電動汽車整車控制方法
技術領域：
本發明屬混合動力電動汽車的控制方法技術領域，具體涉及串聯式混合動力電動
汽車整車控制方法。
背景技術：
目前的串聯式混合動力電動汽車能量管理方法分為兩種恒溫式能量管理方法和 功率跟隨式能量管理方法。對于恒溫式能量管理方法，其發動機的控制單元(ECU)控制發 動機工作在一個恒定的工作點(瞬態工作時間忽略)，發動機拖動發電機工作為動力電池 提供能量。當動力電池的荷電量(SOC)低于某一限定值時(一般為20%左右)，發動機開 啟為動力電池補充電量。當動力電池的荷電量高于某一限定值時(一般不高于80%)，發 動機關閉。此控制策略的優點就是發動機工作在最優區，從而從源頭上進行了節能，降低了 整車的油耗和排放。但是由于該控制策略的能量鏈較長，分別通過發動機、發電機、動力電 池、驅動電機、傳動系統等，各部件的能量轉化效率均小于1，故整體的節能效果并不明顯。 功率跟隨式能量管理策略的控制原理是，當電池的荷電狀態SOC在電池最高荷電狀態與最 低荷電狀態之間時，發動機應該保持在一定的范圍內輸出功率；輸出功率在保證車輛正常 的行駛需要的同時，對電池進行充電，保證電池的最佳荷電狀態。這里的輸出功率被稱為均 衡功率。功率跟隨模式主要側重于控制電池始終保持在最佳狀態，使電池處于有利的工作 區域內，時刻對電池充電，使電池在設定的范圍內以淺循環放電工作，保持電池的較高荷電 狀態。該策略由于減少了能量鏈，并保持了電池工作在高效區域，整車的經濟性較好。但是 由于發動機保持持續工作并且工作區域隨著車輛的運行工況變化而變化，所以其排放性能 與恒溫式能量管理策略相比較差。 目前，在控制領域，隨著控制理論的發展及其在現實中的應用，一些大型、復雜和 具有不確定性的難以建立精確數學模型的系統，用原有經典的控制理論很難實現系統的有 效控制。模糊控制系統是一種自動控制系統，它以模糊數學、模糊語言形式的知識表示并以 模糊邏輯的規則推理為理論基礎，采用計算機控制技術構成的一種具有反饋通道的閉環控 制系統。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器。
發明內容
為了克服現有的串聯式混合動力電動汽車兩種控制策略存在的問題，即恒溫式控 制策略能量整車經濟性差，功率跟隨式控制策略整車排放性差等不足，本發明為一種基于 模糊邏輯的串聯式混合動力電動汽車整車控制方法。它根據專家控制原理，依據工程師的 經驗將驅動電機的需求工作狀態(一般指需求功率)分為不等的若干點，將動力電池的工 作狀況(一般指荷電量)分為若干點，將發動機的工作狀況分為若干個經濟和低排放點， 采用了模糊邏輯算法，它以動力電池的荷電狀態和驅動電機的需求功率為主控制變量，以 發動機的輸出扭矩為控制變量，隨著控制變量的變化，輸出優化工況點發動機控制，讓發動 機、動力電池、驅動電機等部件工作在高效區，提高部件經濟性，同時盡量減少電池參與工作時間，減少能量傳動鏈，提高整車經濟性，延長整車及各部件壽命，提高發動機排放性能。
本發明包括下列步驟 1.將發動機2與發電機3連接，并經逆變器與驅動電機5連接，動力電池4經逆變 器與驅動電機5連接，驅動電機5與車輛傳動系統連接。 2.根據專家控制原理、工程師的經驗、車輛工作區域特性和驅動電機5的工作特 性，將驅動電機5的需求工作狀態分為7個區域。 3.根據專家控制原理、工程師的經驗、動力電池4的特性，將動力電池4的工作狀 態分為7個區域。 4.根據專家控制原理、工程師的經驗和發動機2的工作性能，將發動機2的輸出狀 態分為3-5個燃油經濟和低排放點；其中3-5個燃油經濟和低排放點需滿足1.每個燃油 經濟和低排放點必須使發動機2處在經濟運行區域和低排放區域；2.所有燃油經濟和低排 放點的選擇，需使發電量滿足驅動電機5驅動車輛所有狀態的要求。 5.采用模糊邏輯算法，以動力電池4的荷電狀態和驅動電機5的需求功率為輸入 變量，以發動機2的輸出狀態為輸出變量，并依據輸入變量的變化輸出發動機2的燃油經濟 和低排放點；由發動機2帶動發電機3分別為驅動電機5和動力電池4提供能量，當處于發 動機2經濟和低排放點時，以發動機2工作為主；當處于發動機2經濟和低排放點外時，以 動力電池4工作為主，最終完成整車的驅動。 通過采用智能的模糊控制，以動力電池的荷電狀態和驅動電機的需求功率為主控 制變量，以發動機的輸出扭矩為輸出量，實現了發動機一直工作在燃油經濟和排放優化的 區域，從而從源頭上實現了節能減排，同時通過控制發動機調整幾個優化的工作點，有效地 避免了電池深度放電和飽和充電，使動力電池一直工作在高效區，在減少能量二次傳遞損 耗的同時，可有效增加動力電池的壽命；對于整車的部件，盡量利用發動機帶動發電機，使 能量直接傳遞給驅動電機，顯著減少了能量傳遞環節，從整體上實現了節能。
本發明的有益效果在于可減少電池參與工作時間，減少能量傳動鏈，提高整車節 能效果、經濟性和發動機排放性能，并延長整車及各部件壽命。
圖1為串聯式混合動力電動汽車結構示意圖(含能量流動方式) 圖2為串聯式混合動力電動汽車電氣元器件連接關系示意圖 其中1.車輪2.發動機3.發電機4.動力電池5.驅動電機6.分流電阻
7.發動機控制器(ECU) 8.車輛控制器(VCU) 9.動力電池控制器(BCU)10.驅動電機、
發電機控制器(MCU、GCU)11.混合動力電動汽車主控制器(HCU)12.個人電腦 13.車
輛監視器
具體實施例方式
圖l顯示混合動力電動汽車主要由發動機2、發電機3、驅動電機5和動力電池4構 成，它們以串聯方式連接，整車工作時，主控制變量選為動力電池4的荷電量(S0C)和車輛 的需求功率(或驅動電機5的需求功率)，由于發動機2的工作區域有著不同的優化區域， 分別在發動機2的萬有特性上選取三個比較優化的點(根據整車要求的不同及發動機2性能的不同選取的燃油及排放優化點數和具體位置不同)，然后根據控制變量的組合，控制發 動機2工作在已設定的優化點。 動力電池4S0C值自20%至80%等分為七個點，驅動電機5的需求功率(Pm)也分 為七個點(設為NB、 NM、 NS、 Z、 PS、 PM、 PB，分別對應的為負大、負中、負小、中、正小、正中、正大)。 在整車工作時，當動力電池4的SOC值較大(80% )時，若驅動電機5Pm為NB時， 此時車輛需要制動，發動機2關閉，傳動系統反過來拖動驅動電機5為電池充電；Pm為NM 時，此時車輛需要較小的驅動力，發動機2工作在最小的工作優化點，以便減少能量傳動鏈 的同時避免為電池充電；Pm為NS時，車輛需驅動力加大，調整發動機2工作在如此需求功 率相近的優化點，不足的部分由電池補充供能；依此類推。 當動力電池4的S0C值較大(70%)時，若驅動電機5Pm為NB時，此時車輛需要制 動，發動機2關閉，傳動系統反過來拖動驅動電機5為電池充電；Pm為NM時，此時車輛需要 較小的驅動力，發動機2工作在適合的工作優化點，以便減少能量傳動鏈的同時為電池充 電；Pm為NS時，車輛需驅動力加大，調整發動機2工作在如此需求功率相近的優化點，不足 的部分由電池補充供能；依此類推。 當動力電池4的S0C值較大(60%)時，若驅動電機5Pm為NB時，此時車輛需要制 動，發動機2關閉，傳動系統反過來拖動驅動電機5為電池充電；Pm為NM時，此時車輛需要 較小的驅動力，發動機2工作在適合的工作優化點，以便減少能量傳動鏈的同時為電池充 電；Pm為NS時，車輛需驅動力加大，調整發動機2工作在如此需求功率相近的優化點，不足 的部分由電池補充供能，依此類推。 動力電池4的SOC值一般情況不會低于50% ，有且僅當連續Pm連續PM時，發動機 2提供能量不能滿足車輛需求，動力電池4連續為車輛供電，發動機2則工作在最大的優化 點，為驅動電機5提供能量，與此同時，在Pm減小時迅速為動力電池4補充能量，依此類推。
圖1中粗實線和粗虛線分別表示能量的流動方向。根據需要，能量的流動方式共 有五種 1.啟動、低速行駛，以純電動機5驅動，此時為了取得較好的尾氣排放和燃料消耗
率，發動機2關閉，能量從動力電池4流向驅動電機5，完成整車的驅動。 2.行車中動力電池4需要充電和車輛需要較大負荷或急加速時，發動機2和電池
4同時工作，能量分別從發動機2、發電機3和動力電池4流向驅動電機5，完成整車的驅動需求。 3.車輛巡航行駛時，發動機2、發電機3直接給驅動電機5供電；能量從發動機2、 發電機3傳遞給驅動電機5。 4.起步前和停車后若電池4S0C很低，駐車充電。能量從發動機2、發電機3流向 動力電池4。 5.車輛剎車、減速時，發動機2關閉，驅動電機5反拖制動，給動力電池4充電，能 量從車輪1傳遞給驅動電機5，然后傳遞給動力電池4。
權利要求
一種基于模糊邏輯的串聯式混合動力電動汽車整車控制方法，其特征在于包括下列步驟1)將發動機(2)與發電機(3)連接，并經逆變器與驅動電機(5)連接，動力電池(4)經逆變器與驅動電機(5)連接，驅動電機(5)與車輛傳動系統連接；2)根據專家控制原理、工程師的經驗、車輛工作區域特性和驅動電機(5)的工作特性，將驅動電機(5)的需求工作狀態分為7個區域；3)根據專家控制原理、工程師的經驗、動力電池(4)的特性，將動力電池(4)的工作狀態分為7個區域；4)根據專家控制原理、工程師的經驗和發動機(2)的工作性能，將發動機(2)的輸出狀態分為3-5個燃油經濟和低排放點；5)采用模糊邏輯算法，以動力電池(4)的荷電狀態和驅動電機(5)的需求功率為輸入變量，以發動機(2)的輸出狀態為輸出變量，并依據輸入變量的變化輸出發動機(2)的燃油經濟和低排放點；由發動機(2)帶動發電機(3)分別為驅動電機(5)和動力電池(4)提供能量，當處于發動機(2)經濟和低排放點時，以發動機(2)工作為主；當處于發動機(2)經濟和低排放點外時，以動力電池(4)工作為主，最終完成整車的驅動。
2. 按權利要求1所述的基于模糊邏輯的串聯式混合動力電動汽車整車控制方法，其特 征在于步驟4)中所述的3-5個燃油經濟和低排放點需滿足l)每個燃油經濟和低排放點 必須使發動機(2)處在經濟運行區域和低排放區域；2)所有燃油經濟和低排放點的選擇， 需使發電量滿足驅動電機(5)驅動車輛所有狀態的要求。
全文摘要
基于模糊邏輯的串聯式混合動力電動汽車整車控制方法屬混合動力電動汽車的控制技術領域，本發明根據專家控制原理、工程師經驗，依據車輛工作區域特性和驅動電機的工作特性，將驅動電機的需求工作狀態分為7個區域，依據動力電池的特性，將動力電池的工作狀態分為7個區域，依據發動機的工作性能，將發動機的輸出狀態分為3-5個燃油經濟和低排放點，采用模糊邏輯算法，以動力電池的荷電狀態和驅動電機的需求功率為輸入變量，并依據輸入變量的變化輸出發動機的燃油經濟和低排放點，讓發動機、動力電池和驅動電機工作在高效區；本發明可減少電池參與工作時間，減少能量傳動鏈，提高整車節能效果、經濟性和發動機排放性能，并延長整車及各部件壽命。
文檔編號B60W10/08GK101708722SQ20091021782
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者丁華杰, 于秀敏, 何玲, 劉樂, 孫平, 宮長明, 李俊杰, 李軍, 李國良, 梁金廣, 王云開, 董偉 申請人:吉林大學