混合動(dòng)力汽車智能能量管理策略的分層與自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制

本文研究一款由Safra公司開發(fā)的混動(dòng)客車，其動(dòng)力總成包括電機(jī)、液壓馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)和電池，結(jié)構(gòu)如圖1。該車有5種工作模式，模式1：電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；模式2：內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；模式3：電機(jī)和液壓馬達(dá)混合驅(qū)動(dòng)；模式4：內(nèi)燃機(jī)為電池充電；模式5：制動(dòng)能量回收。

為了在軟件層面進(jìn)行仿真分析，首先建立動(dòng)力學(xué)模型，其次建立了駕駛員模型，來(lái)對(duì)加速和制動(dòng)踏板信息進(jìn)行解析，準(zhǔn)確傳達(dá)駕駛員命令。隨后搭建了整車控制器模型，采用分層控制思想，將控制策略分為三個(gè)階段：階段1通過(guò)模糊控制來(lái)確定此時(shí)車輛的工作模式；階段2通過(guò)對(duì)動(dòng)力進(jìn)行合理分配來(lái)使整車效率最大化；階段3進(jìn)一步確定各動(dòng)力源的工作點(diǎn)或工作范圍。

在階段1中，分別將扭矩需求、電池SOC（剩余電量狀態(tài)）和車速三個(gè)參數(shù)進(jìn)行模糊化，并設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器，根據(jù)車輛實(shí)時(shí)的信息反饋來(lái)確定當(dāng)時(shí)車輛的運(yùn)行模式。在階段2中結(jié)合上一階段得到的工作模式，根據(jù)新的模糊控制規(guī)則，得到電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力的實(shí)時(shí)分配（圖2、圖3）。階段3利用PID模糊控制算法來(lái)分別對(duì)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)選取，在滿足性能要求的基礎(chǔ)上最大化地提高整車效率。該策略具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)需提前預(yù)知行駛工況；（2）能夠在5種工作模式間實(shí)時(shí)切換；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作在經(jīng)濟(jì)高效區(qū)。

圖1 動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)

圖2 IHHCS分布式再生系統(tǒng)

圖3 Level 2原理圖

最后通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)策略，本文的控制策略能夠在整個(gè)循環(huán)工況下，實(shí)現(xiàn)電池SOC提升3%，整車的能量消耗減低30%，具有很好的節(jié)能效果。