CN101947955B - 一种基于模糊系统的插电式混合动力车控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，其是通过整车控制器(HCU)接受CAN上电池控制器(BCU)发出的电池输出输入的功率和电池荷电状态(SOC)信息，接受电机控制器(MCU)发出的电压、电流、转矩、转速信息；通过上述信息计算出需要发电机组输出的功率，并将此功率信息发送给发电机组控制单元(APU)，由发电机组控制单元(APU)控制发动机进行怠速控制，控制集成电机进行转矩控制，从而达到HCU发出的功率请求。本发明能对发电机组输出功率进行控制，增加控制的自由度，使高压电池组的SOC保持在比较稳定的状态之内，发动机的转速也能够工作在比较经济的区域，保证插电式混合动力汽车良好的燃油经济性。

Description

一种基于模糊系统的插电式混合动力车控制方法
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制领域，涉及一种对插电式混合动力汽车发电机组输出能量的控制方法。
背景技术
全球石油资源的日益枯竭和全球环境污染的日趋严重是制约社会、经济发展的重要因素，而各种新能源汽车的兴起，无疑是缓解能源压力和降低环境污染的有效措施。由于纯电动汽车续时里程较短，所以人们考虑在纯电动汽车上增加一个发电机组，在高压电池组电量较少时候启用，称之为插电式混合动力汽车。插电式混合动力汽车兼顾了传统发动机汽车和电动汽车的优点，具有低油耗、低排放和长续时里程等优点，是当前新能源汽车的最佳选择之一。
由于插电式混合动力汽车有两个能量输出单元：高压蓄电池组和发电机组。多能量的协调控制是插电式混合动力汽车的控制的重点，如今有很多关于插电式混合动力汽车的控制方法，这些控制方法有些控制效果不佳，有些则控制算法比较复杂；比如温度箱式控制方法和功率跟随式控制方法。
发明内容
本发明目的是为了提供一种基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，这种控制方法能够保证各个控制器之间协调工作，同时能够使得系统的效率最优化，解决发电机组在整车的发电问题，显著提高整车的经济性。
本发明的技术方案如下：
一种基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，其是通过整车控制器(HCU)接受CAN上电池控制器(BCU)发出的电池输出输入的功率和电池荷电状态(SOC)信息，接受电机控制器(MCU)发出的电压、电流、转矩、转速信息。通过以上信息，计算出需要发电机组输出的功率，并将此功率信息发送给发电机组控制单元(APU)，APU接受到此功率信息后，控制发动机进行怠速控制，控制集成电机进行转矩控制，从而达到HCU发出的功率请求。
其中，整车控制器(HCU)计算出发电机组所需的输出功率的方法是采用模糊系统控制方法，该控制方法需要两个输入量，即高压电池的荷电状态(SOC)和发电机组实际输出功率。根据高压电池的荷电状态(SOC)可以建立一个隶属函数MF1，此处采用三角形的隶属函数，并定义与SOC相对应的七种隶属等级：很低，低，较低，适中，较高，高，很高，根据高压电池的实际状态，当SOC为25％时认为是适中，即要控制高压电池的荷电状态(SOC)保持的最佳状态，并认为最高和最低的高压电池的荷电状态(SOC)分别为40％和10％，其余的隶属等级进行平均分布。然后根据发电机组实际输出功率与HCU计算请求功率的差值ΔP，建立另外一个隶属函数MF2，此处采用三角形的隶属函数，并且定义与ΔP相对应的五种隶属等级：负大，负小，适中，正小，正大，根据发电机组实际状态，当请求功率的差值ΔP为0时，认为是适中状态，并考虑控制的最大差值应该在±600W之间，其余隶属等级平均分布。根据这两个隶属函数，将清晰的输入信号SOC和ΔP模糊化。
模糊化的具体方式是根据隶属等级，可以建立模糊规则，并进行模糊推理。此控制方法采用最常用的模糊if-then规则，得出输出功率的隶属等级{最大，很大，较大，正常，较小，很小，最小}，得到的结论也是模糊化的隶属等级，还需要对以上结论TSK系统进行解模糊。TSK(Takagi-Sugeno-Kang)系统输入为语言值，输出为数字量，得到清晰化的输出功率。
HCU通过以上模糊化控制得到了输出功率以后，将此功率信息通过CAN消息发送给APU控制器，APU收到此信息后，依据发动机功率图进行查表，得到该功率下的最优化的转矩值和转速值。依据该转速，控制发动机进行该转速下的怠速控制；依据该扭矩，控制发电机的发电扭矩。然后二者协调工作，得到发电机组的输出功率。
本发明提出的控制方法能够对发电机组输出功率进行控制，该控制方法不用建立复杂的数学模型，增加了控制的自由度，有很强的鲁棒性。其控制效果经过ECE工况仿真验证，能够使高压电池组的SOC保持在比较稳定的状态之内，有利于提高高压电池组的寿命；发动机的转速也能够工作在比较经济的区域，保证了插电式混合动力汽车良好的燃油经济性，从而达到很好的控制效果。
附图说明
图1是插电式混合动力汽车的结构图
图2是控制流程示意图
图3是根据SOC建立的隶属函数MF1
图4是根据ΔP建立的隶属函数MF2
图5是根据两个隶属函数得到的输出功率函数
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明内容：
参见图1，整车控制器(HCU)从CAN上接受电池控制器(BCU)发出的电池输出输入的功率和电池荷电状态(SOC)信息，接受电机控制器(MCU)发出的电压、电流、转矩、转速信息，通过接受MCU的电压和电流，计算出发电机组实际输出的功率。该方案中发动机功率最大为15KW，发电机最大功率9KW，驱动电机额定功率32KW，峰值功率45KW。当高压蓄电池中的SOC低于30％时，启动发电机组，发电机组开始进行发电。整车控制器需要根据整车能源的消耗情况，保持高压蓄电池中的SOC在最佳区域，而其方法是，HCU可以通过以下算法，控制发电机组输出的功率。
图2是控制发电机组输出功率的示意图。整车控制器(HCU)在接受到高压电池的荷电状态(SOC)和发电机组实际输出功率，根据高压电池的荷电状态(SOC)建立一个隶属函数MF1，具体隶属函数MF1如图3所示，并且定义与SOC相对应的七种隶属等级：{很低，低，较低，适中，较高，高，很高}。当电池SOC在25％的状态时，HCU认为是一个适中的状态。
然后根据发电机组实际输出功率与HCU计算请求功率的差值ΔP，建立另外一个隶属函数MF2，具体隶属函数MF2如图4所示，并且定义与ΔP相对应的五种隶属等级：{负大，负小，适中，正小，正大}。当实际输出功率与请求功率差别在600W以上时，认为隶属等级是正大。当实际输出功率与请求功率差别在0时，认为隶属等级是适中。
根据这两个隶属函数，将清晰的输入信号SOC和ΔP模糊化成为各自不同的隶属等级。
建立模糊规则，并进行模糊推理。此控制方法采用最常用的模糊if-then规则，如表1：
Figure BSA00000251177100031
根据以上模糊规则，通过如图2中描述的隶属等级，得出输出功率的隶属等级{最大，很大，较大，正常，较小，很小，最小}，通过以上所得到的结论也是模糊化的隶属等级，还需要对以上结论TSK(Takagi-Sugeno-Kang)系统进行解模糊。通过TSK系统输入为语言值，输出为数字量，得到清晰化的输出功率。
以下的举例就是将解模糊过程进行具体的阐述：
比如，在SOC值为12.5％，ΔP为-500W时，此时通过两个隶属函数可以分别查得：SOC隶属于0.5倍的“很低”和0.5倍的“低”状态，而ΔP隶属于0.5倍的“负大”和0倍的“负小”状态。
SOC为0.5倍的“很低”与ΔP隶属于0.5倍的“负大”进行“与”逻辑运算，得到请求输出功率为0.5倍的“最大”；
SOC为0.5倍的“低”与ΔP隶属于0.5倍的“负小”进行“与”逻辑运算，得到请求输出功率为0倍的“很大”；
最后取二者的加权平均值，得到最终清晰化的输出功率8.5kw。
HCU通过以上模糊化控制得到了输出功率以后，将此功率信息通过CAN消息发送给APU控制器，APU收到此信息后，依据发动机万有特性图(每款发动机都有一固定的万有特性图，经试验得到)进行查表，得到该功率下的最优化的转矩值和转速值。APU依据该转速，控制发动机进行该转速下的怠速控制；APU依据该扭矩，控制发电机的发电扭矩。APU将控制发动机和发电机二者进行协调工作，得到发电机组的输出功率。

Claims (3)

1.一种基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述方法是通过整车控制器（HCU）接受CAN上电池控制器（BCU）发出的电池输出输入的功率和高压电池的荷电状态（SOC）信息，接受电机控制器（MCU）发出的电压、电流、转矩、转速信息；通过上述信息，计算出需要发电机组输出的功率，并将此功率信息发送给发电机组控制单元（APU），发电机组控制单元（APU）接受到此功率信息后，控制发动机进行怠速控制，控制集成电机进行转矩控制，从而达到HCU发出的功率请求；
整车控制器（HCU）计算出发电机组所需的输出功率的方法是采用模糊系统控制方法，所述控制方法需要两个输入量，即高压电池的荷电状态（SOC）和发电机组实际输出功率，根据高压电池的荷电状态（SOC）建立一个隶属函数MF1，并且定义与SOC相对应的七种隶属等级：很低，低，较低，适中，较高，高，很高；然后根据发电机组实际输出功率与HCU计算请求功率的差值ΔP，建立另外一个隶属函数MF2 ，并且定义与ΔP相对应的五种隶属等级：负大，负小，适中，正小，正大；最后根据这两个隶属函数，将清晰的两个输入信号高压电池的荷电状态（SOC）和ΔP模糊化。
2.根据权利要求1所述的基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述将清晰的两个输入信号高压电池的荷电状态（SOC）和ΔP模糊化的方法是根据隶属等级，建立模糊规则，并进行模糊推理：具体是采用最常用的模糊if-then规则，得出输出功率的隶属等级：最大，很大，较大，正常，较小，很小，最小，得到的结论也是模糊化的隶属等级，再对以上结论用TSK系统进行解模糊；所述TSK  （Takagi-Sugeno-Kang）系统输入为语言值，输出为数字量，得到清晰化的输出功率。
3.根据权利要求2所述的基于模糊系统的插电式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述整车控制器（HCU）通过以上模糊化控制得到了输出功率以后，将此功率信息通过CAN消息发送给发电机组控制单元（APU），发电机组控制单元（APU）收到此信息后，依据发动机功率图进行查表，得到该功率下的最优化的转矩值和转速值；依据所述转速值，控制发动机进行所述转速下的怠速控制；依据所述扭矩值，控制发电机的发电扭矩；然后二者协调工作，得到发电机组的输出功率。
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