CN106274888B - 混合动力汽车的soc控制系统及其控制方法 - Google Patents

混合动力汽车的soc控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法。该控制系统包括：前馈补偿装置，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出前馈补偿驱动功率Pm；运算单元，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC，根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；模糊控制器，用于根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据。

Description

混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池SOC控制技术，更具体地涉及串联式混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法。
背景技术
在现有技术中，在串联式混合动力汽车领域，SOC控制技术是一个重要方面。 SOC全称是State of Charge，即荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。
串联式混合动力汽车的SOC 控制方法大体分为功率跟随和恒温式两种。功率跟随SOC 控制的特点是电池在最佳荷电状态范围内以浅循环工作，发动机始终保持工作而功率在一定区间内随着路面负载变化而变化。恒温式SOC 控制又称为开关式SOC 控制，基本方法是根据电池SOC 的上下限阈值来开启或者关闭发动机。
很显然，这两种方法都存在一定的弊端。功率跟随SOC 控制有利于保证电池的使用寿命，但是发动机会在低效区工作。恒温式SOC控制能够保证发动机始终保持在最佳经济区域内工作，但是电池会频繁进行充放电。鉴于此，出现了对这两种控制方法的改良与结合，其中模糊控制算法是一种比较常用且有效的方法。常规的模糊控制算法以车辆当前状态信息及需求功率作为输入量，计算发动机的输出状态。这样虽然可以较好的解决电池频繁充放电的问题，但没有充分运用信息对车辆未来的运行状态进行预测，对于功率变化较大的运行工况不具有明显效果。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提供一种能够基于对车辆行驶未来运行状态的预测有效控制SOC的混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法。
本发明的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，包括：
前馈补偿装置，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出前馈补偿驱动功率Pm；
运算单元，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔΔSOC，根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；
模糊控制器，用于根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据。
优选地，所述前馈补偿装置包括：
SOC前馈补偿单元，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，计算SOC的前馈补偿SOCm，其中k是指未来k时刻；以及
驱动功率补偿单元，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm。
优选地，所述SOC前馈补偿单元根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC，
。
优选地，所述驱动功率补偿单元对比车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线，根据两者的匹配结果求出调整因子λ，并根据下式求出的前馈补偿驱动功率Pm，
。
优选地，所述模糊控制器根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，计算获得发动机的转矩和转速作为发动机的工作点数据。
优选地，在所述运算单元中，
根据下式求取所述前馈补偿SOCm与所述当前SOC的SOC差值ΔSOC
，
根据下式求取所述前馈补偿驱动功率Pm与当前驱动功率PDrive的驱动功率差值ΔPDrive
。
优选地，所述模块控制器包括：
解模糊化接口，输入车载总线提供的所述当前SOC并且将所述当前SOC划分为多个模糊子集，输入所述SOC差值ΔSOC并且将所述SOC差值ΔSOC划分为多个模糊子集，输入所述驱动功率差值ΔPDrive并且将所述ΔPDrive划分为多个模糊子集；
知识数据库，用于存储模糊推理规则；
推理单元，获得来自所述解模糊化接口的输出，并且根据所述知识数据库存储的所述模糊推理规则推理求取发动机的工作点数据；
解模糊化接口，将来自所述推理单元的工作点数据输出。
优选地，所述推理单元获得来自所述解模糊化接口的输出并且根据所述知识数据库存储的所述模糊推理规则推理求取发动机的工作点数据，以使得维持SOC在所述目标SOC附近并且当SOC高于所述目标SOC时利用电池驱动电机、当SOC低于所述目标SOC时起动发动机对蓄电池充电。
优选地，所述知识数据库至少存储有发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标，
所述推理单元获得来自所述解模糊化接口的输出，并且根据所述知识数据存储的发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标，求取最优燃油经济性曲线并且将所述最优燃油经济性曲线上的一系列的点作为发动机的工作点数据输出。
本发明的混合动力汽车的SOC控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
前馈补偿步骤，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出的前馈补偿驱动功率Pm；
运算步骤，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC并且根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；
模糊控制步骤，根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据。
优选地，在所述前馈补偿步骤中包括：
SOC前馈补偿子步骤，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC，k是指未来k时刻，
；以及
驱动功率补偿子步骤，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm。
附图说明
图1是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统的模式图。
图2是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统中前馈补偿装置的构造图。
图3是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统中模糊控制器的构造图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
图1是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统的模式图。
下面参照图1对于本发明的混合动力汽车的SOC控制系统进行说明。
如图1所示，本发明的混合动力汽车的SOC控制系统包括：前馈补偿装置100、运算单元200以及模糊控制器300。
其中，前馈补偿装置100根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史数据中存储的驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出的前馈补偿驱动功率Pm。
另外，运算单元200根据所述前馈补偿SOCm与从车辆400的车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC，另一方面，根据所述前馈补偿驱动功率Pm与从车辆400的车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive。
模糊控制器300输入车辆400的车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，算获得发动机的转矩和转速作为发动机的工作点数据提供给车辆400。
在图1中，将车辆400与前馈补偿装置100、运算单元200、模糊控制器300作为分开的单元进行图示，实际上前馈补偿装置100、运算单元200以及模糊控制器300是装载车辆400中的，在图1中进行分开图示只是为了清楚地表示出各数据的流向。
图2是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统中前馈补偿装置的构造图。
如图2所示，前馈补偿装置100包括：SOC前馈补偿单元101，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，计算SOC的前馈补偿SOCm，其中k是指未来k时刻；以及驱动功率补偿单元102，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm。
其中，SOC前馈补偿单元101根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC。
。
这里，在本发明中，预先设定动力电池SOC的目标值SOCref。例如，在本发明中是指串联式混合动力汽车所用电池为锂离子电池的SOC。对于锂离子电池来说，过高或者过低的SOC都不利于电池的使用，本发明中作为一个例子，可以设定SOCref为50%。车辆在行驶过程中，车载导航系统向前馈补偿模块实时发送上述三种导航数据：位置，路面坡度和拥堵等级，其中k是指未来k时刻。SOC前馈补偿单元101基于下述公式对SOCref进行补偿，以应对不同路面状况对SOC控制的要求。
。
驱动功率补偿单元102根据车辆存储器中所储存的历史数据对车辆所需驱动功率进行预测。历史数据的格式为车辆的功率输出曲线，根据长期、中期以及短期记录的要求，分别存储车辆在3个月，1天以及1个小时的功率输出曲线。在曲线上每隔一定间距选取采样点，对比分析当前功率输出曲线与历史输出曲线，根据功率曲线的匹配结果给出未来功率输出的调整因子。最后根据公式，得到前馈补偿后的需求功率。
在运算单元200中，根据下式求取前馈补偿SOCm与当前SOC的SOC差值ΔSOC：
。
并且，在运算单元200中，根据下式求取前馈补偿驱动功率Pm与当前驱动功率PDrive的驱动功率差值ΔPDrive
。
如上所述，在本发明中，前馈补偿装置100根据导航信息确定对目标SOC的补偿，并且根据修正后的目标SOC和历史数据对需求功率进行补偿。其中，导航信息例如包括由车载导航系统提供的车辆位置、路面坡度和拥堵水平等的数据。通过对这些数据进行分析和评估，计算出未来一段时间内对目标SOC的补偿值即所述前馈补偿SOCm。举例来说，如果导航数据显示未来行驶路段中以下坡为主，那就需要将目标SOC调低，使得车辆在下一控制周期尽可能多的使用电池。
图3是表示本发明的混合动力汽车的SOC控制系统中模糊控制器的构造图。
所述模块控制器300包括：解模糊化接口301、知识数据库302、推理单元303、解模糊化接口304。知识数据库302用于存储模糊推理规则。其中，解模糊化接口301输入车载总线提供的所述当前SOC并且将所述当前SOC划分为多个模糊子集，输入所述SOC差值ΔSOC并且将所述SOC差值ΔSOC划分为多个模糊子集，输入所述驱动功率差值ΔPDrive并且将所述ΔPDrive划分为多个模糊子集。知识数据库302用于存储模糊推理规则。推理单元303获得来自所述解模糊化接口的输出，并且根据所述知识数据库存储的所述模糊推理规则推理求取发动机的工作点数据。解模糊化接口304将来自所述推理单元的工作点数据输出。
作为一个示例，知识数据库302至少存储有发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标。推理单元303获得来自解模糊化接口304的输出，并且根据知识数据302存储的发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标，求取最优燃油经济性曲线并且将最优燃油经济性曲线上的一系列的点作为发动机的工作点数据输出到解模糊化接口304。
具体地，解模糊化接口301输入车载总线提供的当前SOC并且将所述当前SOC划分为多个模糊子集，解模糊化接口301从运算单元200输入SOC差值ΔSOC并且将所述SOC差值ΔSOC划分为多个模糊子集，而且，解模糊化接口301从运算单元200输入驱动功率差值ΔPDrive并且将ΔPDrive划分为多个模糊子集。
具体地，在模糊化接口301中，将SOC从30%至70%划分为5个模糊子集，将ΔSOC划分为3个模糊子集，分别为负（L）、零（Z）、正（P），将ΔPDrive划分为5个模糊子集，分别为负大（NB）、负（N）、零（Z）、正（P）、正大（PB）。当SOC处于较高值时，减小或者关闭发动机输出；当SOC处于中间值（50%）时，根据ΔPDrive和ΔSOC来调整发动机输出，使SOC尽量维持在目标值50%附近；当SOC处于较低值时，提高发动机功率输出，使得发动机在驱动车辆的同时为动力电池充电。根据此基本原理，结合知识数据库302中的模糊推理规则，在推理单元303中得到推理结果，经过解模糊化接口304对结果进行处理，然后向车辆输出发动机的工作点。此后的每个工作周期都按照此流程循环往复。
以上对于本发明的混合动力汽车的SOC控制系统进行了说明。下面对于本发明的混合动力汽车的SOC控制方法进行简单介绍。
本发明的混合动力汽车的SOC控制方法包括下述步骤：
前馈补偿步骤，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出的前馈补偿驱动功率Pm；
运算步骤，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC并且根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；
模糊控制步骤，根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据。
具体地，在所述前馈补偿步骤中包括：
SOC前馈补偿子步骤，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC，k是指未来k时刻，
；以及
驱动功率补偿子步骤，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm。
在所述运算步骤中，根据下式求取所述前馈补偿SOCm与所述当前SOC的SOC差值ΔSOC
。
而且在所述运算步骤中，根据下式求取所述前馈补偿驱动功率Pm与当前驱动功率PDrive的驱动功率差值ΔPDrive
。
在所述模糊控制步骤中，根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述当前驱动功率PDrive的驱动功率差值ΔPDrive，计算获得发动机的转矩和转速作为发动机的工作点数据输出。
本发明中，在基于模糊控制的SOC闭环控制方法基础上，通过导航信息与历史统计数据对车辆未来行驶的道路工况及需求功率进行预测，形成前馈补偿与闭环反馈相结合的综合控制体系。在本发明中，控制目标是将电池SOC维持在目标值附近，当SOC高于目标值，尽可能多的利用电池驱动电机，当SOC低于目标值时，启动发动机对蓄电池充电。
根据本发明的混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法，能够充分运用导航信息对车辆未来的运行状态进行预测，对于功率变化较大的运行工况具有明显效果。
以上例子主要说明了本发明的混合动力汽车的SOC控制系统及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，包括：
前馈补偿装置，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出前馈补偿驱动功率Pm；
运算单元，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC，根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；
模糊控制器，用于根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据，
所述前馈补偿装置包括：
SOC前馈补偿单元，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，计算SOC的前馈补偿SOCm，其中k是指未来k时刻；以及
驱动功率补偿单元，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm，
所述SOC前馈补偿单元根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC，
所述驱动功率补偿单元对比车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线，根据两者的匹配结果求出调整因子λ，并根据下式求出的前馈补偿驱动功率Pm，
。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，
所述模糊控制器根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，计算获得发动机的转矩和转速作为发动机的工作点数据。
3.如权利要求1所述的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，
在所述运算单元中，
根据下式求取所述前馈补偿SOCm与所述当前SOC的SOC差值ΔSOC
，
根据下式求取所述前馈补偿驱动功率Pm与当前驱动功率PDrive的驱动功率差值ΔPDrive
。
4.如权利要求3所述的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，
所述模糊控制器包括：
解模糊化接口，输入车载总线提供的所述当前SOC并且将所述当前SOC划分为多个模糊子集，输入所述SOC差值ΔSOC并且将所述SOC差值ΔSOC划分为多个模糊子集，输入所述驱动功率差值ΔPDrive并且将所述ΔPDrive划分为多个模糊子集；
知识数据库，用于存储模糊推理规则；
推理单元，获得来自所述解模糊化接口的输出，并且根据所述知识数据库存储的所述模糊推理规则推理求取发动机的工作点数据；
解模糊化接口，将来自所述推理单元的工作点数据输出。
5.如权利要求4所述的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，
所述推理单元获得来自所述解模糊化接口的输出并且根据所述知识数据库存储的所述模糊推理规则推理求取发动机的工作点数据，以使得维持SOC在所述目标SOC附近并且当SOC高于所述目标SOC时利用电池驱动电机、当SOC低于所述目标SOC时起动发动机对蓄电池充电。
6.如权利要求5所述的混合动力汽车的SOC控制系统，其特征在于，
所述知识数据库至少存储有发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标，
所述推理单元获得来自所述解模糊化接口的输出，并且根据所述知识数据库存储的发动机的工作特性以及燃油经济性优化目标，求取最优燃油经济性曲线并且将所述最优燃油经济性曲线上的一系列的点作为发动机的工作点数据输出。
7.一种混合动力汽车的SOC控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
前馈补偿步骤，根据导航信息计算SOC的前馈补偿SOCm，并且根据车辆的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线求出的前馈补偿驱动功率Pm；
运算步骤，根据所述前馈补偿SOCm与车载总线提供的当前SOC计算出SOC差值ΔSOC并且根据所述前馈补偿驱动功率Pm与车载总线提供的当前驱动功率PDrive计算出驱动功率差值ΔPDrive；
模糊控制步骤，根据车载总线提供的当前SOC、所述SOC差值ΔSOC、以及所述驱动功率差值ΔPDrive，获得发动机的工作点数据，
在所述前馈补偿步骤中包括：
SOC前馈补偿子步骤，根据来自车辆导航系统的车辆位置，路面坡度和拥堵等级，按照下式计算SOC的前馈补偿SOCm，其中，SOCref是指预先设定的目标SOC，k是指未来k时刻，
以及
驱动功率补偿子步骤，根据车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线的匹配结果，求出的前馈补偿驱动功率Pm，
所述驱动功率补偿单元对比车辆存储的历史驱动功率曲线和当前驱动功率曲线，根据两者的匹配结果求出调整因子λ，并根据下式求出的前馈补偿驱动功率Pm，
。
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