基于模糊控制的PHEV能量管理策略研究

第42卷第4期2016年8月
农业装备技术
Agricultural Equipment & Technology
Yol.42 N〇.4
Aug. 2016
基子模糊控制的PHEV能量管理策赔研穷
朱浩，秦永法，孙会明，杨超，周琳
(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225009)
摘要:根据插电式混合动力汽车的相关特点，在MATLAB/Simulink中设计了一种基于模糊逻辑的 能量管理策略s该策略中的模糊控制的输入为汽车需求转矩、车速、电池荷电状态，输出为电机的需 求转矩Ci再由最终决定模块调节发动机和电机的需求转矩,得出发动机与电机的实际搔出转矩，使 发动机尽可能地在预定区域运转。

最终在C R U ISE软件中的仿真结果表明，该策略满足总体设计的 性能指标要求Q.
关键词:插电式混合动力汽车；能量管理策略;模糊控制；CRUISE
research of energy management strategy in PHEV based on fuzzy control
Zhu Hao，Qing Yongfa，Sun Huiming，Yang Chao，Zhou Lin
(College of Mechanical Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225009, China) Abstract：According to the characteristics of the plug-in hybrid electric vehicle,design a kind of energy management strategy based on fuzzy logic using MATLAB/Simulink.In this strategy of fuzzy control,inputs are made up of demand torque,speed,state of charge and the output is the demand torque of the electric mo­tor.Then use the final decision module to adjust the demand torques of engine and electric motor,where we can get the actual output torques of engine and electric motor,and these can make the engine run in a prede­termined area as far as possible.Finally,simulation results got from the software called CRUISE show that the strategy meet the requirements of design.
Key words:plug-in hybrid electric vehicle;energy management strategy;fuzzy control;CRUISE
o引言
随着全球石袖资源的不断耗尽以及汽车行业的 高速发展，人们对新能源汽车的研究越来越重视。

其 中,PHEV(插电式混合动力汽车)不仅可以像纯电动 汽车一样依靠电机驱动，还可以在电量不足的情况 下像传统型汽车1样依靠发动机驱动3因此 <其在燃 油经济性以及动力性方面均可达到让人们比较满意 的程度c•其次，由于混合动力汽车的特点，它可以将 汽车制动时的动能转化为化学能储存在电池中，有效的提高汽拿的续驶里程，减少废气的排放〇因此，对混合动力汽车的能量管理系统的研究是十分的必 要的e
1建立整车模型
本文选择的是CRUISE软件对所要搭载控制系统的整车进行建模，如图1所示。

主要由发动机、电 机、自动离合器、变速器以及动力电池等组成。

在选 取好整车所需部件之后，还需要对每个部件进行参 数的输入以及在此之后的各部件的僚号连接。

之后，便完成了整车模型的建立。

图1PH E V整车结构模型
总第
194期
2016.4朱潛等：碁f模糊控制的PHEV龍量管理策略研究AET
2能量控制策略设计
2.1能量管理系统结构与功能
本文的能量管理策略的架构如图2所示，以汽 车速度、电池荷电状态以及汽车所需转矩为输人，以 电机的需求转矩为输出，并经过最终决定模块得出 发动机、电机的实际输出c萁中发动机的高效工作区 域的上限为最大转矩曲线，并采用最大转矩比例法，以0.6倍最大转矩曲线为高效工作区下限。

图2能量管理策略架构
2.2模糊控制器的设计
确定输人输出变董的描述及其模糊化。

论域 [0,1]是电池荷电状态的变化范围，它有3个模糊集合，分别表示低(A1)、中(A2)、高(A3 );论域[0J20] 是车速的变化范围，它有3个模糊集合，分别表示低 (A1)、中(A2)、高(A3);论域[-90，150]是汽车所需转 矩的变化范围9它有7个模糊集合r分别表示负高、负低、零、正低、正较高、正高^、正极高;论域[-60,60] 是电机转矩的变化范围，它有7个模糊集合，分别表 示负高、负低、零、正低、正较高、正高、正极高；
隶属度函数的确定。

隶属度函数采用三角形或 梯形建立，图3给出的是电机需求转矩的隶属度函数曲线。

模糊控制规则的制定.g.在制定模糊控制规则时, 应该以保证整车的安全性为基础，最大可能地减少 燃油的消耗与提高制动能量的回收。

根据g己的经 验以及参考多位专家的研究，制定本文的模糊控制 规则，其部分规则如下所示；
IF SOC is A1&V is B2 &Treq is C01THEN Treqm is D02;
IF SOC is A1 &V is B2 &Treq is C01,THEN Treqm is D02;
IF SOC is A1&V is B2 &Treq is CO,THEN Treqm is DO;
IF SOC is A1&Y is B2 &Treq is C l,THEN Treqm is D02;
IF SOC is A1&V is B2 &Treq is C2,THEN Treqm is DO1;
因为模糊控制器输出的是一个模糊鸶，而需粟 的是一个确定量。

因此,在去模糊化中使用加权平均 法获得确定量^
本文采用的是基于模糊控制策略的控制模型；建立好之后的控制系统如图4所示。

为了作以比较, 本文还设计了一种基于逻辑门限值的能量管理策略，如图5所示。

3仿真及结果
利用CRUJSE与MATLAB对上述已建立的整车 模型对其动力性、经济性进行联合仿真分析。

其中汽 车装备质量为1450 kg,风阻系数为0.32,迎风面积为2 mV滚动阻力系数为〇.〇2、轮胎半径为305 mm。

AET
农业装备技术
2016.4
根据整车动力性与经济性要求，确定发动机排 量为1.5 L,最大转速5 800 r/min;电机最大转矩65 S-m,最大功率10 kW。

任务中选用娜而工况对本文中设计基于规则的能量管理策略与基于模糊控制 的能暈管理策略进行仿真#
围7所示的是SE D C工况中期望车速和实际车 速。

表1中的数据是基于逻辑门限值的能量管理策 略与塞于模糊控制的能量管理策略分别在NEDC工 况下得到的仿真实验数据。

图6 N E D C工况中期望车速和实际车速
表1N E D C工况仿真实验数据
序号識SOC 差値 /% __油耗 /L‘k_m-1
基于邀辑门限值的
能量管塵策略
NEDC30.360.042
墓于模糊控制的能
M曽理策略
NEDC41.000.036由图6中曲线可以看出，实际车速与期望车速 基本吻合，说明汽车动力性满足要求e由表中数据可 知，虽然基于模糊控制的能量管理策略的SOC值下 降的较快，但是在NEDC.：[:况下整车每公里油耗为 0.036 L，相对于基于规则的能量管理策略节油约14.05%。

最终结果表明,本文设计的基于模糊控制的 能量管理策略在保证整车动力性的基础上提升了燃 油经济性，满足本文的设计要求。

4结语
混合动力汽车能量管理策略中最为关键的任务 之一是较优地分配汽车对发动机和电机的需求的动 力。

本文运用模糊逻辑控制策略对PHEV能量管理 策略进行了研究，并旦对发动机和电机的转速进行 了合理的调整。

最终的仿真结果表明,此能量管理策 略可以有效地提高汽车的动力性及经济性。

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2B D Z Q-33800型宽幅折叠式水稻直播机
最近，农业部南京农业机械化研究所成功研制出 国内首台33行大型智能化气力集排式水稻直播机。

该装备采用折叠式机架，作业幅宽8 m，作业速度可 达10 km/h,作业效率5 ~ 6.67 hm2/h，播种作业仅由 机手1人即可完成，可满足大型农场及其他规模化 种植主体的高效作业要求D
该装备填补了国内大型气力式智能化水稻直播 技术空白，研发的基于电驱控制的气力集排系统采 用“集中排种+气流均勾分配”技术方案，可实现“一 器33行”作业，排种效率高，利用电驱控制系统替代 地轮驱动，极大简化播种机结构，提高可靠性；通过 控制系统调整排种部件转速，实现了播量的精确调 整，有效解决了现有机械槽_轮式播种机播量一致性 难以保证的难题;装备的智能化程度较高，利用研发 的智能化控制系统，机手在驾驶宣内即可进行播量 调整、排种器开关等常规操作，操作方便快捷。

同时，采用集中式大容量种箱，可明显降低宽幅播种机种 箱长度，配合机械化装种，可有效减少田间种肥搬 运、装卸时间,从而提高作业效率。

种植机械化团队最近在盐城临海农场对研制的 2B D ZQ-33800型宽幅折叠式水稻直播机进行了大面积的田间试验，首轮样机已作业13 J3 hm2以上，作业质量、效率和可1靠性均受到农场管理人员和机 手的高度认可。

.田间试验表明.，2B.D.Z Q-33800型宽 幅折叠式水稻直播机的各项播种性能指标均已达到 国标要求，播量可根据预设值实现精确调节，与现有 宽幅机械槽轮式水稻直播机相比，省工2人以上，作 业效率明显提升。

建农
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194期。