外接充電式混合動力汽車PHEV(Plug-In Hybrid Electric Vehicle)有蓄電池和發(fā)動機兩個動力源，蓄電池可以由外部電網(wǎng)直接充電，短距離行駛工作于純電動模式，長距離行駛時油電混合驅(qū)動，短距離行駛耗油量比純?nèi)加蛙嚨汀?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/能量管理" title="能量管理" target="_blank">能量管理策略是PHEV的核心技術(shù)之一，在電機和發(fā)動機兩種功率源之間按能量管理策略進行功率分配和轉(zhuǎn)矩輸出，在保證動力性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)最佳燃油經(jīng)濟性，減少廢氣排放，同時保持蓄電池、電機、發(fā)動機等核心部件工作于最佳狀態(tài)[1]。

    本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，得到駕駛行為、道路類型以及車輛運行工況的目標需求功率，并將目標需求功率、電池SOC以及當(dāng)前車輪力矩作為模糊控制算法的輸入變量，整車動力性能、燃油經(jīng)濟性和極限邊界極值為約束條件，利用模糊伏安法動態(tài)分配電池輸出功率和發(fā)動機輸出功率，實現(xiàn)對PHEV的能量進行分配與管理，對算法進行了軟件仿真并利用DSP平臺設(shè)計實現(xiàn)能量管理控制器，最后對輕型客車進行改裝并進行樣車測試。仿真和樣車測試結(jié)果表明：(1)行駛里程在40 km以內(nèi)時，工作于純電動模式，等價燃油經(jīng)濟性最好，等價油耗1.6 L/100 km；(2)隨著續(xù)駛里程增加，燃油經(jīng)濟性下降，在行駛里程超過60 km時，主要工作在混合模式，等價油耗比純?nèi)加蛙嚨?4%；(3)樣車動力性能及各部件狀態(tài)良好。
1 Plug_in混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    圖1所示PHEV混合動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機、動力電池、電機、離合器、變速箱和驅(qū)動輪組成。有發(fā)動機和電機兩個動力源，它們既可以獨立工作，也可共同驅(qū)動車輛。工作模式如下：(1)純電動模式：當(dāng)電池電量充足時，優(yōu)先考慮使用動力電池的電量來驅(qū)動電機，從而降低排放和油耗；(2)發(fā)動機模式：當(dāng)電池電量不足時，發(fā)動機工作并帶動電機發(fā)電，給電池充電；(3)混合動力模式：在急速加速、爬坡等需要大功率驅(qū)動時，發(fā)動機和電動機同時工作；(4)制動能量回模式：當(dāng)滑行和剎車制動情況下電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，將制動能量轉(zhuǎn)換為電能回收到蓄電池。

2 能量管理策略
2.1 駕駛行為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
    駕駛員通過觀察周圍環(huán)境和感覺車輛運行狀態(tài)來控制車輛加速、減速、巡航或制動。駕駛行為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模啟動、加速、巡航、減速和停止/怠速。
    將駕駛模式、油門踏板和剎車踏板信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入信號，得到目標功率（目標力矩）的大小。然后將目標功率、電池SOC、實際功率和道路類型用模糊算法分配電池功率和發(fā)動機功率。能量分配系統(tǒng)框架如圖2所示。

 
    對電動機而言，轉(zhuǎn)矩與電流成正比，而蓄電池電壓基本穩(wěn)定，發(fā)動機力矩和轉(zhuǎn)速乘積為發(fā)動機功率，因此輸入、輸出變量用功率表示，與力矩等價。模糊控制器以目標功率PR、鋰電池的荷電狀態(tài)SOC、實際車輪功率PS以及道路類型為模糊控制的輸入變量。按照約束規(guī)則，以電機功率PM和發(fā)動機輸出功率PE為模糊控制器的輸出變量。
    模糊輸入變量PR和SOC基本論域為[-10，25]kW和[30，90]%，將輸入變量模糊化，模糊子集為{NB(負大)，NM(負中)，NS(負小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}；模糊輸出變量PM的論域為[-10，15]kW，模糊子集為{NB(負大)，NM(負中)，NS(負小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}，模糊輸出變量PE的論域為[5，25]kW，模糊子集為{ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}，模糊輸出變量Pr的論域為[0，3]kW，模糊子集也為{ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}。
    選擇輸入、輸出模糊變量的隸屬度函數(shù)為三角形。模糊控制規(guī)則由一系列關(guān)系詞連接而成，最常用的關(guān)系詞有if-then、also、or和and，模糊控制算法給出的控制量不能直接控制對象，實際輸出需進行去模糊化處理，將其轉(zhuǎn)換到控制對象所能接受的基本論域中去。去模糊化處理算法采用質(zhì)心法。
3 算法仿真及實現(xiàn)
    在Matlab仿真系統(tǒng)中建立模糊控制器，取模糊控制的輸入變量——目標功率PR和鋰電池的荷電狀態(tài)SOC的論域為[-10，25]kW和[30，90]%，取模糊控制器的輸出變量發(fā)動機分配輸出功率PE、鋰電池分配輸出功率Pb論域分別為[5，25]kW和[-10，25]kW。鋰電池為60 ah/72 V，電池初始荷電狀態(tài)SOC=70%，利用該模糊算法對發(fā)動機輸出功率、鋰電池輸出功率和制動能量回收功率進行動態(tài)管理，在45 min（行駛里程50 km）內(nèi)主要以純電動模式工作，鋰電池荷電狀態(tài)持續(xù)減少，直到下降到35%左右保持穩(wěn)定，燃油經(jīng)濟最好，等價油耗在1.5 L/100 km左右。隨著續(xù)駛里程增加，燃油經(jīng)濟性下降，在超過60 km行駛里程后，主要工作在混合模式，蓄電池SOC在30%上下起伏，仍比純?nèi)加蛙嚨?.7 L/100 km。
    電路實現(xiàn)框圖如圖5所示，控制器CPU采用320-
TM2807DSP微處理器，主要完成：（1）信息采集功能：油門踏板信息、剎車信號、電機及控制器狀態(tài)、發(fā)動機狀態(tài)、電池SOC等信息信號采集；（2）算法運算功能：將采集到信息首先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將油門剎車踏板、實際力矩和駕駛行為計算出目標功率，然后跟距目標功率、實際功率、電池SOC和道路類型動態(tài)分配電機和發(fā)動機功率。（3）控制功能：將分配的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制信號完成對電機和發(fā)動機的控制；（4）數(shù)據(jù)存儲，將電動車個部件采集的數(shù)據(jù)進行存儲，并可通過LCD顯示器查看，并可以通過CAN 總線傳輸至PC機進行分析處理。

    將駕駛行為利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到需求目標功率，利用模糊算法和約束規(guī)則動態(tài)分配和管理鋰電池功率和發(fā)動機功率，在此基礎(chǔ)上設(shè)計研制了能量管理控制器，研制了原型樣車。經(jīng)測試，整車燃油經(jīng)濟性比純電動車有
明顯提高，且動力性能強勁。
參考文獻
[1] 張博.Plug-in混合動力汽車能量管理策略全局優(yōu)化研究[J].中國機械工程，2010，21(6)：715-719.
[2] 吳光強，陳慧勇.基于遺傳算法的混合動力汽車參數(shù)多目標優(yōu)化[J].汽車工程，2009，31(1)：60-63.
[3] 張松，吳光強，鄭松林，等.插電式混合動力汽車能量管理策略多目標優(yōu)化[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011， 39（7）：1035-1039.