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摘要：對混合動力汽車的專家控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法進行了探討，設(shè)計了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要包含數(shù)據(jù)采集和行駛狀態(tài)反饋系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，構(gòu)建了專家控制系統(tǒng)中的知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、控制規(guī)則及推理機，闡述了實現(xiàn)方法和工作過程。

關(guān)鍵詞：專家控制系統(tǒng)；混合動力汽車；產(chǎn)生式規(guī)則；多模式轉(zhuǎn)換

面對環(huán)境污染和能源日益短缺的雙重壓力，新能源汽車成為國內(nèi)外研究的熱點。油電混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)由傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電動機構(gòu)成，不僅具備內(nèi)燃機車的特征，同時還具備電動車的優(yōu)點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式，驅(qū)動方式包括純發(fā)動機驅(qū)動、純電動驅(qū)動、混合動力驅(qū)動和再生制動。車輛行駛時，通過駕駛員的意圖和汽車實際運行狀態(tài)決定采用何種驅(qū)動方式，這就需要驅(qū)動系統(tǒng)之間的切換和相互協(xié)作。因此，控制策略、驅(qū)動系統(tǒng)和動力耦合傳動系統(tǒng)的良好匹配直接影響混合動力汽車的動力性、能源消耗性、環(huán)境污染性等使用性能。現(xiàn)有技術(shù)的混合動力控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和控制方法上還存在一些不足，例如：無法滿足不同路面環(huán)境下汽車的自動控制，特別是在快速、平穩(wěn)地起動、切換以及乘員舒適性等方面還需要進一步改進。基于專家系統(tǒng)的混合動力汽車控制系統(tǒng)設(shè)計的目的在于優(yōu)化車載能源和控制策略以及工作模式，合理進行動力分配，使得發(fā)動機與電動機的配合處于最佳工作區(qū)域，降低油耗與污染排放以及提高乘員的舒適性。

1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合專家控制系統(tǒng)，設(shè)計的混合動力汽車控制系統(tǒng)如圖1所示，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、動力耦合傳動系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含加速踏板、擋位、制動、車速傳感器、動力電池狀態(tài)監(jiān)控傳感器，用于實時獲取駕駛?cè)藛T的操作和汽車行駛的動態(tài)信息，并對信息進行特征識別和處理，該系統(tǒng)與動力系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)連接。動力系統(tǒng)包含動力電池、發(fā)動機，第一電機和第二電機以及電機驅(qū)動電路，用于產(chǎn)生汽車驅(qū)動行駛以及制動所需要的動力，動力系統(tǒng)與專家控制系統(tǒng)以及耦合傳動系統(tǒng)連接。動力耦合傳動系統(tǒng)增設(shè)了單排行星輪系機構(gòu)、單向離合器、制動器，用于實現(xiàn)汽車動力的耦合傳遞，并通過差速器和驅(qū)動軸完成動力的分配和執(zhí)行，動力耦合傳動系統(tǒng)與動力系統(tǒng)連接。專家控制系統(tǒng)由知識庫、規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫（動態(tài)數(shù)據(jù)庫）、推理機組成，專家控制系統(tǒng)輸入端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，輸出端通過控制單元分別與動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)連接。專家控制系統(tǒng)的控制決策通過控制單元實現(xiàn)混合動力汽車各種行駛狀態(tài)和動力交互模式的轉(zhuǎn)換和控制。控制單元包括發(fā)動機控制單元、電機控制單元、動力電池控制單元、制動控制單元、數(shù)據(jù)采集控制單元。單排行星齒輪機構(gòu)包括太陽齒輪、齒圈、行星小齒輪和行星齒輪架。混合動力汽車專家控制系統(tǒng)的控制過程為：將采集到的油門、擋位、制動、速度等信息依次經(jīng)過特征辨識處理，通過推理機得出控制決策，最后將輸出的控制信號給發(fā)動機控制單元、電機控制單元和動力電池控制單元，對離合器、制動器的接合與分離進行控制，使得發(fā)動機、第一電機和第二電機的動力通過行星齒輪機構(gòu)可以共同或單獨地經(jīng)變速傳動機構(gòu)輸出到車輪，實現(xiàn)混合動力驅(qū)動、純電動驅(qū)動和純發(fā)動機驅(qū)動模式及其模式的轉(zhuǎn)換。

2專家控制系統(tǒng)的建立

專家控制系統(tǒng)包括：知識庫、規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫（動態(tài)數(shù)據(jù)庫或事實數(shù)據(jù)庫）、推理機。該專家控制系統(tǒng)通過實時采集和分析汽車的行駛狀況、發(fā)動機和電機的轉(zhuǎn)矩特性以及動力電池SOC能量等信息。專家控制系統(tǒng)的控制決策通過控制單元對離合器和制動器的接合與分離實現(xiàn)混合動力模式、純電動模式和純發(fā)動機驅(qū)動模式的各種行駛狀態(tài)及工況的轉(zhuǎn)換控制。

2．1推理機

推理機是編制的計算機程序，是基于已有的數(shù)據(jù)信息和實時采集的數(shù)據(jù)信息，按一定的方法將規(guī)則庫中的規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫中的事實記錄進行匹配，從而找出控制策略，并把推斷結(jié)果記錄到動態(tài)數(shù)據(jù)庫中。在本控制系統(tǒng)中，該程序?qū)⒉杉幕靹悠嚫鱾€傳感器參數(shù)，即數(shù)據(jù)（事實），與規(guī)則前提進行匹配，并按一定策略找到或選取最佳控制方案。匹配采用數(shù)據(jù)驅(qū)動控制（正向推理），基于已有的數(shù)據(jù)信息，正向使用規(guī)則，使規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)（事實）相比較，不斷更新推斷結(jié)果，從而推斷最優(yōu)控制方案。推理機的工作過程如圖2所示。1）推理機將規(guī)則庫中的規(guī)則前提與事實進行匹配，將每條規(guī)則的＜前提＞取出來，驗證這些前提是否在綜合數(shù)據(jù)庫中事實相符合，若符合，則匹配成功，否則，取下一條規(guī)則再進行匹配；2）把匹配成功的規(guī)則的＜結(jié)論＞作為新的事實添加到綜合數(shù)據(jù)庫中；3）用更新后的綜合數(shù)據(jù)庫中的事實重復上面兩個步驟，直到某個事實就是意想中的結(jié)論或是不再有新的事實產(chǎn)生為止。

2．2知識庫與綜合數(shù)據(jù)庫的建立

知識庫是問題求解所需的領(lǐng)域知識的集合，主要包括綜合數(shù)據(jù)庫（動態(tài)數(shù)據(jù)庫）、診斷規(guī)則庫和控制方案庫。當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，其功率、扭矩、耗油量等都會隨負荷變化而變化。基于發(fā)動機、電動機的各種特性曲線，以及電池荷電狀態(tài)曲線，可以全面判斷發(fā)動機和電動機的動力性、經(jīng)濟性和工作特性，由此，需要建立表1所示的知識庫：綜合數(shù)據(jù)庫既是推理機選用知識的依據(jù)，也是推理過程獲得推理路徑的來源。綜合數(shù)據(jù)庫是用來存放采集的實時數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行過程中所產(chǎn)生的所有信息及所需要的原始數(shù)據(jù)，包括用戶輸入的信息、推理的中間結(jié)果和推理過程的記錄等。在本控制系統(tǒng)中，綜合數(shù)據(jù)庫中不僅存放混合動力汽車的基本信息，包括油門、制動、檔次、車速等輸入信息，同時也存放求解問題過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，它反映了當前問題求解狀態(tài)的集合。

2．3規(guī)則庫的建立

控制規(guī)則庫是系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫，主要存放專家經(jīng)驗，為推理過程提供所需要的知識。本控制系統(tǒng)中，控制規(guī)則庫中的規(guī)則采用產(chǎn)生式規(guī)則表示：IF＜前提＞THEN＜結(jié)論＞。如表2所示，基于專家控制系統(tǒng)的多模式混合動力汽車，其規(guī)則庫主要存放混合動力汽車模式轉(zhuǎn)換的專家經(jīng)驗集，為推理過程提供必要的知識（控制規(guī)則集）。汽車各種行駛狀態(tài)有：啟動、加速、巡航行駛、減速、制動五種工況；汽車動力交互模式有：電機單獨工作模式、發(fā)動機單獨工作模式、電機和發(fā)動機共同工作模式和再生制動模式。

3結(jié)束語

油電混合動力電動汽車不僅具備內(nèi)燃機汽車的特征，同時還具備電動汽車的優(yōu)點。汽車的驅(qū)動系統(tǒng)由傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電動機組成，因此，控制策略、驅(qū)動系統(tǒng)和動力耦合傳動系統(tǒng)的良好匹配直接影響混合動力汽車的動力性、能源消耗性、環(huán)境污染性等使用性能。本文結(jié)合汽車的行駛狀態(tài)、混合動力工作模式和專家控制系統(tǒng)的特點，進行了混合動力汽車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，構(gòu)建了推理機、知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫和控制規(guī)則，旨在優(yōu)化車載能源和控制策略以及工作模式，合理進行動力分配，提高汽車的使用性能。

參考文獻

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作者：魯守榮 單位：無錫城市職業(yè)技術(shù)學院