混杂系统理论在新能源汽车能量系统建模中应用研究

邹仲来

摘 要：随着全球石化资源的枯竭和二氧化碳排放量的增加，再加上环境污染、全球海平面上升等对人类生活的严重危害，人们也开始青睐新能源电动汽车。由于其环保的特点，它已逐渐进入我们的生活。作为一种新能源，动力电池管理系统正在向智能化方向发展，对动力电池的能量管理和控制进行优化也是非常重要和必要的。因此，研究动力电池能量系统的建模方法具有重要意义。

关键词：混合逻辑动态 混杂系统 新能源动力电池系统

Research on Application of Hybrid System Theory in New Energy Vehicle Energy System Modeling

Zou Zhonglai

Abstract：With the depletion of global petrochemical resources and the increase in carbon dioxide emissions， coupled with serious harm to human life such as environmental pollution and global sea level rise， people have begun to favor new energy electric vehicles. Due to its environmental protection characteristics， new energy electric vehicles have gradually entered our lives. As a new energy source， the power battery management system is developing towards intelligence， and it is also very important and necessary to optimize the energy management and control of the power battery. Therefore， it is of great significance to study the modeling method of power battery energy system.

Key words：hybrid logic dynamics， hybrid system， new energy power battery system

1 前言

隨着全球经济的复苏和人们生活水平的提高，汽车已经作为一种出行方式进入了人们的生活。经过100年的不断更新和发展，燃油汽车在各个方面都显示出独特的优势。从技术成熟度，习惯和操作自由度上反映出来，它在价格方面占据了很大的市场空间。联合国最近估计，中东石油丰富国家的石油储备只能在世界上使用不到100年。多年来，石化废气也导致二氧化碳的急剧增加，最终导致全球变暖。电动汽车是指由车载电源和电动机驱动的车辆。汽车是新能源汽车的重要组成部分。新能源汽车是指以先进的技术原理、新技术、新的汽车结构等先进技术为基础，利用常规车用燃料以外的能源作为动力源，实现能源综合控制和驱动控制。

2 混杂系统模型研究

混合系统也称为混合系统。但是，有很多定义。百度百科将其定义为同时包含多个状态变量的系统。这些变量来自不同的级别。它们中的至少一个受到另一变量的调制的影响。但是前者是一个统一的动力系统，是由后者不可减少的相互作用所形成的。最常见的定义是：系统系统由一类动态复杂系统组成，这些系统由连续子系统和离散子系统组成。混合系统具有以下三个特征：（1）系统具有两种状态形式：离散状态和连续状态;（2）系统状态也随着连续状态和离散状态的变化而变化;（3）离散状态和连续状态保持其本质特征。自1990年代系统理论兴起以来，它已被IEEE控制协会确认为具有强大发展和应用前景的新主题。随着混合动力系统的发展，该学科的发展主要得益于当前计算机科学，数学科学和控制科学的发展，在混合动力系统的某些行业和关键领域，例如制造系统，具有一定成就的动力系统，机器人系统等。

该混合系统具有以下三个特点：稳定性、可达性和可控性。其中，可达性研究的结果主要用于评价系统的安全性。有两种可达性：自动机达到线性问题，线性系统具有连续状态变化的可达性。对系统进行了全面的分析，充分考虑了控制器的标定和控制器的综合，并将这些附加的特殊问题引入到系统中，具有广泛的应用范围。对混合系统理论研究中的问题进行了分析和解决，并利用多个函数对混合系统进行了研究，然后对切换混合系统进行了分析，从而使混合系统的研究不仅可以像以往那样考虑离散事件的情况，而且可以忽略连续状态的可能性。如上所述，混合系统是离散事件和连续状态系统的混合体。在外部性能方面，系统可以分为两类：第一类系统通常具有离散事件的特征，而连续状态部分可以是用作状态嵌入式系统;另一种类型的系统显示了全局连续状态的特征。离散事件仅用于在离散事件下剧烈振荡的系统。由于这两种不同的焦点和方法，聚合也可以用于使用扩展词来描述它们。一种类型的系统对应于聚合类型，第二种类型对应于扩展。在扩展方法中，有时会发生分离事件，因此您可以在微分方程中使用元素。

燃料电池汽车双能源的能量管理策略对提高车辆燃油经济性及动力源甚至整车寿命都具有极其重要的作用。合理的能量管理策略应兼顾车辆动力性能及燃油经济性，即需满足控制策略的时效性与高效性。

目前，应用于燃料电池汽车的能量管理策略主要分为基于确定规则的控制策略、基于模糊控制的控制策略及基于优化的控制策略。相较于其他两种控制策略，模糊控制策略对数学模型依赖度低，更易于理解，且具有较好的时效性，因此在车辆控制领域得到了广泛的应用。

3 系统建模方法研究

当使用混合系统理论对新能源纯电动汽车的能源系统进行建模时，混合系统中的混合逻辑动力学是一种用于实际工程应用的建模方法。它具有命题逻辑规则，并且定性相结合。知识和建模的原因是，模型是一种扩展方法，可以确保建模中的离散性。混合逻辑动态MLD模型集成了系统的三个状态，即输入，状态和输出，以及定性知识，专家经验和连续性，连续动态系统充分考虑了系统框架，建立了具有连续和离散特性的混合系统。混合逻辑动态模型通过将模型中的离散事件和离散状态转换为整数线性不等式来研究模型。同时，它集中于命题，逻辑和专家经验的结合以转换非线性。该命题被转换为线性混合整数不等式方程，并解决了系统中数据更改的问题。该过程转换了统一的输入，状态和输出的三个状态，并充分考虑了定性知识和专家经驗，以统一连续的动态系统。支持连续和离散集成的系统框架。

所谓命题逻辑规则，是指在一定范围内常用的基于算术和逻辑算子的命题系统以及由操作数构成的命题形式。它们广泛应用于数学、控制、物理等学科。计算机是命题系统和某种形式系统形成之间的逻辑关系，这些系统具有一维，二维甚至更高的维度。这些命题可以在一定空间中对应于它们的逻辑形式规则。在某些情况下，规则系统对应于数学表达式的关系。使用数学公式和定理来推导关系表达式以实现逻辑规则。公理的范围可以从空集，有限集到无限集。

专家经验方法，也称为专家判断预测方法，是将来在某个领域中开发的最权威的预测方法。它的观点是权威的，这是显而易见的。专家预测方法就是基于这种共识。专家判断预测方法将专家作为信息获取的对象，专家利用自身的知识和经验将预测对象视为直观的社会环境。

4 制动力分配策略

（1）在需求制动强度时，再生制动系统不开启，前后轮制动力分配由理想制动力I曲线进行分配，电机不提供制动力，前后轮摩擦制动承担整车制动力。前后轮制动力之和与整车路面附着力相等且前后轮制动力分别等于前后轮各自路面附着力。其关系式为：

（2）在需求制动强度时，制动力完全由驱动电机提供，前轮提供制动的强度也就是电机所提供的制动强度，后轮不提供制动力。

（3）在需求制动强度时，整车制动力由前轮制动力提供，电机此时处于最大制动力提供范围内，超过电机制动强度所能承受的范围由前轮摩擦制动力补充。对于前轮驱动纯电动车而言，前轮抱死可以最大限度得回收能量，前轮单独制动，后轮制动力Fxb2为零，则可得前轮能提供最大制动力为：

（4）在需求制动强度时，后轮摩擦制动力介入整车制动，前后轮制动力比例以I曲线进行分配，制动力的分配仍然以前轮为主，电机制动仍然占据主导，尽可能最大化回收能量。

（5）在需求制动强度时，随着需求制动强度逐渐增大，为保证车辆制动安全与稳定，后轮摩擦制动力的比例也会有所提高，此时制动力分配如图2-4中BC线段所示，B点值由公式2-4在路面附着系数为0.7时计算得到为0.526，此时依照线组在制动强度为0.7条件下的制动力进行分配，保障了制动效能。

（6）在需求制动强度时，紧急制动开启前后轮制动在临界点同时抱死，利用曲线进行制动力分配，在保证车辆稳定性的同时有效地利用了地面附着条件，此时电机不参与工作，前后轮制动力完全由摩擦制动提供（图1）。

5 结束语

本文提出了一种通过可编程的时间分配来构建混合系统模型的方法和步骤。混合系统分为离散事件逻辑层和多个连续动态层。通过监视和协调电力系统的连续动态层和离散逻辑层，描述了电力系统的运行状态。给出并仿真了电力系统建模的示例。仿真结果表明，该建模方法是可行的，非常适用于混合动力系统的建模和动力学研究，如保护动作的分析，电网的动态影响，电压集成设备的使用，控制和控制等。

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