متحكم طـ–س الضبابي المحسّن لإدارة الطاقة في المركبات الهجينة المتوازية

لماذا تَهُمُّ الهجينة الأذكى

تعد السيارات الهجينة بقيادة أنظف وفواتير وقود أقل عبر الجمع بين محرك بنزين ومحرك كهربائي. لكن لكي تفي هذه السيارات بوعدها فعلاً، عليها أن تقرر باستمرار أي مصدر للطاقة ينبغي أن يؤدّي أي قدر من العمل. يقدم هذا البحث طريقة جديدة لاتخاذ تلك القرارات في جزء من الثانية بحيث يعمل المحرك داخل «منطقته الموفِّرة» بشكل متكرر أكثر، ينخفض استهلاك الوقود، وتظل البطارية بصحة جيدة — وكل ذلك من دون الحاجة إلى حواسيب على متن مكلفة أو معرفة مفصّلة لطريق القيادة في المستقبل.

تقاسم العمل بين المحرك والمحرّك الكهربائي

في نظام هجين متوازي، يمكن لكل من المحرك والمحرّك الكهربائي دفع العجلات، إما بشكل منفصل أو معاً. التحدي المركزي هو نظام إدارة الطاقة الذي يقرر، لحظة بلحظة، مقدار العزم الذي يجب أن يوفّره كل منهما. تتبع العديد من الأساليب السابقة كفاءة مثالية باستخدام خوارزميات تحسين أو تعلم مكثفة، لكنها قد تكون بطيئة ومكلفة ويصعب تطبيقها في سيارات يومية. يركّز المؤلفون بدلاً من ذلك على تحكم أبسط قائم على قواعد يمكن أن يعمل عبر الإنترنت في الزمن الحقيقي مع الحفاظ على اختيارات ذكية بشأن من يتولى العمل.

كتاب قواعد قائم على التفكير الشبيه بالبشري

المتحكم الجديد مبني على نوع من المنطق الضبابي، وهو إطار رياضي يحاكي كيفية استخدام البشر لقواعد تقريبية مثل «إذا كان الطلب منخفضاً، فضّل المحرك الكهربائي؛ إذا كان الطلب عالياً، استعن بالمحرك». على عكس الأنظمة الضبابية السابقة التي كانت تحتاج عدة مُدخلات—مثل السرعة، والعزم، وشحن البطارية—يستخدم هذا التصميم طاقة المحرك كمدخل أساسي، مع معالجة منفصلة لحالة شحن البطارية. من خلال تشكيل أربع «مناطق» واسعة لتشغيل المحرك بعناية، يستطيع المتحكم استنتاج متى ينبغي للمحرك أن يعمل في منطقته الأكثر كفاءة ومتى يتدخل المحرك الكهربائي، من دون الحاجة لموازنة العديد من المتغيرات دفعة واحدة. هذا التخفيض في المُدخلات يقلّل حجم الحسابات ويخفض متطلبات الأجهزة داخل السيارة.

الحفاظ على المحرك ضمن منطقته الموفِّرة

لبناء المتحكم، يرسم الباحثون أولاً خريطة لكيفية تحويل المحرك للوقود إلى حركة بكفاءة عند سرعات وعزوم مختلفة. تُظهر هذه الخريطة جزر صغيرة حيث يكون المحرك فعالاً جداً ومناطق كبيرة يهدر فيها الوقود. تُعدّل قواعد الضبابي بحيث، متى أمكن، يتم تلبية قدرة العجلات المطلوبة بتشغيل المحرك داخل هذه الجزر الفعالة. إذا طلب السائق عزماً أقل من قيمة المحرك المفضلة، يعيد المتحكم تشكيل الطلب بشكل طفيف بحيث يستمر المحرك في العمل بكفاءة، مع أن يتولى المحرك الكهربائي الفارق أو يمتصّه. وعندما يطلب السائق عزماً أكبر مما يمكن للمنطقة الفعالة توفيره، يسمح المتحكم للمحرك بأن يخرج من منطقته الموفِّرة لكن بقدر ما يلزم فقط لمجاراة حركة المرور.

موازنة البطارية أثناء اتباع رحلات قيادة فعلية

يختبر الفريق استراتيجيته على نموذج حاسوبي مفصّل لسيارة صالون متوسطة الحجم هجينة نموذجية، يشمل مقاومة الهواء، ومقاومة التدحرج، وبطارية ليثيوم-أيون، ومحرّك كهربائي مصمّم للاستخدام اليومي بدلاً من السباقات. يقودون هذه السيارة الافتراضية عبر مسار طويل مكوّن من لقطات مجمعة تجمع أنماط القيادة الأوروبية والأمريكية وقيادة لندن داخل المدينة، ملتقطة كلّاً من الشوارع المتوقفة والمتحركة والطرق السريعة الأسرع. تُظهر النتائج أن السيارة تتبع ملف السرعة المستهدف عن كثب، بينما يتبع عزم المحرك والمحرّك الكهربائي مراجعهم بأخطاء صغيرة جداً. والأهم من ذلك، أن مستوى شحن البطارية في نهاية الرحلة يبقى قريباً من مستواه عند البداية، ما يبرهن أن التوفيرات في الوقود لم تتحقق عبر تفريغ البطارية بهدوء.

ما يعنيه هذا لسيارات المستقبل

في النهاية، يخفض المتحكم الضبابي المقترح استهلاك الوقود بنحو 3% مقارنة بإستراتيجية سابقة متقدّمة بالفعل، من دون عبء حسابي إضافي ومع الحفاظ على شحن البطارية. وبما أنه يعتمد على قواعد بسيطة بدلاً من توقعات مفصّلة لحركة المرور المستقبلية، فسيكون أسهل في التطبيق في مركبات حقيقية مزوّدة بأجهزة منخفضة التكلفة. بالنسبة للسائقين، قد يعني هذا النوع من المشاركة الذكية للطاقة هجينة أرخص في التصنيع وأكثر كفاءة على الطريق، ما يمثل خطوة عملية نحو نقل أنظف من دون الحاجة إلى تحويل كامل إلى سيارات كهربائية صرفة.

الاستشهاد: Hokmabad, E.S., Rostami, N. & Sharifian, M.B.B. An improved T–S fuzzy controller for energy management of parallel hybrid vehicles. Sci Rep 16, 10428 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41457-8

الكلمات المفتاحية: المركبات الهجينة, إدارة الطاقة, التحكم الضبابي, كفاءة استهلاك الوقود, مجموعة الدفع الكهربائية