Улучшенный Т–С нечеткий регулятор для управления энергопотреблением в параллельных гибридных автомобилях

Почему «умные» гибриды важны

Гибридные автомобили обещают чище поездки и меньшие расходы на топливо, сочетая бензиновый двигатель с электрическим мотором. Но чтобы действительно выполнить это обещание, автомобиль должен непрерывно решать, какой источник энергии и в какой мере должен выполнять работу. В этой статье предлагается новый способ принятия таких мгновенных решений, позволяющий двигателю чаще работать в своей «золотой зоне», снижать расход топлива и поддерживать здоровье батареи — и всё это без дорогих бортовых компьютеров или детального знания предстоящего маршрута.

Распределение работы между двигателем и мотором

В параллельном гибриде и двигатель, и электрический мотор могут приводить колеса в движение — поодиночке или совместно. Ключевая проблема — система управления энергией, решающая в каждый момент, какой момент и какую силу должен обеспечивать каждый из источников. Многие предыдущие подходы стремились к идеальной эффективности с помощью тяжёлой оптимизации или алгоритмов обучения, однако они могут быть медленными, дорогими и сложными для внедрения в серийные автомобили. Авторы же сосредоточились на более простом, правил-ориентированном контроле, который может работать онлайн в реальном времени и при этом принимать разумные решения о распределении нагрузки.

Сборник правил, похожий на человеческое рассуждение

Новый регулятор основан на типе нечеткой логики — математическом подходе, имитирующем, как люди используют приближённые правила вроде «если потребление низкое, отдать приоритет мотору; если высокое — подключить двигатель». В отличие от ранних нечетких систем, требовавших многих входов — таких как скорость, момент и заряд батареи — данная схема использует мощность двигателя в качестве основного входа и отдельную обработку состояния заряда батареи. Тщательно оформив четыре широких «зоны» рабочей мощности, контроллер может определять, когда двигатель следует держать в наиболее эффективном диапазоне, а когда должен вступить электрический мотор, не манипулируя множеством переменных одновременно. Такое сокращение входных данных уменьшает объём вычислений и снижает требования к аппаратной части в автомобиле.

Держим двигатель в его «золотой зоне»

Для построения регулятора исследователи сначала картируют, насколько эффективно двигатель превращает топливо в движение при разных скоростях и моментах. Эта карта показывает небольшие «островки», где двигатель особенно эффективен, и большие области, где расход топлива велик. Нечеткие правила настраиваются так, чтобы, по возможности, требуемая мощность на колёсах обеспечивалась работой двигателя внутри этих эффективных островков. Если водитель запрашивает меньший момент, чем предпочитаемое значение для двигателя, контроллер слегка корректирует требование так, чтобы двигатель всё ещё работал эффективно, а электрический мотор компенсировал разницу (подтягивая или поглощая энергию). Когда водитель требует больший момент, чем может обеспечить эффективная зона, контроллер позволяет двигателю выйти из своей «золотой зоны», но только в пределах, необходимых для поддержания потока движения.

Балансировка батареи при реальных поездках

Команда тестирует свою стратегию на подробной компьютерной модели типичного гибрида среднеразмерного седана с учётом аэродинамического сопротивления, сопротивления качению, литий-ионной батареи и электромотора, рассчитанного на повседневное использование, а не гонки. Они прогоняют виртуальный автомобиль по длинному объединённому маршруту, сочетающему европейские, американские и лондонские городские профили движения, отражая как режимы «старт–стоп», так и более быстрые шоссе. Результаты показывают, что автомобиль точно следует заданному профилю скорости, а моменты от двигателя и мотора отслеживают свои эталоны с очень малыми погрешностями. Важно, что уровень заряда батареи в конце поездки остаётся близким к начальному, что подтверждает: экономия топлива достигается не за счёт тихого разряда батареи.

Что это значит для будущих автомобилей

В итоге предложенный нечеткий регулятор снижает расход топлива примерно на 3% по сравнению с ранее разработанной, уже продвинутой стратегией, без дополнительной вычислительной нагрузки и при сохранении заряда батареи. Поскольку он опирается на простые правила, а не на детальные предсказания трафика, его легче реализовать в реальных автомобилях с дешёвой аппаратной частью. Для водителей такое умное распределение энергии может означать более дешёвое производство гибридов при повышенной эффективности на дороге — практический шаг к более чистому транспорту без необходимости полного перехода на полностью электрические автомобили.

Цитирование: 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

Ключевые слова: гибридные автомобили, управление энергией, нечеткое управление, топливная эффективность, электропривод