基于模糊控制的并联式混合动力汽车制动控制系统

第37卷　第4期2007年7月

吉林大学学报(工学版)

JournalofJilinUniversity(EngineeringandTechnologyEdition)

　Vol.37　No.4　July2007

基于模糊控制的并联式混合动力

汽车制动控制系统

彭　栋,殷承良,张建武

(上海交通大学机械与动力工程学院,摘　要:(,提出了一种新

的制动控制策略。在。考虑到能量回,采用模糊控制策略对液压制动力矩进行动态调整。能。仿真结果证明该控制策略有效,鲁棒性好。

关键词:车辆工程;并联混合动力汽车;能量回收制动;目标滑移率;模糊控制中图分类号:U469.72　　文献标识码:A　　文章编号:167125497(2007)0420756206

Brakingcontrolsystemforparallelhybridelectricvehiclewithfuzzycontrollogic

PengDong,YinCheng2liang,ZhangJian2wu

(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)

Abstract:Basedontheanalysisandcomparisonofthevariousbrakecontrolstrategyofhybridelectricvehicle(HEV),anewbrakecontrolstrategywasproposed.AcontrolmodelofthebrakesystemwasbuiltandtestedundertheenvironmentofMATLAB/Simulink.Consideringtheconstantchangeofthetotalandtheregeneratedbrakingtorquesafuzzylogicapproachwasusedtoadjustdynamicallythehydraulicbrakingtorque,sothattheregeneratedandthehydraulicbrakingtorquescanworkincoordination.Thesimulationresultsshowthattheproposedstrategyisrobustandeffective.Keywords:vehicleengineering;parallelhybridelectricvehicle;regenerativebraking;targetslipratio;fuzzylogiccontrol

　　并联型混合动力汽车(ParallelHybridElectricVehicle,PHEV)以电动机为辅助动力源,能够有效地改善车辆的动力性和经济性。混合动力电动汽车能够获得迅速发展的关键在于其多能源管理系统能够根据车辆的实际需求对能量进行合理分配[1,2]。通过控制混合动力电动汽车的动力元件,将制动时耗散的动能进行回收是提

收稿日期:2006207225.

高混合动力电动汽车燃油经济性的一项重要技术,在这一过程中,电动机作为发电机来使用,回收的能量以电能的形式存贮到电池中。混合动力电动汽车的制动系统与传统汽车有所不同,在混合动力电动汽车中,制动力矩分为两部分,由电机提供的能量回收制动力矩和由传统的制动器提供的液压制动力矩,两者之和即为总的制动力矩。

基金项目“:863”国家高技术研究发展计划项目(2001AA501200,2003AA501200,2005AA501200).作者简介:彭栋(19752),男,博士.研究方向:汽车操纵稳定性,汽车动态仿真及汽车电子控制.

E2mail:dong.peng@http://doc.guandang.net

第4期彭　栋,等:基于模糊控制的并联式混合动力汽车制动控制系统

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能量回收制动力矩受电机发电功率的限制,制动力矩的大小是有限的,而且还受很多外部条件的

制约,如荷电状态(SOC)、电池温度、充电等,很难满足制动系统的要求,在这种情况下,液压制动系统必须施加足够的制动力矩以满足驾驶员的制动需求。因此,混合动力汽车的制动控制策略需要在考虑制动安全性、电机性能、电池SOC、电池温度以及电机转速等条件的前提下对两种制动力矩进行合理分配,同时,控制策略应当满足驾驶员制动舒适性的要求[3-5]。

后,制动控制器(BrakingControlUnit,BCU)根据踏板下行的幅度、速度以及加速度来判断驾驶员的制动意图(紧急制动、正常制动、下长坡缓制动等),确定制动力矩的大小,并将制动力矩的信息提交给整车控制器(HCU),HCU根据电池电压、电流、SOC值以及电机的转速等参数的具体情况进行分析计算,,在驱动轮所允许,则驱动轮所需剩余的制动力矩就由液压制动力矩来提供。HCU在决定制动力矩分配关系的同时向能量管理系统(BMU)发送充电准备指令。针对能量回收制动力矩不断变化的特性,制动控制系统必须能够提供相应变化的液压制动力矩,以保证制动效果和驾驶员良好的感觉。在充分考虑了HCU、电机控制系统(MCU)、电池管理系统(BMU)以及路面附着情况的基础上,在MATLAB/Simulink软件环境下,利用非线性车

1　图1示意图。当制动减速度小于1.0m/s2(0.10g)的时候,一般只有能量回收制动力矩起作用,此时,液压制动力矩在控制策略的作用下为零。当制动减速度大于1.0m/s2的时候,系统开始施加液压制动力矩[5]

。

辆动力学模型对PHEV制动控制系统进行仿真分析。着重研究缓制动和紧急制动两种情况,制动控制系统的设计目标是两种制动力矩的协同工作,在施加能量回收制动力矩的基础上维持车辆原有的前后轴制动力矩分配关系不变,采用模糊控制逻辑对液压制动力矩进行动态调整,使其满足整车制动的需求。

图1　混合动力电动汽车制动力矩分配

Fig.1　Distributionofbrakingtorques

2　车辆动力学模型的建立

2.1　8自由度车辆动力学模型

在比较分析了不同的能量回收制动控制策略的基础上,

提出了针对并联混合动力汽车制动控制系统的综合控制策略,如图2所示。制动开始

考虑车辆的纵向4个车轮的转动,忽略悬架系统的影响,但是考虑空气阻力和轮胎滚动阻力的影响,车辆运动基本方程如下[6,7]。

mvx=-Fx-Fxaero-FfIwωij=FxijR-Tbij-Tfij

(1)(2)

式中:m为车辆总质量;vx为纵向加速度;Fx为地面纵向制动力;Fxaero为纵向空气阻力;Ff为滚动阻力;Iw为车轮转动惯量;ωij为车轮的旋转角加速度;Fxij为单个轮胎纵向力;R为车轮滚动半径;Tfij为单个车轮滚动阻力矩;Tbij为单个车轮制动力矩。

图2　能量回收制动控制策略图

Fig.2　Blockdiagramofregenerativebraking

controlstrategy

车轮纵向力Fx采用非稳态半经验轮胎模型[7-9]进行求解。这种模型目前广泛应用于车辆动力学仿真研究领域。纵向力的表达式为

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=

μFz

2

1-exp-Φ-E1Φ-

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E21+

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3

Φ12ΦΦ

(3)

式中:Φ表示纵向相对滑移率;E1为拟合参数,它是垂直载荷Fz的函数,通常被作为轮胎的曲率因子进行考虑。

用S表示纵向滑移率,它是车轮旋转速度vr

的函数,表达式为

S=(vr-vx)/vx

(4)

图4　4　Bfuzzylogiccontroller

2.2　液压系统模型

[dt

req,Thyd代表液压mot_max,则有下式成立:

βTreq=Thydβ1+Tmot_max2

(6)

增压

=0　　　　　　　　　　　　保压

-36.3714(pwi-pr)

0.92

35.mpwi0.减压

(5)

模糊控制器的输入为实际滑移率与目标滑移率的

差Sinput及其变化dSinput/dt,用公式描述如下[10]

Sinput=S-Starget

式中:pwi为制动轮缸压力;pm为制动主缸压力。

ΔSinput≈

Δtdt

(7)

3　制动系统模糊控制器的设计

对于H

EV,由于受能量回收制动力矩及液压制动力矩的联合作用,要求制动系统能够在保持驾驶员制动舒适性的前提下实现两种制动力矩合理分配。故设计的模糊控制器主要由两部分组成,第一部分主要完成制动力矩的调整任务,主要

采用基于目标滑移率为控制目标的方法,这种控制方法工作稳定、可靠,制动过程中将车轮滑移率控制在最佳值附近,目标滑移率模糊控制逻辑框图如图3所示。

第二部分主要完成制动力矩的分配工作,在滑移 …… 此处隐藏：7173字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……