基于模糊控制的并聯(lián)式混合動力汽車制動控制系統(tǒng)

黃潮

摘要：在混合動力汽車制動過程中，針對其機械制動力同電再生制動力分配問題，不僅要確保其可以在制動穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，回收最多的制動能量，同時也應(yīng)該提升制動控制水平。在并聯(lián)式混合動力汽車制動控制中，應(yīng)用T-S模糊模型和MATLAB模糊控制工具箱，設(shè)計基于模糊控制的并聯(lián)式制動控制系統(tǒng)，不僅有利于簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也有利于提升汽車制動效率。

關(guān)鍵詞：模糊控制；并聯(lián)式；汽車制動控制系統(tǒng)；混合動力

中圖分類號：U469文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0027-02

在并聯(lián)式混合動力汽車制動控制中，為提升其制動的穩(wěn)定性，應(yīng)用基于模糊控制的制動控制系統(tǒng)，設(shè)計基于模糊邏輯的并聯(lián)式混合動力汽車能量控制系統(tǒng)，使用T-S模糊控制模型，并將其分為能量回饋制動控制系統(tǒng)與正常行駛時的能量控制系統(tǒng)，明確能量回饋制動系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，優(yōu)化機器制動控制性能。以下本篇對此做具體介紹。

1模糊控制理論概述

在模糊控制中，就是以模糊集合論、模糊邏輯推理、模糊語言變量作為基礎(chǔ)智能控制方法，模糊控制的知識模型中，主要構(gòu)成是由一組模糊推理而產(chǎn)生的規(guī)則，這樣可以方便專家的經(jīng)驗知識能夠及時的加入到知識模型之中。模糊邏輯適合用于制訂分配策略，通過制訂發(fā)動機和驅(qū)動電機之間的分配策略，可以優(yōu)化汽車制動控制性能。且在模糊控制中，其模糊推理就是針對模糊控制規(guī)則，在多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)中，根據(jù)前提條件構(gòu)成直積空間的模糊集合；模糊控制中的T-S模糊模型，就是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變化量函數(shù)以及輸入變量函數(shù)，將其作為i-fthen模糊規(guī)則后件，不僅可以描述模糊控制器，也能夠描述被控對象。

2模糊控制在汽車制動控制中的意義

在并聯(lián)式混合動力汽車制定控制系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用模糊控制模式，不僅可以有效提升并聯(lián)式混合動力汽車的整體性能，也有助于協(xié)調(diào)控制并聯(lián)式混合動力汽車的內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)與電機驅(qū)動系統(tǒng)。在并聯(lián)式混合動力汽車運行中，由于其包含著多種的運行狀態(tài)，并且其內(nèi)燃機、電動機的工作模式，也會在混合動力汽車運行過程中不斷發(fā)生改變。混合動力汽車制動，不僅包含內(nèi)燃機被控對象、電動機被控對象還包括電池等被控對象，控制難度較大，故此，針對混合動力汽車運行的復(fù)雜性，在汽車制動控制中，設(shè)計基于模糊控制的制動控制系統(tǒng)，不僅可以簡化整車控制結(jié)構(gòu)，也可以優(yōu)化變臉是混合汽車制動控制性能，在實際應(yīng)用中發(fā)揮巨大作用。

3并聯(lián)式混合動力汽車控制系統(tǒng)設(shè)計實踐

3.1基于模糊控制的制動分配問題

在并聯(lián)式汽車制動控制系統(tǒng)設(shè)計中，為有效控制液壓制動與電機制動間的相互關(guān)系，應(yīng)用模糊控制理論，設(shè)計制動力矩分配策略，可以有效解決汽車制動分配的問題。對于并聯(lián)式混合動力電動汽車制動的力矩分配問題，給出不同能量回收的制動控制策略，當(dāng)汽車的制動減速度小于1.0m/s2（0.10g）時，可以只做能量回收制動作用，將控制策略作用下液壓制動力矩設(shè)置為零；當(dāng)制動減速度在1.0m/s2以上時，可以施加液壓制動力矩。汽車制動力矩分配如下圖1中所示：

圖1制動力矩分配圖示

在模糊控制的汽車制動控制系統(tǒng)中，在制動開始后，可以制動控制器踏板的下行幅度、踏板速度以及踏板加速度，判斷出汽車駕駛員的制動意圖，明確是要緊急制動還是要正常制動，同時還需要確定制動力矩大小，給汽車控制器制動力矩信息，可以根據(jù)電池的電壓、電流以及SOC值等參數(shù)，分析計算車輪制動能量回收力矩和車輪制動液壓力矩的比例關(guān)系。在汽車制動控制系統(tǒng)中，可以根據(jù)能量回收制動力矩的變化特性，提供出相應(yīng)變化液壓制動力矩，不僅可以保證并聯(lián)式混合動力汽車制動效果，同時也能提升駕駛員的工作舒

適度。

3.2建立混合動力汽車動力學(xué)模型

在模糊控制的并聯(lián)式混合動力汽車控制系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計多自由度的車輛動力學(xué)模型，不僅要考慮到汽車的縱向車輪轉(zhuǎn)動，還應(yīng)該考慮懸架系統(tǒng)影響以及空氣阻力、輪胎滾動阻力對汽車制動的影響。將車輛總質(zhì)量、縱向加速度、地面縱向制動力、縱向空氣阻力以及滾動阻力等，設(shè)計出汽車動力模型。

3.3設(shè)計汽車的制動系統(tǒng)模糊控制器

在并聯(lián)式混合動力汽車的制動控制系統(tǒng)設(shè)計中，為保證在制動系統(tǒng)能保持駕駛員舒適性前提下，實現(xiàn)能量回收制動力矩與液壓制動力矩的合理分配，可以應(yīng)用模糊控制理論，在其模糊控制器設(shè)計中，可以分成制動力矩調(diào)整任務(wù)部分，與制動力矩工作分配量部分來逐個實現(xiàn)。汽車制動系統(tǒng)中的滑移率模糊控制器結(jié)構(gòu)圖如下圖2中所示：

圖2滑移率模糊控制器結(jié)構(gòu)圖

在第一部分實現(xiàn)中，將目標(biāo)滑移率作為控制目標(biāo)的方法，不僅穩(wěn)定、可靠，同時也可以將制動過程中的車輪滑移率控制在最佳值范圍；第二部分實現(xiàn)中，在調(diào)整制汽車總動力矩基礎(chǔ)上，應(yīng)用滑移率模糊控制器，完成對液壓制動力矩與能量回收制動力矩的動態(tài)分配控制。在汽車的制動力矩分配模糊控制器中，針對總的制動力矩需求，以及液壓制動力矩、某一時刻電機制動系統(tǒng)的最大制動力矩，計算分析模糊控制器內(nèi)輸入滑移率與目標(biāo)滑移率的變化，以及分析輸出制動力矩變化量，得出制動控制力矩。在模糊控制器設(shè)計中，還需要據(jù)駕駛員實際需求制動力矩與調(diào)整后的制動力矩，通過整車控制器對其進(jìn)行重新分配，從而可以調(diào)整制動力矩幅度，確定制動力矩的變化率。

3.4仿真計算

對于汽車制定模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，可以在MATLAB/Simulink環(huán)境下，對汽車的制動控制策略進(jìn)行仿真分析，分析研究并聯(lián)式混合動力汽車制動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯棒性，強化對緊急制動下的車輛穩(wěn)定性，車輛動能及回收電能進(jìn)行分析，對車輛進(jìn)行輕度制動仿真分析，測試汽車輪速與車速是否完全吻合，有沒有發(fā)生車輪抱死的現(xiàn)象，并分析汽車在制動過程中回收的電能。其次，對并聯(lián)式混合動力汽車制動控制系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動仿真分析，觀察汽車制動特性曲線，采取制動控制策略，當(dāng)汽車制動中的實際滑移率遠(yuǎn)比目標(biāo)滑移率大時，為了防止車輪發(fā)生抱死情況發(fā)生，盡快消除誤差，可以快速減小車輪的制動力矩；當(dāng)汽車制動控制系統(tǒng)中其目標(biāo)滑移率誤差有減小趨勢，為防止制動控制系統(tǒng)超調(diào)，可以在滿足加快達(dá)到目標(biāo)值速度前提下，適當(dāng)減小汽車的制動控制力矩；當(dāng)汽車的實際滑移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目標(biāo)滑移率的時候，表明車輛制動控制系統(tǒng)并沒有充分利用路面的附著條件，故此可以快速增加車輛制動控制力矩。對車輛制動控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，當(dāng)汽車在路面緊急制動中，并沒有發(fā)生車輪抱死情況，汽車的車速與輪速也處于基本吻合狀態(tài)，汽車在制動中的穩(wěn)定性

較好。

4結(jié)語

綜上所述，在并聯(lián)式混合動力汽車制動控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用模糊控制模式，不僅可以確保混合動力電動汽車的電/液制動系統(tǒng)的制動安全性，也可以確保液壓制動力矩與能量回收制動力矩協(xié)同工作，避免制動過程中發(fā)生車輪抱死情況，具有良好的路面適應(yīng)性，提升汽車制動控制系統(tǒng)的有效性與穩(wěn)定性。

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