混合動力汽車制動能量回收與ABS集成控制研究.pdf

1、制動狀態(tài)下的能量回收是提高混合動力汽車(HEV：Hybrid Electric Vehicle)燃油經(jīng)濟性和延長其行駛里程的一項重要技術，在制動過程中，電動機作為發(fā)電機來使用，回收的能量以電能的形式存貯到電池中。制動能量回收技術是目前混合動力汽車制造商廣泛采用的一項技術，通過電機的輔助制動，通常情況下可以將制動過程中車輛的部分動能回收到蓄電池，極大的提高了能量利用率?？紤]到電機的制動效能以及制動穩(wěn)定性，當前的混合動力汽車大都采用電、液制

2、動相結合的混合制動方案，即保留了原有的ABS(ABS：Anti-LockBrakingSystem)液壓制動控制系統(tǒng)。因此，如何在確保制動安全性的前提下，使能量回收制動和ABS液壓制動協(xié)同工作，最大限度回收能量就成為混合動力汽車研究的關鍵性技術之一。本文以國家“863計劃”混合動力轎車項目及其整車控制系統(tǒng)子課題為背景，主要研究混合動力汽車的電、液混合制動控制策略及其在實車上的應用。 制動控制策略的設計是混合動力汽車制動控制系統(tǒng)開

3、發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，是一個涉及復雜問題決策和非線性時變系統(tǒng)控制的復雜問題，由于混合動力汽車的制動系統(tǒng)涉及電、液兩個系統(tǒng)的協(xié)同工作，因而建立能夠反映制動系統(tǒng)實際情況的仿真數(shù)學模型非常困難，同時，由于路面附著條件的影響以及駕駛員制動意圖的不確定性，也增加了制動控制策略設計的難度。本文從制動安全性和能量回收效率兩方面出發(fā)，做了如下幾個方面的工作：混合動力汽車制動控制系統(tǒng)仿真建模；制動控制系統(tǒng)綜合控制策略(CBCS：Combined Braking

4、Control Strategy)的設計和研究；基于最優(yōu)滑移率及制動力矩動態(tài)分配的模糊控制策略(FCS：Fuzzy logic Control Strategy)的研究以及制動控制策略的實車試驗研究和驗證。 本文建立了適合混合動力汽車制動系統(tǒng)仿真分析的動力學模型。這是混合動力汽車制動系統(tǒng)控制策略開發(fā)的重要組成部分，直接關系到制動控制器的開發(fā)效率和精度。制動系統(tǒng)動力學模型主要包括整車模型，非穩(wěn)態(tài)半經(jīng)驗輪胎模型，ABS液壓系統(tǒng)模型，

5、電機及其控制系統(tǒng)模型，電池及其控制系統(tǒng)模型。建模過程采用實驗建模與理論建模相結合的方法，其中對輪胎非穩(wěn)態(tài)半經(jīng)驗模型和基于ABS液壓調節(jié)器的液壓系統(tǒng)模型進行了較為深入的研究，為獲取必要的計算參數(shù)進行了相應的試驗測試。通過電機和電池的臺架試驗分別獲取了電機和電池的輸入輸出特性。仿真和試驗結果都表明文中建立的制動系統(tǒng)動力學模型正確且穩(wěn)定有效，能夠滿足實時控制精度要求及后續(xù)研究工作需要。 在建立制動系統(tǒng)動力學模型的基礎上，搭建了整車制動

6、系統(tǒng)仿真平臺，基于此仿真平臺，分析了混合動力汽車在制動狀態(tài)下的能量管理策略，對制動模式和能量回收約束條件進行了分析，在此基礎上研究了混合動力汽車制動控制系統(tǒng)綜合控制策略(CBCS)及其設計方法，對ABS控制變量，如：輪速信號的采集與計算，輪加減速度的計算以及參考滑移率的計算進行了詳細且以實用化為目標的算法設計，在對制動控制系統(tǒng)深入研究的基礎上，設計了制動系統(tǒng)控制規(guī)則庫和控制程序，確定了電機制動/液壓制動控制系統(tǒng)不同的控制功能，實現(xiàn)了對制

7、動力矩的合理分配。針對不同的制動需求，分別對新歐洲行駛循環(huán)(NEDC)下的制動，輕度制動，中度制動以及緊急制動進行了仿真分析，仿真結果證明，CBCS控制策略在NEDC行駛循環(huán)以及輕、中度制動狀態(tài)下均能夠高效的回收能量；對于在不同附著條件路面上的緊急制動情況，均能夠通過對制動力矩的調整來確保制動過程的安全及穩(wěn)定。 在CBCS控制策略研究的基礎上，本文進一步提出了基于模糊控制邏輯的混合動力汽車制動系統(tǒng)模糊控制策略(FCS)的設計，設

8、計了基于最優(yōu)滑移率控制的模糊控制器和基于制動力矩動態(tài)分配的模糊控制器，前者可以確保在不同附著路面上車輛能夠穩(wěn)定運行在該路面的最優(yōu)滑移率處，后者則可以根據(jù)制動系統(tǒng)的實際需求動態(tài)的調整能量回收制動力矩和液壓制動力矩的大小。針對不同的路面附著情況，建立了不同的模糊控制規(guī)則庫，并對CBCS控制策略和FCS策略的仿真結果進行了對比分析。仿真結果表明，與CBCS控制策略相比，F(xiàn)CS控制策略能夠更好的實現(xiàn)制動力矩的分配，能夠提升車輛的制動效能及能量回

9、收效率。本文的研究工作為實現(xiàn)模糊控制技術在混合動力汽車制動控制系統(tǒng)上的實際應用打下了良好的基礎。 本文的最后部分為實車的底盤測功機試驗以及實車道路試驗。底盤測功機試驗對本文所設計的混合動力汽車制動系統(tǒng)綜合控制策略(CBCS)進行了NEDC行駛循環(huán)測試分析，通過對測試結果統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)試驗結果與仿真結果非常接近，這驗證了制動系統(tǒng)動力學模型的正確性以及制動控制策略對制動力矩的有效控制。實車道路制動試驗在三種不同附著系數(shù)路面上進