混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量回收與ABS集成控制研究.pdf

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

2、動(dòng)相結(jié)合的混合制動(dòng)方案，即保留了原有的ABS(ABS：Anti-LockBrakingSystem)液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，如何在確保制動(dòng)安全性的前提下，使能量回收制動(dòng)和ABS液壓制動(dòng)協(xié)同工作，最大限度回收能量就成為混合動(dòng)力汽車研究的關(guān)鍵性技術(shù)之一。本文以國(guó)家“863計(jì)劃”混合動(dòng)力轎車項(xiàng)目及其整車控制系統(tǒng)子課題為背景，主要研究混合動(dòng)力汽車的電、液混合制動(dòng)控制策略及其在實(shí)車上的應(yīng)用。 制動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)是混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)開

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

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

5、電機(jī)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(shí)驗(yàn)建模與理論建模相結(jié)合的方法，其中對(duì)輪胎非穩(wěn)態(tài)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突贏BS液壓調(diào)節(jié)器的液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行了較為深入的研究，為獲取必要的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試。通過電機(jī)和電池的臺(tái)架試驗(yàn)分別獲取了電機(jī)和電池的輸入輸出特性。仿真和試驗(yàn)結(jié)果都表明文中建立的制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型正確且穩(wěn)定有效，能夠滿足實(shí)時(shí)控制精度要求及后續(xù)研究工作需要。 在建立制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，搭建了整車制動(dòng)

6、系統(tǒng)仿真平臺(tái)，基于此仿真平臺(tái)，分析了混合動(dòng)力汽車在制動(dòng)狀態(tài)下的能量管理策略，對(duì)制動(dòng)模式和能量回收約束條件進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上研究了混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)綜合控制策略(CBCS)及其設(shè)計(jì)方法，對(duì)ABS控制變量，如：輪速信號(hào)的采集與計(jì)算，輪加減速度的計(jì)算以及參考滑移率的計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)且以實(shí)用化為目標(biāo)的算法設(shè)計(jì)，在對(duì)制動(dòng)控制系統(tǒng)深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了制動(dòng)系統(tǒng)控制規(guī)則庫(kù)和控制程序，確定了電機(jī)制動(dòng)/液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)不同的控制功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制

7、動(dòng)力矩的合理分配。針對(duì)不同的制動(dòng)需求，分別對(duì)新歐洲行駛循環(huán)(NEDC)下的制動(dòng)，輕度制動(dòng)，中度制動(dòng)以及緊急制動(dòng)進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果證明，CBCS控制策略在NEDC行駛循環(huán)以及輕、中度制動(dòng)狀態(tài)下均能夠高效的回收能量；對(duì)于在不同附著條件路面上的緊急制動(dòng)情況，均能夠通過對(duì)制動(dòng)力矩的調(diào)整來確保制動(dòng)過程的安全及穩(wěn)定。 在CBCS控制策略研究的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步提出了基于模糊控制邏輯的混合動(dòng)力汽車制動(dòng)系統(tǒng)模糊控制策略(FCS)的設(shè)計(jì)，設(shè)

8、計(jì)了基于最優(yōu)滑移率控制的模糊控制器和基于制動(dòng)力矩動(dòng)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(yùn)行在該路面的最優(yōu)滑移率處，后者則可以根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際需求動(dòng)態(tài)的調(diào)整能量回收制動(dòng)力矩和液壓制動(dòng)力矩的大小。針對(duì)不同的路面附著情況，建立了不同的模糊控制規(guī)則庫(kù)，并對(duì)CBCS控制策略和FCS策略的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。仿真結(jié)果表明，與CBCS控制策略相比，F(xiàn)CS控制策略能夠更好的實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的分配，能夠提升車輛的制動(dòng)效能及能量回

9、收效率。本文的研究工作為實(shí)現(xiàn)模糊控制技術(shù)在混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)上的實(shí)際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。 本文的最后部分為實(shí)車的底盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)以及實(shí)車道路試驗(yàn)。底盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)對(duì)本文所設(shè)計(jì)的混合動(dòng)力汽車制動(dòng)系統(tǒng)綜合控制策略(CBCS)進(jìn)行了NEDC行駛循環(huán)測(cè)試分析，通過對(duì)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果非常接近，這驗(yàn)證了制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的正確性以及制動(dòng)控制策略對(duì)制動(dòng)力矩的有效控制。實(shí)車道路制動(dòng)試驗(yàn)在三種不同附著系數(shù)路面上進(jìn)