基于模糊控制的并聯式混合動力汽車制動控制系統

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定區間內，回收最多的制動能量，同時也應該提升制動控制水平。在并聯式混合動力汽車制動控制中，應用T-S模糊模型和MATLAB模糊控制工具箱，設計基于模糊控制的并聯式制動控制系統，不僅有利于簡化控制系統結構，也有利于提升汽車制動效率。

關鍵詞：模糊控制；并聯式；汽車制動控制系統；混合動力

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

在并聯式混合動力汽車制動控制中，為提升其制動的穩定性，應用基于模糊控制的制動控制系統，設計基于模糊邏輯的并聯式混合動力汽車能量控制系統，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與正常行駛時的能量控制系統，明確能量回饋制動系統的輸入輸出關系，優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智能控制方法，模糊控制的知識模型中，主要構成是由一組模糊推理而產生的規則，這樣可以方便專家的經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，通過制訂發動機和驅動電機之間的分配策略，可以優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則，在多輸入多輸出（MIMO）系統中，根據前提條件構成直積空間的模糊集合；模糊控制中的T-S模糊模型，就是根據系統狀態變化量函數以及輸入變量函數，將其作為i-fthen模糊規則后件，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

在并聯式混合動力汽車制定控制系統設計中，應用模糊控制模式，不僅可以有效提升并聯式混合動力汽車的整體性能，也有助于協調控制并聯式混合動力汽車的內燃機驅動系統與電機驅動系統。在并聯式混合動力汽車運行中，由于其包含著多種的運行狀態，并且其內燃機、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生改變。混合動力汽車制動，不僅包含內燃機被控對象、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雜性，在汽車制動控制中，設計基于模糊控制的制動控制系統，不僅可以簡化整車控制結構，也可以優化變臉是混合汽車制動控制性能，在實際應用中發揮巨大作用。

3并聯式混合動力汽車控制系統設計實踐

3.1基于模糊控制的制動分配問題

在并聯式汽車制動控制系統設計中，為有效控制液壓制動與電機制動間的相互關系，應用模糊控制理論，設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置為零；當制動減速度在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，可以根據電池的電壓、電流以及SOC值等參數，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系。在汽車制動控制系統中，可以根據能量回收制動力矩的變化特性，提供出相應變化液壓制動力矩，不僅可以保證并聯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模型

在模糊控制的并聯式混合動力汽車控制系統設計中，設計多自由度的車輛動力學模型，不僅要考慮到汽車的縱向車輪轉動，還應該考慮懸架系統影響以及空氣阻力、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，設計出汽車動力模型。

3.3設計汽車的制動系統模糊控制器

在并聯式混合動力汽車的制動控制系統設計中，為保證在制動系統能保持駕駛員舒適性前提下，實現能量回收制動力矩與液壓制動力矩的合理分配，可以應用模糊控制理論，在其模糊控制器設計中，可以分成制動力矩調整任務部分，與制動力矩工作分配量部分來逐個實現。汽車制動系統中的滑移率模糊控制器結構圖如下圖2中所示：

圖2滑移率模糊控制器結構圖

在第一部分實現中，將目標滑移率作為控制目標的方法，不僅穩定、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；第二部分實現中，在調整制汽車總動力矩基礎上，應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的最大制動力矩，計算分析模糊控制器內輸入滑移率與目標滑移率的變化，以及分析輸出制動力矩變化量，得出制動控制力矩。在模糊控制器設計中，還需要據駕駛員實際需求制動力矩與調整后的制動力矩，通過整車控制器對其進行重新分配，從而可以調整制動力矩幅度，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進行仿真測試，可以在MATLAB/Simulink環境下，對汽車的制動控制策略進行仿真分析，分析研究并聯式混合動力汽車制動控制系統的穩定性與魯棒性，強化對緊急制動下的車輛穩定性，車輛動能及回收電能進行分析，對車輛進行輕度制動仿真分析，測試汽車輪速與車速是否完全吻合，有沒有發生車輪抱死的現象，并分析汽車在制動過程中回收的電能。其次，對并聯式混合動力汽車制動控制系統進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，當汽車制動中的實際滑移率遠比目標滑移率大時，為了防止車輪發生抱死情況發生，盡快消除誤差，可以快速減小車輪的制動力矩；當汽車制動控制系統中其目標滑移率誤差有減小趨勢，為防止制動控制系統超調，可以在滿足加快達到目標值速度前提下，適當減小汽車的制動控制力矩；當汽車的實際滑移率遠遠小于目標滑移率的時候，表明車輛制動控制系統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進行仿真分析，當汽車在路面緊急制動中，并沒有發生車輪抱死情況，汽車的車速與輪速也處于基本吻合狀態，汽車在制動中的穩定性

較好。

4結語

綜上所述，在并聯式混合動力汽車制動控制系統設計中應用模糊控制模式，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同工作，避免制動過程中發生車輪抱死情況，具有良好的路面適應性，提升汽車制動控制系統的有效性與穩定性。

參考文獻

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