油電混合動(dòng)力汽車制動(dòng)方法的研究

王媛波，胡巧言，王鶴澄

沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院，遼寧沈陽　110016

油電混合動(dòng)力汽車制動(dòng)方法的研究

王媛波，胡巧言，王鶴澄

沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院，遼寧沈陽110016

新能源汽車是目前汽車發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域，其目的是為了節(jié)約不可再生資源和減少大氣污染，目前油電混合動(dòng)力汽車的開發(fā)與生產(chǎn)已成為能源汽車的發(fā)展重點(diǎn)。本文著眼點(diǎn)在油電混合動(dòng)力汽車的制動(dòng)能源的回收與利用，其加大了油電混合動(dòng)力汽車在能源再利用方面的力度，使整車的能耗更低，污染更少。本文采用模糊控制理論根據(jù)車速與制動(dòng)要求合理分配機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)比例，以實(shí)現(xiàn)在汽車制動(dòng)時(shí)合理兼顧制動(dòng)可靠性與制動(dòng)能源的回收2方面要求。

油電混合動(dòng)力汽車；再生制動(dòng)；模糊控制

隨著能源危機(jī)加劇與地球環(huán)境的惡化，作為耗能大戶的汽車近年來生產(chǎn)量與普及率都在大增，生產(chǎn)出更節(jié)能的油電混合汽車就成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。一方面油電混合動(dòng)力汽車可采用多動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，減少汽油的消耗與其產(chǎn)生的污染；另一方面可實(shí)現(xiàn)能量流的多樣化回收，實(shí)現(xiàn)能量的再利用。本文將以混合動(dòng)力汽車為背景，重點(diǎn)介紹制動(dòng)能量回收的方案，包括如何進(jìn)行電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的分配問題，并采用模糊控制方法的實(shí)現(xiàn)。

1　制動(dòng)方案簡(jiǎn)介

汽車節(jié)能降耗的一個(gè)重要方面就是制動(dòng)能量的回收，而制動(dòng)對(duì)整車的安全性起著至關(guān)重要的作用，如何兼顧二者是車輛控制研究的重要課題。

傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)靠磨擦實(shí)現(xiàn)其制動(dòng)，產(chǎn)生的熱能無法回收，損耗很大。油電混合動(dòng)力汽車能夠節(jié)能的原因之一就是在于其制動(dòng)時(shí)采用再生制動(dòng)，而再生的電能又可再次用于汽車的驅(qū)動(dòng)。此方法之所以被提上日程便是因?yàn)殡姍C(jī)的可逆性，即電機(jī)既可做電動(dòng)機(jī)使用將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，又可做發(fā)電機(jī)使用將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。目前的研究還處于探索階段，下面將其可能性做以分析。

2　制動(dòng)方案確定

據(jù)相關(guān)研究在城市公路中車輛頻繁制動(dòng)時(shí)理論可回收的慣性能量約48%，考慮回收的能量沒經(jīng)過一個(gè)部件，就有一定能量的損耗，在不損害電池的前提下，最終只有輪胎處5%的制動(dòng)能量能回饋到電池處，因此提高回收能量能力，降低能量傳輸損耗，成為目前制動(dòng)節(jié)能研究的熱點(diǎn)。

考慮到汽車制動(dòng)的可靠性問題，油電混合動(dòng)力汽車應(yīng)采用復(fù)合制動(dòng)方式——再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)相結(jié)合的方法。兩種制動(dòng)在整個(gè)制動(dòng)過程中應(yīng)合理分配，其整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)可以有由3個(gè)部分組成：1）輸入部分：制動(dòng)踏板的行程信號(hào)；2）控制部分：利用動(dòng)力傳動(dòng)及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的核心部分；3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：摩擦制動(dòng)系統(tǒng)與再生制動(dòng)系統(tǒng)。

3　制動(dòng)控制方法

3.1方法的選擇

考慮汽車在城市工況下制動(dòng)頻繁，制動(dòng)程度較低的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)定當(dāng)較低強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先采用再生制動(dòng)；中等強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，采用復(fù)合制動(dòng)；較高強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)飽和后的其他制動(dòng)由摩擦制動(dòng)全部承擔(dān)。

如何將這幾種制動(dòng)情況合理安排實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過程中能量回收，可以采用模糊邏輯控制為手段。模糊控制的實(shí)質(zhì)是一種非線性控制，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化智能電器的控制。

模糊控制的優(yōu)點(diǎn)就是采用語言性控制規(guī)則，設(shè)計(jì)中無需精確地?cái)?shù)學(xué)模型——這大大降低了建模的難度與不準(zhǔn)確性，尤其是汽車制動(dòng)的模型因車而異，更是難以確定，所以采用模糊控制是一種非常可行的控制方法。

3.2方法的實(shí)施

模糊控制的輸入量為車速和制動(dòng)踏板的行程變化率，所謂的制動(dòng)踏板的行程變化率即為踩踏制動(dòng)踏板的速度，它體現(xiàn)了使用者對(duì)汽車制動(dòng)強(qiáng)度的需求[2]。設(shè)定模糊子集為：E（速度）={高，中，低}E（踏板行程變化率）={快，中，慢}

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，對(duì)車速和制動(dòng)踏板行程的變化率設(shè)定的隸屬函數(shù)[1]。滑行時(shí)模糊控制器采用Sugeno推理，輸出的模糊子集與論域?yàn)镸f={T1,T2,T3, T4,T5}=(0.2,0.4,0.6,0.75,1)。為實(shí)現(xiàn)整車的安全性與舒適性，并盡可能更多地回收能量，總結(jié)如下的模糊規(guī)則表。

表1　模糊規(guī)則表

由于以前的輸出控制量是個(gè)模糊量，而實(shí)際控制量為確切量，因此可采用如下公式將模糊控制量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)用電機(jī)發(fā)電扭矩T的確切量：

4　結(jié)論

本文討論了再生制動(dòng)在城市工況下頻繁制動(dòng)過程中制動(dòng)能量回收的過程，此方法即可減少機(jī)械制動(dòng)對(duì)剎車片的磨損，又可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的再利用。文中還利用經(jīng)驗(yàn)法，依托模糊控制理論為手段，制定了優(yōu)化的制動(dòng)能量回收策略，該策略合理考慮了機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)的分配，具有一定的可行性。對(duì)于該方法的研究在進(jìn)一步使用過程中可因車型而異制定不同的經(jīng)驗(yàn)隸屬函數(shù)。

［1］馬其貞，基于制動(dòng)意圖識(shí)別的制動(dòng)能量回收控制算法研究［M］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.

［2］高陽，杜萍.淺談皮卡汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)［C］//第十屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊(cè)），沈陽：沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2013.

U46

A

1674-6708（2016）166-0161-01

王媛波，講師，沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院，研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。胡巧言，沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院。王鶴澄，沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院。