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(shù)，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(shù)是目前混合動力汽車制造商廣泛采用的一項技術(shù)，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(dāng)前的混合動力汽車大都采用電、液制

2、動相結(jié)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(guān)鍵性技術(shù)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(yīng)用。 制動控制策略的設(shè)計是混合動力汽車制動控制系統(tǒng)開

3、發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是一個涉及復(fù)雜問題決策和非線性時變系統(tǒng)控制的復(fù)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(xué)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(shè)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(shè)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(xué)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(guān)系到制動控制器的開發(fā)效率和精度。制動系統(tǒng)動力學(xué)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(jié)合的方法，其中對輪胎非穩(wěn)態(tài)半經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃突贏BS液壓調(diào)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(yīng)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(jié)果都表明文中建立的制動系統(tǒng)動力學(xué)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(xué)模型的基礎(chǔ)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(chǔ)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(shè)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(xì)且以實用化為目標(biāo)的算法設(shè)計，在對制動控制系統(tǒng)深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)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(jié)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(diào)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(chǔ)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(shè)計，設(shè)

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(diào)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(jié)果進行了對比分析。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(shù)在混合動力汽車制動控制系統(tǒng)上的實際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。 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(shè)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(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與仿真結(jié)果非常接近，這驗證了制動系統(tǒng)動力學(xué)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