電動汽車模糊識別制動強度控制設計及分析

王 雪，郇慶婷，冀夢甜

(1.黃河交通學院 機電工程學院,河南 焦作 454950;2.河南省智能制造技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心,河南 焦作 454950)

對于電動汽車控制過程來說,復合制動屬于一項獨特控制模式,可以為制動過程提供更高制動能力,也可以進行收制過程的動能回收,從而獲得更長的車輛行駛路程,從而滿足復雜工況制動需求[1-2]。

綜合運用ABS制動方式時還存在許多缺陷需要克服,并且會引起系統(tǒng)復雜程度的增加,難以滿足實車試樣要求[3]。進行制動工作模式切換時通常是以車輪滑移率作為判斷依據(jù),該方法可有效防止車輪抱死的問題,但設置太小的滑移率切換參數(shù)時將會對制動能量的回收造成較大制約,太大時則會影響制動性能[4-5]。此外可以對路面附著系數(shù)進行實時監(jiān)測,由此判斷路面實時最佳滑移率,根據(jù)以上方式控制滑移率除了可以獲得更高制動效能以外還可以更高效回收制動能量[6]。

根據(jù)以上研究結(jié)果,本文結(jié)合不同路面附著系數(shù)下的制動強度來實現(xiàn)制動工作模式的切換過程,并在上述切換過程中設置了復合制動模式。以AMEsim/Simulink構(gòu)建復合制動模型對不同行駛工況開展仿真分析,以此驗證復合制動策略的可靠性。

1 復合制動控制

結(jié)合制動踏板的信號變化計算制動作用力[7]。通過復合制動的方式使前后軸獲得制動載荷,調(diào)節(jié)車輪電機和機械制動載荷的比例。

利用Simulink構(gòu)建模糊控制系統(tǒng),以踏板位移變化率作輸入,以制動意圖作為輸出。利用x表示踏板位移,取值區(qū)間[0,1],{VS,S,M,B,VB}是模糊語言變量。利用dx代表位移變化率,取值介于[-10,10],在{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}范圍內(nèi)進行模糊語言選擇。設置制動意圖區(qū)間[0,3],將其表示成YITU,將模糊語言變量設定成{S,M,B}。以Z代表制動強度,對應區(qū)間是[0,1],設置模糊語言變量{VS,S,M,B,VB},建立三角函數(shù)計算隸屬度。根據(jù)表1參數(shù)設置模糊推理規(guī)則。

表1 制動模糊推理規(guī)則表

將制動過程分成常規(guī)和復合兩種制動方式。其中,常規(guī)制動方式被用于傳統(tǒng)車輛,只提供液壓控制與ABS兩種工作模式[8]。選擇制動模式需根據(jù)制動載荷、轉(zhuǎn)向角、路面附著系數(shù)進行綜合分析[9]。再根據(jù)閾值判斷車輛的轉(zhuǎn)向情況。如果車輪轉(zhuǎn)角低于閥值參數(shù)可推斷車輛處于直線運行狀態(tài);如果轉(zhuǎn)角比控制閥值更大時可以判斷車輛處于轉(zhuǎn)向過程中。在車輛產(chǎn)生轉(zhuǎn)向偏差的情況下,可利用差動制動方式來獲得更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向控制效果。

當汽車沿低附著路面行駛過程中發(fā)生轉(zhuǎn)彎時,較易出現(xiàn)與原行駛軌跡之間的偏差[10]。為確保汽車能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎過程,通過差動調(diào)節(jié)實現(xiàn)可靠的轉(zhuǎn)向控制目標,并依據(jù)輪胎的滑移率分析不同的轉(zhuǎn)彎方向。

2 構(gòu)建仿真模型

為本測試系統(tǒng)設置以下參數(shù):滿載800 kg;軸距離2.5 m;質(zhì)心坐標0.576 m;前軸相對質(zhì)心的間距保持1.42 m;后軸與質(zhì)心間距1.16 m;控制電機運行過程的額定功率2 kW,峰值功率9 kW。

通過MATLAB/Simulink來共同構(gòu)建制動模型,利用AMEsim進行復合系統(tǒng)運行控制。圖1是建立得到的仿真模型。

圖1 聯(lián)合仿真數(shù)學模型

3 仿真分析

3.1 對開路面制動仿真

進行仿真測試時將路面左、右側(cè)附著系數(shù)依次設定在0.2與0.7,初始速度8.2 m/s,再控制制動強度為0.35,到達2.6 s時車速降為0。在上述強度下實施制動控制時,保證時間為安全范圍,測試結(jié)果見圖2與圖3所示。

圖2 滑移率曲線

圖3 制動力矩曲線

根據(jù)以上測試結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn),左右側(cè)車輪保持同樣的制動力,而滑移率則存在顯著區(qū)別。這主要是由于左側(cè)路面的附著系數(shù)較小,需通過ABS系統(tǒng)進行控制來獲得最優(yōu)滑移率。右側(cè)路面具備更大附著系數(shù),不必對滑移率進行調(diào)節(jié)便可使其達到很低的程度。

3.2 轉(zhuǎn)彎工況制動仿真

對附著系數(shù)為0.4路面仿真,控制轉(zhuǎn)彎速率為20 m/s,圖4是對前輪轉(zhuǎn)向角測試結(jié)果。根據(jù)圖4可知,前輪轉(zhuǎn)向角呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢,并在3 s附近達到15°,之后保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)向角,基本接近15°。

圖4 前輪轉(zhuǎn)角

圖5給出了左后輪仿真測試得到的滑移率結(jié)果。圖6則是不同條件下的橫擺角速度曲線。圖5是對調(diào)節(jié)前后的左后輪滑移率測試數(shù)據(jù)。控制左后輪達到更小滑移率和制動載荷,確保獲得與目標橫擺角速度相近的實際值。根據(jù)圖6可知,橫擺角速度的實際值跟前輪轉(zhuǎn)角之間呈線性變化。根據(jù)左后輪滑移率,適當減小制動力矩,獲得接近目標值的橫擺角速度。

圖5 左后輪滑移率

圖6 橫擺角速度曲線

4 結(jié)論

本文設計了電動汽車模糊識別制動強度控制,并開展對開路面和轉(zhuǎn)彎工況制動仿真分析,取得如下有益結(jié)果:

1) 對開路面制動仿真得到,到達2.6 s時車速降為0,確保時間處于安全區(qū)間內(nèi)。左右側(cè)車輪保持同樣的制動力,滑移率則存在顯著區(qū)別。

2) 轉(zhuǎn)彎工況制動仿真得到,前輪轉(zhuǎn)向角呈現(xiàn)持續(xù)上升,并在3 s附近達到15°,之后保持穩(wěn)定的15°轉(zhuǎn)向角。通過減小左后輪滑移率與制動力,獲得與目標橫擺角速度相近的實際值。