基于模糊控制的并联式混合动力汽车制动控制系统

黄潮

摘要：在混合动力汽车制动过程中，针对其机械制动力同电再生制动力分配问题，不仅要确保其可以在制动稳定区间内，回收最多的制动能量，同时也应该提升制动控制水平。在并联式混合动力汽车制动控制中，应用T-S模糊模型和MATLAB模糊控制工具箱，设计基于模糊控制的并联式制动控制系统，不仅有利于简化控制系统结构，也有利于提升汽车制动效率。

关键词：模糊控制；并联式；汽车制动控制系统；混合动力

中图分类号：U469文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0027-02

在并联式混合动力汽车制动控制中，为提升其制动的稳定性，应用基于模糊控制的制动控制系统，设计基于模糊逻辑的并联式混合动力汽车能量控制系统，使用T-S模糊控制模型，并将其分为能量回馈制动控制系统与正常行驶时的能量控制系统，明确能量回馈制动系统的输入输出关系，优化机器制动控制性能。以下本篇对此做具体介绍。

1模糊控制理论概述

在模糊控制中，就是以模糊集合论、模糊逻辑推理、模糊语言变量作为基础智能控制方法，模糊控制的知识模型中，主要构成是由一组模糊推理而产生的规则，这样可以方便专家的经验知识能够及时的加入到知识模型之中。模糊逻辑适合用于制订分配策略，通过制订发动机和驱动电机之间的分配策略，可以优化汽车制动控制性能。且在模糊控制中，其模糊推理就是针对模糊控制规则，在多输入多输出（MIMO）系统中，根据前提条件构成直积空间的模糊集合；模糊控制中的T-S模糊模型，就是根据系统状态变化量函数以及输入变量函数，将其作为i-fthen模糊规则后件，不仅可以描述模糊控制器，也能够描述被控对象。

2模糊控制在汽车制动控制中的意义

在并联式混合动力汽车制定控制系统设计中，应用模糊控制模式，不仅可以有效提升并联式混合动力汽车的整体性能，也有助于协调控制并联式混合动力汽车的内燃机驱动系统与电机驱动系统。在并联式混合动力汽车运行中，由于其包含着多种的运行状态，并且其内燃机、电动机的工作模式，也会在混合动力汽车运行过程中不断发生改变。混合动力汽车制动，不仅包含内燃机被控对象、电动机被控对象还包括电池等被控对象，控制难度较大，故此，针对混合动力汽车运行的复杂性，在汽车制动控制中，设计基于模糊控制的制动控制系统，不仅可以简化整车控制结构，也可以优化变脸是混合汽车制动控制性能，在实际应用中发挥巨大作用。

3并联式混合动力汽车控制系统设计实践

3.1基于模糊控制的制动分配问题

在并联式汽车制动控制系统设计中，为有效控制液压制动与电机制动间的相互关系，应用模糊控制理论，设计制动力矩分配策略，可以有效解决汽车制动分配的问题。对于并联式混合动力电动汽车制动的力矩分配问题，给出不同能量回收的制动控制策略，当汽车的制动减速度小于1.0m/s2（0.10g）时，可以只做能量回收制动作用，将控制策略作用下液压制动力矩设置为零；当制动减速度在1.0m/s2以上时，可以施加液压制动力矩。汽车制动力矩分配如下图1中所示：

图1制动力矩分配图示

在模糊控制的汽车制动控制系统中，在制动开始后，可以制动控制器踏板的下行幅度、踏板速度以及踏板加速度，判断出汽车驾驶员的制动意图，明确是要紧急制动还是要正常制动，同时还需要确定制动力矩大小，给汽车控制器制动力矩信息，可以根据电池的电压、电流以及SOC值等参数，分析计算车轮制动能量回收力矩和车轮制动液压力矩的比例关系。在汽车制动控制系统中，可以根据能量回收制动力矩的变化特性，提供出相应变化液压制动力矩，不仅可以保证并联式混合动力汽车制动效果，同时也能提升驾驶员的工作舒

适度。

3.2建立混合动力汽车动力学模型

在模糊控制的并联式混合动力汽车控制系统设计中，设计多自由度的车辆动力学模型，不仅要考虑到汽车的纵向车轮转动，还应该考虑悬架系统影响以及空气阻力、轮胎滚动阻力对汽车制动的影响。将车辆总质量、纵向加速度、地面纵向制动力、纵向空气阻力以及滚动阻力等，设计出汽车动力模型。

3.3设计汽车的制动系统模糊控制器

在并联式混合动力汽车的制动控制系统设计中，为保证在制动系统能保持驾驶员舒适性前提下，实现能量回收制动力矩与液压制动力矩的合理分配，可以应用模糊控制理论，在其模糊控制器设计中，可以分成制动力矩调整任务部分，与制动力矩工作分配量部分来逐个实现。汽车制动系统中的滑移率模糊控制器结构图如下图2中所示：

图2滑移率模糊控制器结构图

在第一部分实现中，将目标滑移率作为控制目标的方法，不仅稳定、可靠，同时也可以将制动过程中的车轮滑移率控制在最佳值范围；第二部分实现中，在调整制汽车总动力矩基础上，应用滑移率模糊控制器，完成对液压制动力矩与能量回收制动力矩的动态分配控制。在汽车的制动力矩分配模糊控制器中，针对总的制动力矩需求，以及液压制动力矩、某一时刻电机制动系统的最大制动力矩，计算分析模糊控制器内输入滑移率与目标滑移率的变化，以及分析输出制动力矩变化量，得出制动控制力矩。在模糊控制器设计中，还需要据驾驶员实际需求制动力矩与调整后的制动力矩，通过整车控制器对其进行重新分配，从而可以调整制动力矩幅度，确定制动力矩的变化率。

3.4仿真计算

对于汽车制定模糊控制系统进行仿真测试，可以在MATLAB/Simulink环境下，对汽车的制动控制策略进行仿真分析，分析研究并联式混合动力汽车制动控制系统的稳定性与鲁棒性，强化对紧急制动下的车辆稳定性，车辆动能及回收电能进行分析，对车辆进行轻度制动仿真分析，测试汽车轮速与车速是否完全吻合，有没有发生车轮抱死的现象，并分析汽车在制动过程中回收的电能。其次，对并联式混合动力汽车制动控制系统进行紧急制动仿真分析，观察汽车制动特性曲线，采取制动控制策略，当汽车制动中的实际滑移率远比目标滑移率大时，为了防止车轮发生抱死情况发生，尽快消除误差，可以快速减小车轮的制动力矩；当汽车制动控制系统中其目标滑移率误差有减小趋势，为防止制动控制系统超调，可以在满足加快达到目标值速度前提下，适当减小汽车的制动控制力矩；当汽车的实际滑移率远远小于目标滑移率的时候，表明车辆制动控制系统并没有充分利用路面的附着条件，故此可以快速增加车辆制动控制力矩。对车辆制动控制系统进行仿真分析，当汽车在路面紧急制动中，并没有发生车轮抱死情况，汽车的车速与轮速也处于基本吻合状态，汽车在制动中的稳定性

较好。

4结语

综上所述，在并联式混合动力汽车制动控制系统设计中应用模糊控制模式，不仅可以确保混合动力电动汽车的电/液制动系统的制动安全性，也可以确保液压制动力矩与能量回收制动力矩协同工作，避免制动过程中发生车轮抱死情况，具有良好的路面适应性，提升汽车制动控制系统的有效性与稳定性。

参考文献

[1] 苑绍志．轻型机械自动变速越野汽车牵引力控制系统

 研究[D]．吉林大学，2012.

[2] 杨树凯．橡胶衬套对悬架弹性运动与整车转向特性影

 响的研究[D]．吉林大学，2011.