CN109204260B - 电动汽车制动力分配方法 - Google Patents

Abstract

电动汽车制动力分配方法。目前能量回收控制策略主要采用模糊控制器，把电池的荷电状态SOC，总需求制动力，和制动强度作为输入，而输出为再生制动的比例。模糊控制分配策略主要是尽可能让电机提供制动转矩，从而无法保证前、后轮分配曲线满足理想I曲线和ECE法规。本发明包括如下步骤：(1)将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，在根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分，(2)以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动力占前轮制动力的比例。本发明用于电动汽车制动力分配方法。

Description

电动汽车制动力分配方法

技术领域：

本发明涉及一种电动汽车制动力分配方法。

背景技术：

由于现有汽车采用机械摩擦力进行机械制动，而电动汽车则可以通过汽车的惯性驱使电机工作在发电状态，电机在发电状态提供的制动转矩，可以减少一部分机械制动，虽然电机提供的制动转矩不是机械制动，但最终也是车轮轮胎与地面的摩擦力提供电动汽车减速的制动力，目前能量回收控制策略主要采用模糊控制器，把电池的荷电状态SOC，总需求制动力，和制动强度作为输入，而输出为再生制动的比例。模糊控制分配策略主要是尽可能让电机提供制动转矩，从而无法保证前、后轮分配曲线满足理想I曲线和ECE法规。

发明内容：

本发明的目的是克服现有模糊控制器无法保证前、后轮分配曲线满足理想I曲线和ECE法规的问题，提供一种在制动力分配过程中引入滑移率，从制动源头控制既能达到控制的效果又能减少了电机控制的困难的电动汽车制动力分配方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种电动汽车制动力分配方法，该方法包括如下步骤：

(1)将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，在根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分；

(2)以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例，在输出再生制动力之前确定前、后轮摩擦制动力。

所述的电动汽车制动力分配方法，所述的将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，在根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分的具体步骤为：ABCD曲线中，B点为制动强度z＝0.2时，制动力全部由前轮提供的点，C点为理想制动力分配曲线中制动强度z＝0.7的点，D点理想制动力分配曲线中制动强度z＝1的点，在城市路况下，制动强度不大于0.3，后轮在电动汽车制动时按固定比例分配制动力，前轮摩擦制动和再生制动按照模糊算法来分配；

具体分配策略如下：

(1)当0≤z≤0.2时，制动力分配按照AB线划分；

(2)当0.2≤z≤0.7时，制动力分配按照BC线划分；

(3)当0.7≤z时，在紧急制动按照前、后轮固定比例分配，且没有再生制动的参与，与目前电动汽车紧急刹车模式相同，注重人员的安全和电动汽车在紧急制动时驾驶稳定性，故制动力分配按照CD线划分。

所述的电动汽车制动力分配方法，所述的以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例，在输出再生制动力之前确定前、后轮摩擦制动力的具体步骤为：从驱动轮动力学模型出发，忽略空气阻力滚动阻力对电动汽车制动时的影响，简化滑模控制器的复杂性，车轮纵向动力学模型和车轮力矩平衡分别如(3)式和(4)式所示：

F_xb＝mgμ(s)(5)

式中：m为车辆质量；

v为车辆行驶速度；

F_xb为地面制动力；

g为重力加速度；

μ(s)为附着系数；

s为制动时车轮滑移率；

J_w为车轮转动惯量；

w_w为车轮角速度；

w_w＝w_m/i_g，i_g为传动系传动比；

T_bm为驱动轮上电机制动力矩；

r为车轮滚动半径；

由方程(3)～(5)电动汽车制动时车轮动力学模型为：

式中：F_re为预分配再生制动力；

α为调节再生制动力的比例；

f₃＝mgr/J_w

设x₁＝v/r，x₂＝w_w，f₁＝g/r，f₂＝F_rer/J_w，则(6)式可表示如下：

附着系数与滑移率采用双线性模型为：

式中：s_opt为最佳滑移率；

μ_h为峰值附着系数；

μ_g为滑移率是100％时的附着系数；

所述的电动汽车制动力分配方法，所述的以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例的具体过程为：

由(7)式知滑移率用状态变量x₁，x₂表示：

s＝(x₁-x₂)/x₁(9)

对(9)式求二阶导数，并代入(7)式可得：

式中：

所述的电动汽车制动力分配方法，所述的控制器是在滑移率超过期望滑移率时跟踪期望滑移率，定义滑移率误差为e＝s-s_opt，而系统滑模面如下：

式中β为系统带宽，对(11)式求导得：

系统沿滑模面运动的必要条件是

即可得等效控制：

当系统状态处于滑模面之外，要在有限时间内到达滑模面，故选择等速趋近律

得：

满足条件

k为系统参数，ksgn(S)会引起系统抖动，随着k值增大系统抖动越大，但是随着k值减少，系统状态到达滑模面的时间变长故用饱和函数sat(S)来代替sgn(S)，公式(14)式可以替换为：

在(15)式中u范围[0,1]，且e只有大于零，才能输出控制量，控制量u可改写成：

有益效果：

1.本发明前、后轮制动力分配更加合理和科学，模糊控制器输出为再生制动力占前轮制动力的比值，这样是实际前、后轮分配的曲线按照ECE法规。

本发明在原有的模糊控制分配策略上，以滑移率为条件，用滑模控制器来控制，达到电动汽车制动时能量回收和稳定性的双目标要求。

本发明滑移率控制策略相比于模糊控制策略和ADVISOR2002控制策略，更加重视电动汽车在实际路况上行驶情况。

附图说明：

附图1是制动力分配曲线图；

附图2是制动力分配原理图；

附图3是CYC_UDD工况图；

附图4是滑模控制策略、模糊控制策略和ADVISOR2002本身控制策略下荷电状态图；

附图5是CYC_BUSKTE工况图；

附图6是滑模控制策略图；

附图7是模糊控制策略图；

附图8是低附着路面下滑移率曲线图；

具体实施方式：

实施例1：

一种电动汽车制动力分配方法，该方法包括如下步骤：

(1)将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，在根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分；

(2)以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例，在输出再生制动力之前确定前、后轮摩擦制动力。

实施例2：

根据实施例1所述的电动汽车制动力分配方法，所述的将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，在根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分的具体步骤为：ABCD曲线中，B点为制动强度z＝0.2时，制动力全部由前轮提供的点，C点为理想制动力分配曲线中制动强度z＝0.7的点，D点理想制动力分配曲线中制动强度z＝1的点，在城市路况下，制动强度不大于0.3，后轮在电动汽车制动时按固定比例分配制动力，前轮摩擦制动和再生制动按照模糊算法来分配；

具体分配策略如下：

(1)当0≤z≤0.2时，制动力分配按照AB线划分；

(2)当0.2≤z≤0.7时，制动力分配按照BC线划分；

(3)当0.7≤z时，在紧急制动按照前、后轮固定比例分配，且没有再生制动的参与，与目前电动汽车紧急刹车模式相同，注重人员的安全和电动汽车在紧急制动时驾驶稳定性，故制动力分配按照CD线划分。

实施例3：

根据实施例1或2所述的电动汽车制动力分配方法，所述的以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例，在输出再生制动力之前确定前、后轮摩擦制动力的具体步骤为：从驱动轮动力学模型出发，忽略空气阻力滚动阻力对电动汽车制动时的影响，简化滑模控制器的复杂性，车轮纵向动力学模型和车轮力矩平衡分别如(3)式和(4)式所示：

F_xb＝mgμ(s)(5)

式中：m为车辆质量；

v为车辆行驶速度；

F_xb为地面制动力；

g为重力加速度；

μ(s)为附着系数；

s为制动时车轮滑移率；

J_w为车轮转动惯量；

w_w为车轮角速度；

w_w＝w_m/i_g，i_g为传动系传动比；

T_bm为驱动轮上电机制动力矩；

r为车轮滚动半径；

由方程(3)～(5)电动汽车制动时车轮动力学模型为：

式中：F_re为预分配再生制动力；

α为调节再生制动力的比例；

设x₁＝v/r，x₂＝w_w，f₁＝g/r，f₂＝F_rer/J_w，f₃＝mgr/J_w，则(6)式可表示如下：

附着系数与滑移率采用双线性模型为：

式中：s_opt为最佳滑移率；

μ_h为峰值附着系数；

μ_g为滑移率是100％时的附着系数；

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的电动汽车制动力分配方法，所述的以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为减少再生制动的比例的具体过程为：

由(7)式知滑移率用状态变量x₁，x₂表示：

s＝(x₁-x₂)/x₁(9)

对(9)式求二阶导数，并代入(7)式可得：

式中：

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的电动汽车制动力分配方法，所述的控制器是在滑移率超过期望滑移率时跟踪期望滑移率，定义滑移率误差为e＝s-s_opt，而系统滑模面如下：

式中β为系统带宽，对(11)式求导得：

系统沿滑模面运动的必要条件是

即可得等效控制：

当系统状态处于滑模面之外，要在有限时间内到达滑模面，故选择等速趋近律

得：

满足条件

k为系统参数，ksgn(S)会引起系统抖动，随着k值增大系统抖动越大，但是随着k值减少，系统状态到达滑模面的时间变长故用饱和函数sat(S)来代替sgn(S)，公式(14)式可以替换为：

在(15)式中u范围[0，1]，且e只有大于零，才能输出控制量，控制量u可改写成：

第一部分进行电动汽车在城市工况下的回收能力，主要测试电池SOC和回收能量的实验，第二部分进行电动汽车在低附着系数路面稳定性试验，主要测试汽车的滑移率和再生制动力的实验；

如图3所示是CYC_UDDS工况，CYC_UDDS城市道路循环工况主要用来测试该策略的能量回收能力，为了真实的模拟出电动汽车在城市工况下的行驶数据，选用频繁制动且制动强度大小不同的CYC_UDDS城市道路循环工况，在该城市工况下，滑模控制策略、模糊控制策略和ADVISOR2002本身控制策略下荷电状态SOC和整车的能量情况分别如图4和表1所示：

表1

纯电动汽车模型使用滑移率控制策略相比于模糊控制策略，车载电池组回收能量降低了3.1％，但相比于ADVISOR本身控制策略回收能量提高了4.1％，电动汽车在低附着系数路面上行驶速度较低，而且汽车的制动力有限，且大部分是由再生制动提供，在CYC_BUSKTE工况中，汽车行驶速度较低，制动强度较小。具体工况图如图5所示：

滑模控制策略的图6与仅采用模糊控制策略的图7相比，再生制动力略有减少，对整车的能量回收系统而言影响较小。特别在低附着路面行驶车辆防止车轮抱死尤为重要；

从图8所示，滑模控制策略能有效的控制仿真车辆的滑移率，在冰、雪等低附着系数路面使滑移率控制系统处于稳定。此时虽牺牲了少部分再生制动力，换来滑模控制策略控制的滑移率处于0.2以下，有力保证了行驶车辆的驾驶稳定性，从而保证驾驶者和乘坐者的生命安全，因为模糊控制虽参考制动强度和电池的荷电状态SOC和制动力，但核心还是尽可能的分配再生制动力，现实情况性还要考虑车轮抱死的情况，特别是在低附着系数路面滑移率控制对制动力分配有较大影响，从能量回收效率和车轮的滑移率两方面仿真结果分析，以滑移率为目标的滑模控制，电动汽车在冰、雪路面达到预期的效果。

Claims (1)

1.一种电动汽车制动力分配方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

(1)将制动强度z划分为0≤z≤0.2，0.2≤z≤0.7，0.7≤z三个范围，再根据具体的范围对前后轮制动力进行具体曲线的划分；

在理想制动力曲线中，取A、B、C、D四点构成曲线ABCD，其中，A点为的制动强度z＝0的点，B点为制动强度z＝0.2时，制动力全部由前轮提供的点，C点为制动强度z＝0.7时，前后轮按照固定比例分配的点，D点为制动强度z＝1的点；在城市路况下，制动强度不大于0.3，后轮在电动汽车制动时按固定比例分配制动力，前轮摩擦制动和再生制动按照模糊算法来分配；

具体分配策略如下：

当0≤z≤0.2时，制动力分配按照AB线划分；

当0.2≤z≤0.7时，制动力分配按照BC线划分；

当0.7≤z时，在紧急制动按照前、后轮固定比例分配，且没有再生制动的参与，制动力分配按照CD线划分；

(2)以滑移率为输入的滑模控制器，输出量为调节再生制动力的比例，在输出再生制动力之前确定前、后轮摩擦制动力，具体包括如下步骤：

从驱动轮动力学模型出发，忽略空气阻力滚动阻力对电动汽车制动时的影响，车轮纵向动力学模型和车轮力矩平衡分别如(3)式和(4)式所示：

F_xb＝mgμ(s) (5)

式中：m为车辆质量；v为车辆行驶速度；F_xb为地面制动力；g为重力加速度；μ(s)为附着系数；s为制动时车轮滑移率；J_w为车轮转动惯量；w_w为车轮角速度；w_w＝w_m/i_g，i_g为传动系传动比；T_bm为驱动轮上电机制动力矩；r为车轮滚动半径；

由方程(3)～(5)得到电动汽车制动时车轮动力学模型为：

式中：F_re为预分配再生制动力；α为调节再生制动力的比例；设x₁＝v/r，x₂＝w_w，f₁＝g/r，f₂＝F_rer/J_w，f₃＝mgr/J_w则(6)式可表示如下：

附着系数与滑移率采用双线性模型为：

式中：s_opt为最佳滑移率；μ_h为峰值附着系数；μ_g为滑移率是100％时的附着系数；

由(7)式知滑移率用状态变量x₁，x₂表示：

s＝(x₁-x₂)/x₁ (9)

对(9)式求二阶导数，并代入(7)式可得：

式中：

定义滑移率误差为e＝s-s_opt，而系统滑模面如下：

式中β为系统带宽，对(11)式求导得：

系统沿滑模面运动的必要条件是

即可得等效控制：

当系统状态处于滑模面之外，要在有限时间内到达滑模面，故选择等速趋近律

得：

满足条件

k为系统参数，ksgn(S)会引起系统抖动，随着k值增大系统抖动越大，但是随着k值减少，系统状态到达滑模面的时间变长故用饱和函数sat(S)来代替sgn(S)，公式(14)式可以替换为：

在(15)式中u范围[0,1]，且e只有大于零，才能输出控制量，控制量u可改写成：

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