CN114734970A - 基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统,包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面附着系数辨识单元、路面最佳滑移率识别单元、区间三型模糊逻辑ABS控制器、整车控制器VCU、四个液压制动执行机构、四个轮毂电机及四个电机控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i,同时区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对电液复合制动系统进行制动防抱死力矩分配,并输出理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i到整车控制器VCU。本发明提供了一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统及方法,用于增强传统模糊逻辑建模和抵抗外部干扰的能力,提高滑移率控制精度和效果,保证制动安全性。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车制动防抱死系统(anti-lock braking system,ABS)控制技术领域,尤其是涉及一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统及方法。
背景技术
随着现代汽车工业发展中出现的环境、能源等问题,相对于传统汽车,电动汽车越来越收到重视与大力支持。在多种驱动形式的电动汽车中,分布式电动汽车由于其搭载的轮毂电机能够独立的实现汽车驱动、制动功能收到广泛青睐。由于轮毂电机的驱动、制动特性,使其可以在汽车减速过程中利用再生制动系统进行制动能量回收,提高动力电池的续航能力。这种特性赋予了分布式电动汽车能够利用电液复合制动系统实现制动功能的特点。
制动防抱死技术是现代汽车主动安全技术必不可少的组成之一,它可以保证汽车在紧急制动时的操纵能力和缩短制动距离来保证制动安全性。制动防抱死控制算法是实现良好滑移率控制的关键技术之一,现代控制理论中广泛应用于ABS中的有较为传统的控制如PID控制、最优控制,滑模控制等,智能控制理论中包括人工神经网络、模糊逻辑、粒子群算法等智能控制算法,其中模糊控制发展较为成熟且不依赖于对象的数学模型,应用于ABS具有较为理想的控制效果,在多种路面上都能确保车轮旋转恢复到稳定区域,有较强的鲁棒性和建模能力。专利号201810820460.7提出一种一型模糊控制的防抱死制动控制方法,基本将滑移率控制在理想滑移率附近,但是其控制算法是基于固定滑移率,在面对多种复杂工况时其控制效果不尽理想。专利申请号202110711674.2提出一种区间二型模糊逻辑制动防抱死控制系统及控制方法,利用二型模糊逻辑增强对ABS系统的描述的改善滑移率控制效果。制动防抱死系统是一种典型的非线性系统,在制动过程中存在大量时变、制动执行机构滞后等不确定信息的特点,此外当汽车处于不同路面时,ABS系统所要控制对象的目标存在差异,即路面最佳滑移率,以及不同路面的峰值附着系数的差异性加重ABS控制中不确定程度。
考虑到分布式驱动电动汽车制动执行机构的特点,在保证ABS制动安全性的前提下利用再生制动系统进行能量回收,现有技术的制动力矩分配策略没有充分考虑路面附着系数、动力电池状态对再生制动制动效果的影响以及制动安全性的保障。
发明内容
针对分布式驱动电动汽车制动防抱死过程中传统模糊逻辑ABS控制在不同制动工况下适应能力较差以及现有电液复合制动力矩分配未充分考虑附着系数、电池核电状态的问题,本发明提供了一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统及方法,用于增强传统模糊逻辑建模和抵抗外部干扰的能力,提高滑移率控制精度和效果,保证制动安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统,包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面附着系数辨识单元、路面最佳滑移率识别单元、区间三型模糊逻辑ABS控制器、整车控制器VCU、四个液压制动执行机构、四个轮毂电机及四个电机控制器,所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和路面附着系数辨识单元连接,所述路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和传感器单元均与区间三型模糊逻辑ABS控制器连接,所述区间三型模糊逻辑ABS控制器与整车控制器VCU连接,所述整车控制器VCU分别与四个液压制动执行机构、四个轮毂电机控制器连接,每个轮毂电机控制器与相应的轮毂电机连接,每个液压制动执行机构均包括一个制动盘、制动钳和制动轮缸,制动轮缸通过制动钳与相应的制动盘连接;液压制动执行机构通过轮缸进/出液电磁阀与整车控制器VCU连接;
所述传感器单元包括用于测量制动踏板位移的踏板位移传感器、用于测量车轮转速的轮速传感器、用于测量汽车速度的车速传感器、用于测量电池荷电状态(state ofcharge,SOC)的SOC传感器,传感器单元将测量的车轮轮速ω、汽车速度v输入到路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算单元输出车轮滑移率λ到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面最佳滑移率识别单元输出路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面附着系数辨识单元将路面附着系数μ输入到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i,同时区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对电液复合制动系统进行制动防抱死力矩分配,并输出理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i到整车控制器VCU,整车控制器VCU通过电信号控制液压制动执行机构产生实际液压制动力矩Th_r,并通过电信号控制电机控制器进而控制轮毂电机产生实际再生制动力矩Tr_r,直至防抱死系统退出工作。
一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制方法,包括以下步骤:
(1)判断制动防抱死功能是否开启
传感器单元采集制动踏板位移d,并输入到整车控制器VCU,同时整车控制器VCU根据汽车速度v、踏板位移d及其变化率判断是否需要开启制动防抱死功能;若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,进行步骤(2);若不需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统不参与工作,进行常规制动方式直至汽车减速停止;
(2)计算理想制动防抱死力矩
若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,传感器单元采集车轮轮速ω、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算公式如下:
式中,R为车轮半径;
计算出每个车轮的车轮滑移率λ,路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd。然后路面附着系数识别单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出路面附着系数μ、车轮滑移率λ和路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i;
所述区间三型模糊逻辑ABS控制器的算法设计步骤如下:
2.1)确定区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量,输出变量及对应的模糊集合
制动防抱死控制目标为车轮滑移率λ,因此选择滑移率误差e=λ-λd及其变化率为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量,输入变量e、的模糊集合分别为其中NE表示负,ZE表示零,PO表示正,理想制动防抱死力矩Tb_i为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输出变量;
2.2)确定模糊控制规则及各个规则激活度
制动防抱死控制的原则是控制车轮滑移率追踪理想滑移率,当车轮滑移率大于理想滑移率时,表示制动力矩过大,需要减小制动力矩来减小车轮滑移率;当车轮滑移率小于理想滑移率时,表示制动力矩过小,需要增大制动力矩来增大车轮滑移率。基于上述原则设计模糊控制规则,
即:如果滑移率误差e为区间三型模糊集合并且滑移率误差变化率为区间三型模糊集合那么输出为y的取值区间为式中,w i为第i条规则后件输出下界,为第i规则后件输出上界,其中i=1,2,……,9;p=1,2,3;q=1,2,3;
2.3)首次模糊降型
针对防抱死控制过程实时性要求高,为简化计算过程,降低理想制动防抱死控制力矩计算时间,首次模糊降型采用直接降型法,计算过程如下:
式中,M为模糊规则数量,M=9;
2.4)二次模糊降型
二次模糊降型计算过程如下:
2.5)解模糊化
解模糊化采用均值法,计算结果如下
式中,kc为比例因子。
(3)分配理想制动防抱死力矩
区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对理想制动防抱死力矩进行分配,制动力矩模糊分配控制器设计步骤如下:
3.1)确定制动力矩模糊分配控制器的类型
采用Mamdani型模糊逻辑控制器;
3.2)确定模糊逻辑制动力矩分配控制器的输入、输出变量及各自对应的模糊论域、模糊集合
当电动汽车制动于附着系数较大的路面且此时电池荷电状态SOC较大,此时地面所能提供的地面制动力矩较大,再生制动发挥优势较弱,因此利用能够提供较大制动力矩的液压制动力能够充分保证制动安全性;当电动汽车制动于附着系数较小的路面且此时电池荷电状态SOC较小,此时地面所能提供的地面制动力矩较小,再生制动力矩发挥优势较强,因此着重利用控制精准、迅速、回收能量的再生制动力矩能够在保证安全性的前提下增强电池续航;为充分考虑路面附着系数μ及电池荷电状态SOC对电液复合制动力矩的影响制动力矩模糊分配控制器的输入为路面附着系数μ与电池荷电状态SOC;路面附着系数μ的模糊论域为[0,1],其对应的模糊集合为A=(PS,PM,PB);电池荷电状态SOC的模糊论域为[0,0.8],其对应的模糊集合为B=(PS,PM,PB)。其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大;制动力矩模糊分配控制器的输出为再生制动制动力矩分配因子kr,kr的模糊论域为[0,1],其对应的的模糊集合为C=(PS,PM,PB),其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大;
3.3)确定制动力矩模糊分配控制器的输入、输出变量各自对应的模糊集合的隶属度函数
路面附着系数μ模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,x1为第一个模糊论域输入变量。
电池荷电状态SOC模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,x2为第二个模糊论域输入变量。
再生制动制动力矩分配因子kr模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,y1为第一个模糊论域输出变量。
3.4)确定制动力矩模糊分配控制器的模糊控制规则
当电动汽车制动于附着系数较大的路面且此时电池荷电状态SOC较大,此时地面所能提供的地面制动力矩较大,再生制动发挥优势较弱,因此利用能够提供较大制动力矩的液压制动力能够充分保证制动安全性;当电动汽车制动于附着系数较小的路面且此时电池荷电状态SOC较小,此时地面所能提供的地面制动力矩较小,再生制动力矩发挥优势较强,因此着重利用控制精准、迅速、回收能量的再生制动力矩能够在保证安全性的前提下增强电池续航;
根据上述原则设计模糊控制规则表达式如下:
rj:Ifμis Ap and SOC is Bq then kr is Co
其中,j=1,2,……,9;p=1,2,3;q=1,2,3;o=1,2,3;即:如果附着系数μ是模糊集合Ap并且电池荷电状态SOC是模糊集合Bq,那么再生制动制动力矩分配因子kr是模糊集合Co;
3.5)制动力矩模糊分配控制器模糊推理及解模糊化
3.6)理想再生制动力矩、理想液压制动力矩具体分配
由制动力矩模糊分配控制器得到的再生制动制动力矩分配因子kr用于分配理想再生制动力矩Tr_i与理想液压制动力矩Th_i,具体分配步骤如下:
若汽车速度v满足v≤10km/h,则理想液压制动力矩Th_i、理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
式中,Tλ=1为车轮滑移率λ等于1时的制动力矩;
若汽车速度v、电池荷电状态SOC满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态SOC,理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态SOC,理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
(4)实施液压制动力矩和再生制动力矩
根据制动力矩模糊分配控制器得到理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i,然后发送电信号到整车控制器VCU,整车控制器VCU根据理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i数值大小发送电信号控制轮缸进/出液电磁阀和电机控制器工作产生相应制动力矩,直至防抱死系统退出工作。
本发明的有益效果主要表现在:
1)本发明针对分布式驱动电动汽车制动防抱死过程中大量非线性、时变、外部不确定信息多重不确定性的特点,利用区间三型模糊逻辑制动防抱死控制算法,提高电动汽车制动防抱死在各种尤其处于复杂工况下的滑移率控制效果;
2)充分考虑到路面附着系数,电池荷电状态对实施再生制动力矩的约束,利用模糊逻辑对电液复合制动力矩进行在线实时分配,实现再生制动与液压制动之间的良好协调控制,既保证制动安全性,同时获得良好的制动能量回收效果。
附图说明
图1为基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统的原理框图。
图2为基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统的工作流程图。
图3为区间三型模糊逻辑ABS控制器的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示,一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统,包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面附着系数辨识单元、路面最佳滑移率识别单元、区间三型模糊逻辑ABS控制器、整车控制器VCU、四个液压制动执行机构、四个轮毂电机及四个电机控制器,所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和路面附着系数辨识单元连接,所述路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和传感器单元均与区间三型模糊逻辑ABS控制器连接,所述区间三型模糊逻辑ABS控制器与整车控制器VCU连接,所述整车控制器VCU分别与四个液压制动执行机构、四个轮毂电机控制器连接,每个轮毂电机控制器与相应的轮毂电机连接,每个液压制动执行机构均包括一个制动盘、制动钳和制动轮缸,制动轮缸通过制动钳与相应的制动盘连接;液压制动执行机构通过轮缸进/出液电磁阀与整车控制器VCU连接。
所述传感器单元包括用于测量制动踏板位移的踏板位移传感器、用于测量车轮转速的轮速传感器、用于测量汽车速度的车速传感器、用于测量电池荷电状态(state ofcharge,SOC)的SOC传感器,传感器单元将测量的车轮轮速ω、汽车速度v输入到路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算单元输出车轮滑移率λ到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面最佳滑移率识别单元输出路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面附着系数辨识单元将路面附着系数μ输入到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i,同时区间三型模糊逻辑ABS控制器基于模糊逻辑对电液复合制动系统进行制动防抱死力矩分配,并输出理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i到整车控制器VCU,整车控制器VCU通过电信号控制液压制动执行机构产生实际液压制动力矩Th_r,并通过电信号控制电机控制器进而控制轮毂电机产生实际再生制动力矩Tr_r,直至防抱死系统退出工作。
一种基于区间三型模糊逻辑复合制动防抱死控制系统工作流程如图2所示,包括以下步骤:
(1)判断制动防抱死功能是否开启
传感器单元采集制动踏板位移d,并输入到整车控制器VCU,同时整车控制器VCU根据汽车速度v、踏板位移d及其变化率判断是否需要开启制动防抱死功能;若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,进行步骤(2);若不需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统不参与工作,进行常规制动方式直至汽车减速停止。
(2)计算理想制动防抱死力矩Tb_i
若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,传感器单元采集车轮轮速ω、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算公式如下:
式中,R为车轮半径。
计算出每个车轮的车轮滑移率λ,路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd。然后路面附着系数识别单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出路面附着系数μ、车轮滑移率λ和路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i。
所述区间三型模糊逻辑ABS控制器的算法设计步骤如下:
2.1)确定区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量,输出变量及对应的模糊集合
制动防抱死控制目标为车轮滑移率λ,因此选择滑移率误差e=λ-λd及其变化率为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量,输入变量e、的模糊集合分别为其中NE表示负,ZE表示零,PO表示正,理想制动防抱死力矩Tb_i为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输出变量。
2.2)确定模糊控制规则及各个规则激活度
制动防抱死控制的原则是控制车轮滑移率追踪理想滑移率,当车轮滑移率大于理想滑移率时,表示制动力矩过大,需要减小制动力矩来减小车轮滑移率;当车轮滑移率小于理想滑移率时,表示制动力矩过小,需要增大制动力矩来增大车轮滑移率。基于上述原则设计模糊控制规则,
即:如果滑移率误差e为区间三型模糊集合并且滑移率误差变化率为区间三型模糊集合那么输出为y的取值区间为式中,w i为第i条规则后件输出下界,为第i规则后件输出上界,其中i=1,2,……,9;p=1,2,3;q=1,2,3;
模糊控制规则参数如表1所示。
表1 模糊控制规则参数
2.3)首次模糊降型
针对防抱死控制过程实时性要求高,为简化计算过程,降低理想制动防抱死控制力矩计算时间,首次模糊降型采用直接降型法,计算过程如下:
式中,M为模糊规则数量,M=9。
2.4)二次模糊降型
二次模糊降型计算过程如下:
2.5)解模糊化
解模糊化采用均值法,计算结果如下
式中,kc为比例因子。
(3)分配理想制动防抱死力矩Tb_i
由步骤(2)得到理想制动防抱死力矩Tb_i后,区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对理想制动防抱死力矩Tb_i进行分配,制动力矩模糊分配控制器设计步骤如下:
3.1)确定制动力矩模糊分配控制器的类型
采用Mamdani型模糊逻辑控制器;
3.2)确定制动力矩模糊分配控制器的输入、输出变量及各自对应的模糊论域、模糊集合
当电动汽车制动于附着系数较大的路面且此时电池荷电状态SOC较大,此时地面所能提供的地面制动力矩较大,再生制动发挥优势较弱,因此利用能够提供较大制动力矩的液压制动力能够充分保证制动安全性;当电动汽车制动于附着系数较小的路面且此时电池荷电状态SOC较小,此时地面所能提供的地面制动力矩较小,再生制动力矩发挥优势较强,因此着重利用控制精准、迅速、回收能量的再生制动力矩能够在保证安全性的前提下增强电池续航;为充分考虑路面附着系数μ及电池荷电状态SOC对电液复合制动力矩的影响,制动力矩模糊分配控制器的输入为路面附着系数μ与电池荷电状态SOC。路面附着系数μ的模糊论域为[0,1],其对应的模糊集合为A=(PS,PM,PB);电池荷电状态SOC的模糊论域为[0,0.8],其对应的模糊集合为B=(PS,PM,PB)。其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大。制动力矩模糊分配控制器的输出为再生制动制动力矩分配因子kr,kr的模糊论域为[0,1],其对应的的模糊集合为C=(PS,PM,PB),其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大。
3.3)确定制动力矩模糊分配控制器的输入、输出变量各自对应的模糊集合的隶属度函数
路面附着系数μ模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,x1为第一个模糊论域输入变量。
电池荷电状态SOC模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,x2为第二个模糊论域输入变量。
再生制动制动力矩分配因子kr模糊子集的隶属度函数为高斯型隶属度函数(gaussmf)。表达式如下:
式中,y1为第一个模糊论域输出变量。
3.4)确定制动力矩模糊分配控制器的模糊控制规则
当电动汽车制动于附着系数较大的路面并且此时电池荷电状态SOC较大,此时地面所能提供的地面制动力矩较大,再生制动发挥优势较弱,因此利用能够提供较大制动力矩的液压制动力能够充分保证制动安全性;当电动汽车制动于附着系数较小的路面并且此时电池荷电状态SOC较小,此时地面所能提供的地面制动力矩较小,再生制动力矩发挥优势较强,因此着重利用控制精准、迅速、回收能量的再生制动力矩能够在保证安全性的前提下增强电池续航;
根据上述原则设计模糊控制规则表达式如下:
rj:Ifμis Ap and SOC is Bq then kr is Co
其中,j=1,2,……,9;p=1,2,3;q=1,2,3;o=1,2,3;即:如果附着系数μ是模糊集合Ap并且电池荷电状态SOC是模糊集合Bq,那么再生制动制动力矩分配因子kr是模糊集合Co。
制动力矩模糊分配控制器的模糊控制规则参数如表2所示:
表2 制动力矩模糊分配控制器的模糊控制规则参数
3.5)制动力矩模糊分配控制器的模糊推理及解模糊化
3.6)理想再生制动力矩、理想液压制动力矩具体分配
由制动力矩模糊分配控制器得到的再生制动制动力矩分配因子kr用于分配理想再生制动力矩Tr_i与理想液压制动力矩Th_i。具体分配步骤如下:
若汽车速度v满足v≤10km/h,则理想液压制动力矩Th_i、理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
式中,Tλ=1为车轮滑移率λ等于1时的制动力矩;
若汽车速度v、电池荷电状态(state of charge,SOC)满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态(state of charge,SOC),理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态(state of charge,SOC),理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
(4)实施液压制动力矩和再生制动力矩
根据制动力矩模糊分配控制器得到理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i,然后发送电信号到整车控制器VCU,整车控制器VCU根据理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i数值大小发送电信号控制轮缸进/出液电磁阀和电机控制器工作产生相应制动力矩,直至防抱死系统退出工作。
Claims (4)
1.一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制系统,其特征在于:包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面附着系数辨识单元、路面最佳滑移率识别单元、区间三型模糊逻辑ABS控制器、整车控制器VCU、四个液压制动执行机构、四个轮毂电机及四个电机控制器,所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和路面附着系数辨识单元连接,所述路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元和传感器单元均与区间三型模糊逻辑ABS控制器连接,所述区间三型模糊逻辑ABS控制器与整车控制器VCU连接,所述整车控制器VCU分别与四个液压制动执行机构、四个轮毂电机控制器连接,每个轮毂电机控制器与相应的轮毂电机连接,每个液压制动执行机构均包括一个制动盘、制动钳和制动轮缸,制动轮缸通过制动钳与相应的制动盘连接;液压制动执行机构通过轮缸进/出液电磁阀与整车控制器VCU连接。
所述传感器单元包括用于测量制动踏板位移的踏板位移传感器、用于测量车轮转速的轮速传感器、用于测量汽车速度的车速传感器和用于测量电池荷电状态的SOC传感器,传感器单元将测量的车轮轮速ω、汽车速度v输入到路面附着系数辨识单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算单元输出车轮滑移率λ到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面最佳滑移率识别单元输出路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,路面附着系数辨识单元将路面附着系数μ输入到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i,同时区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对电液复合制动系统进行制动防抱死力矩分配,并输出理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i到整车控制器VCU,整车控制器VCU通过电信号控制液压制动执行机构产生实际液压制动力矩Th_r,并通过电信号控制电机控制器进而控制轮毂电机产生实际再生制动力矩Tr_r,直至防抱死系统退出工作。
2.一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制方法,其特征在于:包括权利要求1所述的防抱死控制系统,所述控制方法包括以下步骤:
(1)判断制动防抱死功能是否开启
传感器单元采集制动踏板位移d,并输入到整车控制器VCU,同时整车控制器VCU根据汽车速度v、踏板位移d及其变化率判断是否需要开启制动防抱死功能;若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,进行步骤(2);若不需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统不参与工作,进行常规制动方式直至汽车减速停止;
(2)计算理想制动防抱死力矩
若需要开启制动防抱死功能,则区间三型模糊逻辑ABS控制系统参与工作,传感器单元采集车轮轮速ω、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元,车轮滑移率计算公式如下:
式中,R为车轮半径;
计算出每个车轮的车轮滑移率λ,路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd。然后路面附着系数识别单元、车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出路面附着系数μ、车轮滑移率λ和路面最佳滑移率λd到区间三型模糊逻辑ABS控制器,区间三型模糊逻辑ABS控制器经过区间三型模糊逻辑算法计算得到理想制动防抱死力矩Tb_i;
(3)分配理想制动防抱死力矩
区间三型模糊逻辑ABS控制器基于一型模糊逻辑对理想制动防抱死力矩进行分配,制动力矩模糊分配控制器设计步骤如下:
3.1)确定制动力矩模糊分配控制器的类型
采用Mamdani型模糊逻辑控制器;
3.2)确定制动力矩模糊分配控制器的输入、输出变量及各自对应的模糊论域、模糊集合
为充分考虑路面附着系数μ及电池荷电状态SOC对电液复合制动力矩的影响,制动力矩模糊分配控制器的输入为路面附着系数μ与电池荷电状态SOC;路面附着系数μ的模糊论域为[0,1],其对应的模糊集合为A=(PS,PM,PB);电池荷电状态SOC的模糊论域为[0,0.8],其对应的模糊集合为B=(PS,PM,PB);其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大;制动力矩模糊分配控制器的输出为再生制动制动力矩分配因子kr,kr的模糊论域为[0,1],其对应的的模糊集合为C=(PS,PM,PB),其中PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大;
3.3)确定制动力矩模糊分配控制器的输入、输出变量各自对应的模糊集合的隶属度函数
路面附着系数μ模糊子集的隶属度函数、电池荷电状态SOC模糊子集的隶属度函数和再生制动制动力矩分配因子kr模糊子集的隶属度函数均采用高斯型隶属度函数;
3.4)确定制动力矩模糊分配控制器的模糊控制规则
如果附着系数μ是模糊集合Ap并且电池荷电状态SOC是模糊集合Bq,那么再生制动制动力矩分配因子kr是模糊集合Co;其中,p=1,2,3;q=1,2,3;o=1,2,3;
3.5)制动力矩模糊分配控制器的模糊推理及解模糊化
模糊推理过程采用取最小值法,解模糊化采用重心法;
3.6)理想再生制动力矩、理想液压制动力矩具体分配
由制动力矩模糊分配控制器得到的再生制动制动力矩分配因子kr用于分配理想再生制动力矩Tr_i与理想液压制动力矩Th_i;
(4)实施液压制动力矩和再生制动力矩
根据制动力矩模糊分配控制器得到理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i,然后发送电信号到整车控制器VCU,整车控制器VCU根据理想液压制动力矩Th_i和理想再生制动力矩Tr_i数值大小发送电信号控制轮缸进/出液电磁阀和电机控制器工作产生相应制动力矩,直至防抱死系统退出工作。
3.如权利要求2所述的一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制方法,其特征在于:所述区间三型模糊逻辑ABS控制器的算法设计步骤如下:
2.1)确定区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量、输出变量及对应的模糊集合
制动防抱死控制目标为车轮滑移率λ,因此选择滑移率误差e=λ-λd及其变化率为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输入变量,输入变量e、的模糊集合分别为其中NE表示负,ZE表示零,PO表示正,理想制动防抱死力矩Tb_i为区间三型模糊逻辑ABS控制器的输出变量;
2.2)确定模糊控制规则及各个规则激活度
制动防抱死控制的原则是控制车轮滑移率追踪理想滑移率,当车轮滑移率大于理想滑移率时,表示制动力矩过大,需要减小制动力矩来减小车轮滑移率;当车轮滑移率小于理想滑移率时,表示制动力矩过小,需要增大制动力矩来增大车轮滑移率;基于上述原则设计模糊控制规则Ri为:
如果滑移率误差e为区间三型模糊集合并且滑移率误差变化率为区间三型模糊集合那么输出为y的取值区间为其中,w i为第i条规则后件输出下界,为第i规则后件输出上界,其中i=1,2,……,9;p=1,2,3;q=1,2,3;
2.3)首次模糊降型
首次模糊降型采用直接降型法,计算过程如下:
式中,M为模糊规则数量,M=9;
2.4)二次模糊降型
二次模糊降型计算过程如下:
2.5)解模糊化
解模糊化采用均值法,计算结果如下:
式中,kc为比例因子。
4.如权利要求2或3所述的一种基于区间三型模糊逻辑制动防抱死控制方法,其特征在于:所述步骤3.6)中还包括以下步骤:
若汽车速度v满足v≤10km/h,则理想液压制动力矩Th_i、理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
式中,Tλ=1为车轮滑移率λ等于1时的制动力矩;
若汽车速度v、电池荷电状态SOC满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态SOC,理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
若汽车速度v、电池荷电状态SOC,理想制动防抱死力矩Tb_i、最大再生制动力矩Tri_max满足下式:
则理想液压制动力矩Th_i,理想再生制动力矩Tr_i满足下式:
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