CN115009035A - 一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法及系统，包括如下步骤：将车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩受电机峰值转矩和动力电池的SOC值；确定各轮滑移率，根据制动时车辆的受力分析，将各车轮滑移率和各轮路面附着系数输入到模糊控制器中；根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，再结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数；当满足电机制动的条件时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略。本发明制动能量回收策略能有效提高车辆在对开路面下制动能量回收时的制动稳定性。

Description

一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车制动领域，尤其涉及一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法及系统。

背景技术

电动汽车是新能源汽车的一种类型，其依靠蓄电池储能，并经电机向整车提供动力，从而驱使汽车前行。电机替代了传统内燃机，蓄电池替代了传统油箱，并且作为可再生能源的电能来源丰富。电动汽车最大的特点是在行驶过程中实现零排放、零污染、噪声小、结构简单、维修方便，所以近几年电动汽车在国内迅速发展。但是蓄电池容量有限和充电站还未完全普及，电动汽车续航里程没有太大的提升。

由于短时期内蓄电池容量不能有所提高，再生制动技术开始出现在大家视野中。再生制动发生在电动汽车减速制动时，或者在较长下坡的路况下，利用电机的可逆状态，让电机运行在发电模式，在整车控制器的作用下调节电机侧的电压，这样发出的电量能够流向电压侧，进而回收并储存在蓄电池里，从而充分发挥蓄电池电能的利用率，提高电动汽车的续驶里程。

再生制动一般是在制动踏板下压或者油门踏板从下压位置松开时进行控制，制动力是在这种分离过程或者释放过程相结合中产生的。再生制动在分配制动力时多考虑了前后轴间的制动力分配，而关于同轴左、右两侧车轮制动力分配及其对整车制动稳定性和制动能量回收效率影响的研究较少，传统的制动能量回收策略多考虑两侧车轮施加相同的制动力，在对开路面下容易造成车辆横摆力矩增大，使车辆产生失衡，从而造成危险事故的发生。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法及系统，制动能量回收策略能有效提高车辆在对开路面下制动能量回收时的制动稳定性，减小车辆横摆力矩，在经济性方面，也有效提高电动汽车的制动能量回收效率。本发明的制动能量回收策略以最佳制动稳定性和最优制动能量回收效率为主，在对开路面下减小高峰值路面附着系数侧车轮制动力，在保证车轮不抱死的情况下，尽可能增大低峰值路面附着系数侧车轮制动力，缩小两侧车轮的地面制动力差值，减小车辆横摆力矩，并基于需求制动力和电机最大制动力来分配前后轮电机制动力的制动能量回收控制策略，与传统的制动能量回收策略比较，本发明设计道路识别器来计算每个轮胎与当前路面之间的峰值附着系数，在此基础上制定的制动能量回收策略能有效提高车辆对开路面下制动能量回收时的制动稳定性，减小车辆横摆力矩，在经济性方面，也有效提高电动汽车的制动能量回收效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，包括如下步骤：

S01、计算需求制动力和最大电机制动力：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v，根据制动踏板传感器采集制动强度z，将车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩受电机峰值转矩和动力电池的SOC值；

S02、计算各车轮滑移率和路面附着系数：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v、轮速传感器采集到的轮速ω，确定各轮滑移率，根据制动时车辆的受力分析，由各轮地面制动力F_b与各轮的法向载荷F_z计算各轮路面附着系数，将各车轮滑移率和各轮路面附着系数输入到模糊控制器中；

S03、计算各轮与路面间的峰值路面附着系数：

根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，再结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数；

S04、判断电机制动是否满足的条件：根据车速v、电池SOC值和制动强度z，判断是否满足的电机制动的条件；当满足电机制动的条件时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略。

进一步，所述车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩受电机峰值转矩和动力电池的SOC值，具体为：

汽车制动时的需求制动力F_need为：

F_μf+F_μr＝F_need，

式中：F_μf为前轴制动器制动力；F_μr为后轴制动器制动力；G为汽车重力；

以I曲线为基础确定前后轴制动器制动力关系：

式中：G为汽车重力；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离；z为制动强度；h_g为汽车质心高度；

电机最大制动力矩，由下式确定：

式中：T_emax为电机最大制动力矩；P_max为电机峰值功率；P_Bmax为电池最大充电功率；η_b为电池充电效率；T_max为电机峰值转矩；n为电机转速；n_d为电机额定转速；

充电电流与电机制动力成正比，可表示为：

式中：I_m为充电电流；η_m为电机发电效率；T_n为单个电机制动力矩；U_ec为电池端电压；

采用安时积分法计算动力电池的SOC值：

式中：SOC_init为电池初始SOC；Q_cap为电池容量。

进一步，根据各轮的车速v和各轮的轮速ω，通过下面公式确定各轮滑移率：

式中：S_ij为各车轮滑移率；ω_ij为各车轮转速，其中ij∈(fl，fr，rl，rr)，fl表示左前轮，fr表示右前轮，rl表示左后轮，rr表示右后轮。

进一步，根据制动时车辆的受力分析，由各轮地面制动力F_b与各轮的法向载荷F_z计算各轮路面附着系数，具体如下：

根据制动时车辆的受力分析得出：

J_ijω_ij＝F_{b_ij}·r-T_{μ_ij}

式中：J_ij为各轮转动惯量；T_{μ_ij}为各轮制动器动力矩；

各轮制动器制动力矩计算式为：T_{μ_ij}＝T_{m_ij}+T_{e_ij}；

式中：T_{m_ij}为机械制动力矩，N·m；T_{e_ij}为电机制动力矩；

制动器制动力可由下式计算得出：

各车轮路面附着系数为：

式中：μ_ij为各车轮路面附着系数；F_{z_ij}为地面对各车轮的法向载荷，由整车模型计算得到。

进一步，根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，具有为：

将输入的S_ij根据第一隶属度函数模糊化为小滑移率模糊子集、中滑移率模糊子集和大滑移率模糊子集；

当输入的S_ij位于小滑移率模糊子集内，在小滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第二隶属度函数划分得到第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集，将输入的μ_ij与第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于中滑移率模糊子集内，在中滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第三隶属度函数划分得到第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于大滑移率模糊子集内，在大滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第四隶属度函数划分得到第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

将相似程度通反模糊处理得到各轮当前路面与八条标准路面曲线的相似程度。

进一步，结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数，具体由下式求得：

其中：μ_max1为标准冰路面的峰值附着系数，μ_max2为标准雪路面的峰值附着系数，μ_max3为标准湿鹅卵石路面的峰值附着系数，μ_max4为标准湿沥青小路面的峰值附着系数，μ_max5为标准湿沥青中路面的峰值附着系数，μ_max6为标准湿沥青大路面的峰值附着系数，μ_max7为标准干水泥路面的峰值附着系数，μ_max8为标准干沥青路面的峰值附着系数；μ_maxij为各轮与路面间的峰值附着系数；x_1ij为各轮当前路面与标准冰路面的相似程度，x_2ij为各轮当前路面与标准雪路面的相似程度，x_3ij为各轮当前路面与标准湿鹅卵石路面的相似程度，x_4ij为各轮当前路面与标准湿沥青小路面的相似程度，x_5ij为各轮当前路面与标准湿沥青中路面的相似程度，x_6ij为各轮当前路面与标准湿沥青大路面的相似程度，x_7ij为各轮当前路面与标准干水泥路面的相似程度，x_8ij为各轮当前路面与标准干沥青路面的相似程度。

进一步，所述当满足电机制动的条件时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略，具体为：

当需求制动力F_need≤2F_emax时，仅左前轮电机和右前轮电机提供制动力，后轴不提供制动力；其中F_emax为单个电机最大制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机共同提供制动力，

式中：

|μ|＝|μ_l-μ_r|，μ_l＝min{μ_maxlf，μ_maxlr}，μ_r＝min{μ_maxrf，μ_maxrr}；L为汽车轴距；

F_elf为左前轮电机制动力，F_erf右前轮电机制动力，F_elr为左后轮电机制动力，F_err右后轮电机制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机提供最大电机制动力，不足部分由机械制动力加以补偿，具体为：

F_elf＝F_erf＝F_elr＝F_err＝F_emax

式中：F_mlf为左前轮机械制动力；F_mrf为右前轮机械制动力；F_mlr左后轮机械制动力；F_mrr为右后轮机械制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法的控制系统，包括车速传感器、轮速传感器、制动踏板传感器和控制器，所述控制器包括再生制动开启判断模块、需求制动力预估模块、路面识别模块、制动力分配模块、电机模块和电池模块；

所述再生制动开启判断模块用于根据车速v、SOC值和制动强度z判断是否开启电机制动；

所述需求制动力预估模块用于计算总需求制动力和得到前后轴制动器制动力分配曲线；

所述路面识别模块用于输出各轮与路面间的峰值路面附着系数；

所述制动力分配模块根据需求制动力预估模块计算的总需求制动力和路面识别模块输出各轮与路面间的峰值附着系数确定制动力分配策略，输出不同制动强度和路面附着条件下各轮电机制动力F_e与机械制动力F_m；

所述电机模块在发电状态下，将车辆制动过程中的整车动能转换成电能；

所述电池模块用于存储制动能量回收的电能，从而实现能量回收功能。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，通过模糊控制器来计算每个轮胎与当前路面之间的峰值附着系数，并使用模糊控制策略确定每个车轮与八种道路的滑移率和附着利用系数的相似输入,提出一种电动汽车对开路面制动能量回收方法及系统，是一种电动汽车保证最佳制动稳定性和制动能量回收效率的控制方法及系统。

2.本发明所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，可得不同制动强度及路面附着条件下各轮电机制动力与机械制动力，能够缩小左、右两侧车轮地面制动力的差值，减小车辆横摆力矩，有效提高车辆对开路面下制动能量回收时的制动稳定性以及制动能量回收效率。

3.本发明所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，根据制动稳定性的要求，结合路面峰值附着系数大小，合理分配左前、右前、左后、右后制动力，以保证制动稳定性为主要目标，在对开路面下缩小同轴两侧车轮地面制动力的差值，控制减小高峰值路面附着系数侧车轮制动力，在保证车轮不抱死的情况下，增大低峰值路面附着系数侧车轮制动力，根据经济性要求，基于当前需求制动力，先分配前轴电机制动力，当前轮电机制动力能够满足制动需求时，仅由前轮电机来提供制动力，当前轮电机制动力不能满足制动需求时，再由后轮电机参与工作，可充分利用电机效率，从而满足经济性要求。

4.本发明所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法的制动能量回收策略对比采用2个前轮电机按固定比例提供制动力的制动能量回收控制策略和采用4个电机按固定比例提供制动力的制动能量回收控制策略，本发明提出的制动能量回收控制策略能够有效提高制动能量回收效率，增加了汽车的续驶里程；本发明制动能量回收策略对比采用两侧车轮施加相同的制动力的制动能量回收控制策略可有效提高车辆对开路面下制动能量回收时的制动稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明模糊控制器原理图。

图2为本发明模糊控制器滑移率隶属度曲线。

图3为本发明八种标准路面μ-s曲线；

图4为本发明小滑移率模糊子集对应的附着系数隶属度曲线；

图5为本发明中滑移率模糊子集对应的附着系数隶属度曲线；

图6为本发明大滑移率模糊子集对应的附着系数隶属度曲线；

图7为本发明相似程度隶属度函数曲线；

图8为本发明对开路面下制动能量回收控制策略流程图。

图9为模糊逻辑推理图。

图10为μ-s各路面峰值附着系数图

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，对左前、右前、左后、右后车轮制动力进行合理分配，保证最佳制动稳定性，并有效提高制动能量回收效率，提高续驶里程，使经济性得到改善，包括如下步骤：

S01、计算需求制动力和最大电机制动力：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v，根据制动踏板传感器采集制动强度z，将车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩和动力电池的SOC值，具体为：

汽车制动时的需求制动力F_need为：

F_μf+F_μr＝F_need，

式中：F_μf为前轴制动器制动力；F_μr为后轴制动器制动力；G为汽车重力；

以I曲线为基础确定前后轴制动器制动力关系：

式中：G为汽车重力；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离；z为制动强度；h_g为汽车质心高度；

电机最大制动力矩，由下式确定：

式中：T_emax为电机最大制动力矩；P_max为电机峰值功率；P_Bmax为电池最大充电功率；η_b为电池充电效率；T_max为电机峰值转矩；n为电机转速；n_d为电机额定转速；

充电电流与电机制动力成正比，可表示为：

式中：I_m为充电电流；η_m为电机发电效率；T_n为单个电机制动力矩；U_ec为电池端电压；

采用安时积分法计算动力电池的SOC值：

式中：SOC_init为电池初始SOC；Q_cap为电池容量。

S02、计算各车轮滑移率和路面附着系数：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v、轮速传感器采集到的轮速ω，通过下面公式确定各轮滑移率：

式中：S_ij为各车轮滑移率；ω_ij为各车轮转速，其中ij∈(fl，fr，rl，rr)，fl表示左前轮，fr表示右前轮，rl表示左后轮，rr表示右后轮。

根据制动时车辆的受力分析，由各轮地面制动力F_b与各轮的法向载荷F_z计算各轮路面附着系数，具体如下：

根据制动时车辆的受力分析得出：

J_ijω_ij＝F_{b_ij}·r-T_{μ_ij}

式中：J_ij为各轮转动惯量；T_{μ_ij}为各轮制动器动力矩；

各轮制动器制动力矩计算式为：T_{μ_ij}＝T_{m_ij}+T_{e_ij}；

式中：T_{m_ij}为机械制动力矩，N·m；T_{e_ij}为电机制动力矩；

当只有机械制动作用时，电机制动力矩为0，当只有电机制动作用时，机械制动力矩为0。机械制动力与电机制动力共同作用时，制动器制动力可由下式计算得出：

各车轮路面附着系数为：

式中：μ_ij为各车轮路面附着系数；F_{z_ij}为地面对各车轮的法向载荷，由整车模型计算得到。

S03、计算各轮与路面间的峰值路面附着系数：

如图1所示，将各车轮滑移率和各轮路面附着系数输入到模糊控制器中，根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，再结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数；

具有为：

将输入的S_ij根据第一隶属度函数模糊化为小滑移率模糊子集、中滑移率模糊子集和大滑移率模糊子集；

当输入的S_ij位于小滑移率模糊子集内，在小滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第二隶属度函数划分得到第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集，将输入的μ_ij与第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于中滑移率模糊子集内，在中滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第三隶属度函数划分得到第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于大滑移率模糊子集内，在大滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第四隶属度函数划分得到第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

将相似程度通反模糊处理得到各轮当前路面与八条标准路面曲线的相似程度。

实施例如图2所示，将输入的S_ij根据第一隶属度函数模糊化为小滑移率模糊子集、中滑移率模糊子集和大滑移率模糊子集，对应滑移率区间分别为[0，0.08]、[0.08，0.15]、[0.15，1]，第一隶属度函数选用三角形隶属度函数。图3为八种标准路面μ-s曲线，图3中八种路面附着系数在不同滑移率模糊子集下的变化情况不同，小附着系数范围时，线段之间产生了部分交点，区别不明显，只对两种高附着系数路面进行比较，模糊化处理基本为直线。在中滑移率模糊子集下，附着系数随滑移率的增大而快速增大，附着系数变化范围较大。在大滑移率模糊子集下，附着系数随滑移率的增大而缓慢减小，附着系数变化范围较小。即当输入的S_ij位于小滑移率模糊子集内，在小滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第二隶属度函数划分得到第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集。当输入的S_ij位于中滑移率模糊子集内，在中滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第三隶属度函数划分得到第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集；当输入的S_ij位于大滑移率模糊子集内，在大滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第四隶属度函数划分得到第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集；图4、图5、图6分别为小滑移、中滑移率和高滑移率下的附着系数隶属度函数，选用三角形隶属度函数，即第二隶属度函数、第三隶属度函数和第四隶属度函数均为三角形隶属度函数，隶属度函数类型选用三角形隶属度函数，具有分辨率高和控制灵敏度高的优点，三角形隶属度函数通过专家经验法得到。模糊化后得到当前滑移率所处的模糊子集以及当前附着系数所处的模糊子集，模糊规则如图9所示。如图7所示，相似程度被划分五个模糊子集，分别用字母{VS，S，C，D，VD}表示，VS表示非常相似，S表示相似，C表示一般相似，D表示不相似，VD表示完全不相似，当前附着系数所处的模糊子集定义为非常相似，根据当前附着系数所处的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似。，将模糊集合转化为数值，得到当前路面与八条标准曲线的相似程度x_1ij至x_8ij。反模糊化中的隶属度函数类型选为高斯型隶属度函数，高斯型隶属度函数具有控制精度高和稳定性好的效果，清晰化采用面积重心法。

模糊控制器输出得到与八种路面μ-s曲线的相似程度，根据图10各标准路面峰值附着系数，可由下式求得各轮与路面间的峰值附着系数：

其中：μ_max1为标准冰路面的峰值附着系数，μ_max2为标准雪路面的峰值附着系数，μ_max3为标准湿鹅卵石路面的峰值附着系数，μ_max4为标准湿沥青小路面的峰值附着系数，μ_max5为标准湿沥青中路面的峰值附着系数，μ_max6为标准湿沥青大路面的峰值附着系数，μ_max7为标准干水泥路面的峰值附着系数，μ_max8为标准干沥青路面的峰值附着系数；μ_maxij为各轮与路面间的峰值附着系数；x_1ij为各轮当前路面与标准冰路面的相似程度，x_2ij为各轮当前路面与标准雪路面的相似程度，x_3ij为各轮当前路面与标准湿鹅卵石路面的相似程度，x_4ij为各轮当前路面与标准湿沥青小路面的相似程度，x_5ij为各轮当前路面与标准湿沥青中路面的相似程度，x_6ij为各轮当前路面与标准湿沥青大路面的相似程度，x_7ij为各轮当前路面与标准干水泥路面的相似程度，x_8ij为各轮当前路面与标准干沥青路面的相似程度。

S04、判断电机制动是否满足的条件：当车速小于5km/h时，电机的发电效率较低；当SOC小于0.9，电池充电效率低且避免过充；当z小于0.8时，这种强度表明了驾驶员紧急制动意图；这3个条件下只采用机械制动。

当满足电机制动的条件即车速大于5km/h，SOC大于0.9，z大于0.8时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略，如图8所示。

为提高制动能量回收效率，当2个前轮电机制动力能够满足制动需求时，仅由2个前轮电机提供制动力，不足时，由前后轮4个电机共同提供制动力，若4个最大电机制动力之和不能满足总需求制动力，分配机械制动力加以补偿。由步骤S3得出的若两侧车轮路面峰值附着系数差值大于0.2时，对两侧车轮施加相同的制动力会使同轴两侧车轮的地面制动力相差较大，导致车辆产生较大横摆力矩，进而影响制动稳定性。为提高对开路面下的制动稳定性，通过减小高路面峰值附着系数侧车轮制动力，在保证车轮不抱死的情况下，增大低路面峰值附着系数侧车轮制动力，以此缩小两侧地面制动力的差值。

当需求制动力F_need≤2F_emax时，仅左前轮电机和右前轮电机提供制动力，后轴不提供制动力；其中F_emax为单个电机最大制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机共同提供制动力，

式中：

|μ|＝|μ_l-μ_r|，μ_l＝min{μ_maxlf，μ_maxlr}，μ_r＝min{μ_maxrf，μ_maxrr}；L为汽车轴距；

F_elf为左前轮电机制动力，F_erf右前轮电机制动力，F_elr为左后轮电机制动力，F_err右后轮电机制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机提供最大电机制动力，不足部分由机械制动力加以补偿，具体为：

F_elf＝F_erf＝F_elr＝F_err＝F_emax

式中：F_mlf为左前轮机械制动力；F_mrf为右前轮机械制动力；F_mlr左后轮机械制动力；F_mrr为右后轮机械制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法的控制系统，包括车速传感器、轮速传感器、制动踏板传感器和控制器，所述控制器包括再生制动开启判断模块、需求制动力预估模块、路面识别模块、制动力分配模块、电机模块和电池模块；

所述再生制动开启判断模块用于根据车速v、SOC值和制动强度z判断是否开启电机制动；

所述需求制动力预估模块用于计算总需求制动力和得到前后轴制动器制动力分配曲线；

所述路面识别模块用于输出各轮与路面间的峰值路面附着系数；

所述制动力分配模块根据需求制动力预估模块计算的总需求制动力和路面识别模块输出各轮与路面间的峰值附着系数确定制动力分配策略，输出不同制动强度和路面附着条件下各轮电机制动力F_e与机械制动力F_n；

所述电机模块在发电状态下，将车辆制动过程中的整车动能转换成电能；

所述电池模块用于存储制动能量回收的电能，从而实现能量回收功能。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01、计算需求制动力和最大电机制动力：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v，根据制动踏板传感器采集制动强度z，将车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩受电机峰值转矩和动力电池的SOC值；

S02、计算各车轮滑移率和路面附着系数：

在制动开始时，根据车速传感器采集车速v、轮速传感器采集到的轮速ω，确定各轮滑移率，根据制动时车辆的受力分析，由各轮地面制动力F_b与各轮的法向载荷F_z计算各轮路面附着系数，将各车轮滑移率和各轮路面附着系数输入到模糊控制器中；

S03、计算各轮与路面间的峰值路面附着系数：

根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，再结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数；

S04、判断电机制动是否满足的条件：根据车速v、电池SOC值和制动强度z，判断是否满足的电机制动的条件；当满足电机制动的条件时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略。

2.根据权利要求1所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，所述车速v和制动强度z输入制动力计算模块中得到需求制动力、电机最大制动力矩受电机峰值转矩和动力电池的SOC值，具体为：

汽车制动时的需求制动力F_need为：

F_μf+F_μr＝F_need，

式中：F_μf为前轴制动器制动力；F_μr为后轴制动器制动力；G为汽车重力；

以I曲线为基础确定前后轴制动器制动力关系：

式中：G为汽车重力；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离；z为制动强度；h_g为汽车质心高度；

电机最大制动力矩，由下式确定：

式中：T_emax为电机最大制动力矩；P_max为电机峰值功率；P_Bmax为电池最大充电功率；η_b为电池充电效率；T_max为电机峰值转矩；n为电机转速；n_d为电机额定转速；

充电电流与电机制动力成正比，可表示为：

式中：I_m为充电电流；η_m为电机发电效率；T_n为单个电机制动力矩；U_ec为电池端电压；

采用安时积分法计算动力电池的SOC值：

式中：SOC_init为电池初始SOC；Q_cap为电池容量。

3.根据权利要求1所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，根据各轮的车速v和各轮的轮速ω，通过下面公式确定各轮滑移率：

式中：S_ij为各车轮滑移率；ω_ij为各车轮转速，其中ij∈(fl，fr，rl，rr)，fl表示左前轮，fr表示右前轮，rl表示左后轮，rr表示右后轮。

4.根据权利要求3所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，根据制动时车辆的受力分析，由各轮地面制动力F_b与各轮的法向载荷F_z计算各轮路面附着系数，具体如下：

根据制动时车辆的受力分析得出：

J_ijω_ij＝F_{b_ij}·r-T_{μ_ij}

式中：J_ij为各轮转动惯量；T_{μ_ij}为各轮制动器动力矩；

各轮制动器制动力矩计算式为：T_{μ_ij}＝T_{m_ij}+T_{e_ij}；

式中：T_{m_ij}为机械制动力矩，N·m；T_{e_ij}为电机制动力矩；

制动器制动力可由下式计算得出：

各车轮路面附着系数为：

式中：μ_ij为各车轮路面附着系数；F_{z_ij}为地面对各车轮的法向载荷，由整车模型计算得到。

5.根据权利要求3所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，根据模糊控制器得出当前路面与八条标准路面的相似程度，具有为：

将输入的S_ij根据第一隶属度函数模糊化为小滑移率模糊子集、中滑移率模糊子集和大滑移率模糊子集；

当输入的S_ij位于小滑移率模糊子集内，在小滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第二隶属度函数划分得到第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集，将输入的μ_ij与第一干水泥模糊子集和第一干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于中滑移率模糊子集内，在中滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第三隶属度函数划分得到第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第二冰模糊子集、第二雪模糊子集、第二湿鹅卵石模糊子集、第二湿沥青小模糊子集、第二湿沥青中模糊子集、第二湿沥青大模糊子集、第二干水泥模糊子集和第二干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

当输入的S_ij位于大滑移率模糊子集内，在大滑移率模糊子集下，将输入的μ_ij根据第四隶属度函数划分得到第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集；将输入的μ_ij与第三冰模糊子集、第三雪模糊子集、第三湿鹅卵石模糊子集、第三湿沥青小模糊子集、第三湿沥青中模糊子集、第三湿沥青大模糊子集、第三干水泥模糊子集和第三干沥青模糊子集对比，输入的μ_ij所处的模糊子集定义为非常相似，根据非常相似的模糊子集与其它模糊子集的距离判断相似程度，距离越近越相似；

将相似程度通反模糊处理得到各轮当前路面与八条标准路面曲线的相似程度。

6.根据权利要求5所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，结合标准路面峰值附着系数计算当前各轮与路面间的峰值附着系数，具体由下式求得：

其中：μ_max1为标准冰路面的峰值附着系数，μ_max2为标准雪路面的峰值附着系数，μ_max3为标准湿鹅卵石路面的峰值附着系数，μ_max4为标准湿沥青小路面的峰值附着系数，μ_max5为标准湿沥青中路面的峰值附着系数，μ_max6为标准湿沥青大路面的峰值附着系数，μ_max7为标准干水泥路面的峰值附着系数，μ_max8为标准干沥青路面的峰值附着系数；μ_maxij为各轮与路面间的峰值附着系数；x_1ij为各轮当前路面与标准冰路面的相似程度，x_2ij为各轮当前路面与标准雪路面的相似程度，x_3ij为各轮当前路面与标准湿鹅卵石路面的相似程度，x_4ij为各轮当前路面与标准湿沥青小路面的相似程度，x_5ij为各轮当前路面与标准湿沥青中路面的相似程度，x_6ij为各轮当前路面与标准湿沥青大路面的相似程度，x_7ij为各轮当前路面与标准干水泥路面的相似程度，x_8ij为各轮当前路面与标准干沥青路面的相似程度。

7.根据权利要求1所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法，其特征在于，所述当满足电机制动的条件时，根据各轮与路面间的峰值附着系数、需求制动力和最大电机制动力制定确定制动力分配策略，具体为：

当需求制动力F_need≤2F_emax时，仅左前轮电机和右前轮电机提供制动力，后轴不提供制动力；其中F_emax为单个电机最大制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机共同提供制动力，

式中：

|μ|＝|μ_l-μ_r|，μ_l＝min{μ_maxlf，μ_maxlr}，μ_r＝min{μ_maxrf，μ_maxrr}；L为汽车轴距；

F_elf为左前轮电机制动力，F_erf右前轮电机制动力，F_elr为左后轮电机制动力，F_err右后轮电机制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need≤4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|≤0.2时，则左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机提供最大电机制动力，不足部分由机械制动力加以补偿，具体为：

F_elf＝F_erf＝F_elr＝F_err＝F_emax

式中：F_mlf为左前轮机械制动力；F_mrf为右前轮机械制动力；F_mlr左后轮机械制动力；F_mrr为右后轮机械制动力；

当需求制动力F_need＞2F_emax时，若F_need＞4F_emax，且|μ|＞0.2时，则对同轴左右轮制动力进行分配，具体为：

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的电动汽车对开路面制动能量回收控制方法的控制系统，其特征在于，包括车速传感器、轮速传感器、制动踏板传感器和控制器，所述控制器包括再生制动开启判断模块、需求制动力预估模块、路面识别模块、制动力分配模块、电机模块和电池模块；

所述再生制动开启判断模块用于根据车速v、SOC值和制动强度z判断是否开启电机制动；

所述需求制动力预估模块用于计算总需求制动力和得到前后轴制动器制动力分配曲线；

所述路面识别模块用于输出各轮与路面间的峰值路面附着系数；

所述制动力分配模块根据需求制动力预估模块计算的总需求制动力和路面识别模块输出各轮与路面间的峰值附着系数确定制动力分配策略，输出不同制动强度和路面附着条件下各轮电机制动力F_e与机械制动力F_m；

所述电机模块在发电状态下，将车辆制动过程中的整车动能转换成电能；

所述电池模块用于存储制动能量回收的电能，从而实现能量回收功能。

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