馮 沖,張東好,羅禹貢,李克強(qiáng)

(清華大學(xué),汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

混合動(dòng)力客車自適應(yīng)巡航控制研究*

馮 沖,張東好,羅禹貢,李克強(qiáng)

(清華大學(xué),汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

為減輕駕駛員駕駛負(fù)擔(dān),綜合改善車輛的行駛安全、節(jié)能和環(huán)保性能,針對所研究的混合動(dòng)力客車,提出一種自適應(yīng)巡航控制算法?？刂扑惴ú捎梅謱涌刂平Y(jié)構(gòu),由上層控制器和下層控制器組成。上層為多模式切換控制器,它根據(jù)本車與前車的行駛狀態(tài),得出整車期望加速度;下層為轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制器,它根據(jù)上層控制器得到的期望加速度,對發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)發(fā)電集成電機(jī)和主電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。開發(fā)了基于MICROAUTOBOX的整車控制器,并通過采用模擬雷達(dá)信號(hào)的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和采用真實(shí)雷達(dá)信號(hào)的實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)對所開發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,所開發(fā)的分層控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力客車的自適應(yīng)巡航控制,不僅減輕了駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)和提高了行駛安全性,且在一定程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

混合動(dòng)力客車;自適應(yīng)巡航;分層控制;多模式切換;協(xié)調(diào)控制

前言

新能源汽車的研究是節(jié)能環(huán)保車輛的研究熱點(diǎn),主要集中在純電動(dòng)汽車[1-2]、混合動(dòng)力汽車[3-4]和燃料電池汽車[5-6]等方面的研究,另外還有研究機(jī)構(gòu)將太陽能電池__[7]和車聯(lián)網(wǎng)[8]等技術(shù)應(yīng)用于車輛的節(jié)能減排。對于交通安全方面的研究主要集中在安全輔助報(bào)警技術(shù)[9-10]、安全輔助駕駛技術(shù)[11-12]和全自動(dòng)駕駛技術(shù)[13-14]等方面的研究。自適應(yīng)巡航控制作為一種安全輔助駕駛技術(shù),是實(shí)現(xiàn)交通安全的有效方法。將自適應(yīng)巡航控制應(yīng)用在混合動(dòng)力車上可綜合改善車輛的節(jié)能環(huán)保和安全性能,現(xiàn)已在奔騰混合動(dòng)力轎車上實(shí)現(xiàn)[15]。

為減輕大型客車駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)、綜合改善車輛的行駛安全、節(jié)能和環(huán)保性能,為混合動(dòng)力客車提出了一種采用分層控制結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)巡航控制算法。開發(fā)了基于MICROAUTOBOX的混合動(dòng)力客車自適應(yīng)巡航控制器,并通過轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)對所開發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 自適應(yīng)巡航分層控制系統(tǒng)

本文中的研究對象為一輛混聯(lián)混合動(dòng)力客車,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該混合動(dòng)力客車的動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、主電機(jī)、離合器和電池組組成。該結(jié)構(gòu)取消了變速器,通過協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)和主電機(jī)的工作滿足實(shí)際工況對動(dòng)力系統(tǒng)的功率需求。

圖1 混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成圖

混合動(dòng)力客車的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)采用分層控制的結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)由上層多模式切換控制器和下層轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制器組成。其中:上層控制器根據(jù)本車與前車的車輛狀態(tài),確定整車期望加速度;下層控制器根據(jù)上層控制器得到的期望加速度,對發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)和主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

1.1 上層多模式切換控制器控制策略

在多模式切換控制器中,將自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的控制模式劃分為:定速巡航模式、接近模式和距離保持模式。當(dāng)本車與前車的距離大于設(shè)定的閾值時(shí),本車進(jìn)入定速巡航模式;當(dāng)本車與前車的距離小于或等于設(shè)定的閾值時(shí),本車根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)在上述模式中進(jìn)行切換,不同模式之間的切換條件如圖2所示。圖中,v為本車速度,vc為駕駛員設(shè)定的巡航速度,vr為前車相對于本車的相對速度,adf為由距離保持模式計(jì)算得到的期望跟隨加速度,&&為邏輯與運(yùn)算,||為邏輯或運(yùn)算。

當(dāng)駕駛員對加速踏板進(jìn)行操作時(shí),系統(tǒng)退出自適應(yīng)巡航并響應(yīng)駕駛員的加速需求,直到駕駛員停止對加速踏板的操作,系統(tǒng)再次進(jìn)入自適應(yīng)巡航狀態(tài);當(dāng)駕駛員對制動(dòng)踏板進(jìn)行操作時(shí),系統(tǒng)徹底退出自適應(yīng)巡航并將駕駛權(quán)轉(zhuǎn)交給駕駛員。

圖2 多模式切換控制器結(jié)構(gòu)圖

1.1.1 定速巡航模式

當(dāng)本車與前車的距離大于設(shè)定的閾值或者本車和前車的狀態(tài)滿足圖2的判斷條件時(shí),自適應(yīng)巡航控制進(jìn)入定速巡航模式。在該模式下,本車速度的控制目標(biāo)為駕駛員設(shè)定的巡航車速,本車的期望加速度由一個(gè)PI控制器計(jì)算得到,即

式中:adc為定速巡航模式下本車的期望加速度;KP1為正的比例參數(shù);KI1為正的積分參數(shù)。

1.1.2 距離保持模式

當(dāng)本車與前車的距離小于或等于設(shè)定的閾值并且系統(tǒng)滿足圖2中相應(yīng)的判斷條件時(shí),自適應(yīng)巡航控制進(jìn)入距離保持模式。在該模式下,車輛的控制目標(biāo)為使本車與前車的相對距離跟隨安全距離。安全距離為

式中:d0為靜態(tài)安全距離;ts為安全時(shí)距。

在距離保持模式下,本車的期望加速度由一個(gè)PID控制器計(jì)算得到,即

式中:KP2為正的比例參數(shù);KI2為正的積分參數(shù);KD2為正的微分參數(shù);dr為前車對于本車的相對距離。

1.1.3 接近模式

當(dāng)本車以高于前車的速度行駛且與前車的距離大于安全距離時(shí),如果按照距離保持模式的算法對本車進(jìn)行控制,則本車需要繼續(xù)加速向前行駛,但當(dāng)距離誤差消除時(shí),本車的速度會(huì)遠(yuǎn)高于前車速度,這會(huì)導(dǎo)致本車向前過沖,甚至?xí)a(chǎn)生危險(xiǎn)。針對這種情況,設(shè)計(jì)了接近模式,該模式的設(shè)計(jì)原則是使本車減速駛向前車,當(dāng)距離誤差消除時(shí),本車速度與前車速度相等。本車的期望加速度為

最終本車的期望加速度可以表示為

1.2 下層轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制器控制策略

下層轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制器的作用是根據(jù)上層控制器得到的本車期望加速度,通過協(xié)調(diào)算法對發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型,可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的期望轉(zhuǎn)矩為

式中:m為混合動(dòng)力客車質(zhì)量;g為重力加速度;f為滾動(dòng)阻力系數(shù);Cd為空氣阻力系數(shù);A為混合動(dòng)力客車的迎風(fēng)面積;R為混合動(dòng)力客車的車輪半徑;gR為混合動(dòng)力客車主減速器的減速比;η為混合動(dòng)力客車傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率。

本文中控制算法的應(yīng)用對象為圖1所示的混聯(lián)混合動(dòng)力客車,下層控制器的控制目標(biāo)是使動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的效果得以體現(xiàn),并實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力客車的優(yōu)勢,使系統(tǒng)高效,平穩(wěn)運(yùn)行,保證良好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和舒適性。

1.2.1 驅(qū)動(dòng)工況的協(xié)調(diào)控制策略

當(dāng)Trq＞0時(shí),混合動(dòng)力客車處于驅(qū)動(dòng)工況,由于研究對象的電機(jī)效率較高,所以轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略主要是基于發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線設(shè)計(jì)的,將驅(qū)動(dòng)工況分為5種模式,分別是:純電動(dòng)模式、串聯(lián)模式、并聯(lián)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電模式。通過模式的劃分和切換使發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間工作在它的最優(yōu)燃油消耗率曲線上。圖3為混合動(dòng)力客車發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性圖,圖中將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域分為A,B,C和D 4個(gè)區(qū)域,圖中的粗虛線為發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)燃油效率曲線。協(xié)調(diào)控制策略的控制目標(biāo)是在車輛行駛過程中,無論整車處于何種驅(qū)動(dòng)狀態(tài),都能控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作在燃油經(jīng)濟(jì)性較好的C區(qū)域內(nèi)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同區(qū)域時(shí),需要控制和調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)、主電機(jī)及 ISG電機(jī)的工作狀態(tài)。

混合動(dòng)力系統(tǒng)5種驅(qū)動(dòng)模式之間的判斷流程如圖4所示。圖中,n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,ni為發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速門限值,SOC為電池組的荷電狀態(tài), SOClow為電池組SOC值的低門限值,SOCmid為電池組SOC值的允許充電門限值,Tlow為發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩下限,Thigh為發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩上限。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖

圖4 混合動(dòng)力系統(tǒng)5種驅(qū)動(dòng)模式的判斷流程

由于混合動(dòng)力客車的傳動(dòng)系統(tǒng)中沒有設(shè)計(jì)變速器,當(dāng)車速低于20km/h時(shí),對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于700r/min,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于怠速轉(zhuǎn)速,不能參與驅(qū)動(dòng),而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在怠速轉(zhuǎn)速附近效率較低,所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速低于ni(1 200r/min左右)時(shí)不參與驅(qū)動(dòng)。在圖3中,這種狀態(tài)對應(yīng)A區(qū)域。因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于ni時(shí),混合動(dòng)力系統(tǒng)為純電動(dòng)模式或串聯(lián)模式,這兩種模式之間的切換由電池組SOC值決定。當(dāng)SOC≤SOClow時(shí),電池組的剩余電量較低,則發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)ISG電機(jī)給電池組充電,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在串聯(lián)模式下;當(dāng)SOC＞SOClow時(shí),電池組不需要充電,則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在純電動(dòng)模式下,在純電動(dòng)和串聯(lián)模式下,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩由主電機(jī)提供,主電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為

發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速高于ni時(shí)可參與驅(qū)動(dòng),如果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求較小,發(fā)動(dòng)機(jī)處于B區(qū)域,如果此時(shí)SOC＜SOCmid,則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)切換到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電模式,通過ISG電機(jī)消耗掉發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在C區(qū)域內(nèi)的燃油效率最優(yōu)曲線上,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為

式中:TECO(n)為當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下燃油效率最優(yōu)曲線對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩;TISG的值為負(fù),表示ISG電機(jī)提供的是與驅(qū)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩。

如果SOC≥SOCmid,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)切換到純電動(dòng)模式,主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)切換到純電動(dòng)模式的主要原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)ISG電機(jī)發(fā)電的綜合效率不高,系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量通過主電機(jī)回饋制動(dòng)來為電池充電,減少發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電的充電方式,以達(dá)到節(jié)能的目的。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求較大時(shí),如果發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)將工作在D區(qū)域,這種情況下如果SOC＞SOClow,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式工作,主電機(jī)參與驅(qū)動(dòng)并提供一部分轉(zhuǎn)矩,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在C區(qū)域內(nèi)的燃油效率最優(yōu)曲線上,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和主電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為

如果SOC≤SOClow,為避免電池組的剩余電量過低而損壞電池組,主電機(jī)不參與驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)切換到發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式,發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與式(9)相同。

除上述工況的其它工況,則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下工作,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

根據(jù)上述的控制思想,只要電池組的SOC值高于SOClow,即可使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效的C區(qū)域內(nèi)。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同模式之間切換時(shí),按照上述控制算法計(jì)算出的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)和主電機(jī))的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)出現(xiàn)突變的情況,為避免驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的突變帶來的沖擊,在模式切換的動(dòng)態(tài)過程中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

式中:Tx(k)為動(dòng)態(tài)過程中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制轉(zhuǎn)矩; Txa(k)為動(dòng)態(tài)過程中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩;Txd(k)為切換后執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩;tn為切換動(dòng)態(tài)過程的過渡時(shí)間;δ為程序執(zhí)行的時(shí)間步長。

1.2.2 制動(dòng)工況的協(xié)調(diào)控制策略

當(dāng)Trq＜0時(shí),混合動(dòng)力客車處于制動(dòng)工況。在此工況下,混合動(dòng)力客車可通過氣壓制動(dòng)系統(tǒng)和主電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),但要實(shí)現(xiàn)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)需要對制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改裝。由于改裝工作較復(fù)雜,而且不成熟的改裝會(huì)影響行車安全,目前在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),混合動(dòng)力客車只采用主電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),所以在制動(dòng)工況下主電機(jī)的控制轉(zhuǎn)矩為

2 控制策略的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖5 混合動(dòng)力實(shí)驗(yàn)客車

為驗(yàn)證混合動(dòng)力客車自適應(yīng)巡航控制算法的有效性和可靠性,開發(fā)了基于MICROAUTOBOX的整車控制器,并在如圖5所示的實(shí)驗(yàn)車上對所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。該實(shí)驗(yàn)車為本課題組與廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司共同開發(fā)的混聯(lián)混合動(dòng)力客車。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括采用模擬雷達(dá)信號(hào)的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和采用真實(shí)雷達(dá)信號(hào)的實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)。

2.1 采用模擬雷達(dá)信號(hào)的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)

在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用模擬的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),模擬的前車車速以正弦波和三角波形式變化。對不同的信號(hào)周期和速度范圍的模擬信號(hào)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn),圖6和圖7分別為前車速度范圍為30～50km/h,信號(hào)周期為50s,信號(hào)形式為正弦波和三角波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中,將本車的巡航速度設(shè)定為60km/h。

由圖可以看出,當(dāng)自適應(yīng)巡航控制達(dá)到穩(wěn)定后,本車車速對目標(biāo)車速的跟隨性能很好,距離誤差也很小,本車可以很好地跟隨前車行駛。由于在實(shí)驗(yàn)時(shí),電池的SOC值較高,混合動(dòng)力客車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有工作在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)且發(fā)電的模式,因此ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一直為0,在圖中沒有表示。圖6(d)和圖7(d)為主電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩分配,由圖中可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)在大部分時(shí)間都工作在燃油效率最優(yōu)曲線上。由電池的SOC值可以看出,當(dāng)主電機(jī)回饋制動(dòng)時(shí),電池的SOC升高,雖然主電機(jī)參與了驅(qū)動(dòng),但由于主電機(jī)回饋制動(dòng)的作用,電池的SOC在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中基本沒有降低。圖6(f)和圖7(f)為自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的工作模式,其中:0表示未進(jìn)入巡航控制;1表示定速巡航模式;2表示距離保持模式;4表示接近模式。

2.2 采用真實(shí)雷達(dá)信號(hào)的實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證控制算法的有效性和可靠性,在實(shí)際道路上采用真實(shí)的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。圖8為一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在實(shí)驗(yàn)時(shí),前車以一定加速度進(jìn)行加速和減速,本車的巡航速度設(shè)定為60km/h,跟隨前車行駛。

由圖中可以看出,當(dāng)自適應(yīng)巡航控制進(jìn)入距離保持模式后,本車對前車的速度跟隨效果很好,距離誤差也很小。圖8(d)為各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩分配,由于在實(shí)驗(yàn)時(shí)電池的SOC值相對較低,ISG電機(jī)進(jìn)行了發(fā)電控制,發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中都處于起動(dòng)狀態(tài),這是由于在實(shí)驗(yàn)時(shí)開啟了空調(diào)系統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)被強(qiáng)制起動(dòng)的緣故。

圖6 正弦波輸入工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

針對混聯(lián)混合動(dòng)力客車的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了自適應(yīng)巡航控制算法,在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)際道路上對控制算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出以下結(jié)論。

(1)所設(shè)計(jì)的控制算法可實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力客車的自適應(yīng)巡航控制。

圖7 三角波輸入工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(2)所設(shè)計(jì)的控制算法可保證本車很好地跟隨前車行駛,提高了本車的行駛安全性,并減輕了駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)。

圖8 真實(shí)雷達(dá)信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(3)所設(shè)計(jì)的控制算法可使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在燃油效率較高的區(qū)域,并可通過主電機(jī)回饋制動(dòng)回收能量,提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

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A Research on Adaptive Cruise Control for Hybrid Electric Bus

Feng Chong,Zhang Donghao,Luo Yugong&Li Keqiang
Tsinghua University,State Key Laboratory of Automotive Safety&Energy,Beijing 100084

In order to lower the driving burden of driver and comprehensively improve the driving safety, energy saving and environmental protection performances of vehicle,an adaptive cruise control(ACC)algorithm is proposed for a hybrid electric bus.The control algorithm adopts a hierarchical control structure,in which the upper layer,multi-mode switching controller,is for obtaining desired vehicle acceleration according to the driving state of ego vehicle and front vehicle,while the lower layer,torque coordination controller,is for fulfilling the coordination control of the driving torques of engine,integrated starter/generator and driving motor according to the desired acceleration obtained from the upper layer controller.A vehicle controller is developed based on MICROAUTOBOX and is verified through both drum test with simulated radar signal and actual road test using real radar signal.The results show that the hierarchical control system developed can realize the adaptive cruise control of hybrid electric bus,not only reducing driver's burden,improving driving safety,but also realizing the energy saving and emission reduction of vehicle to a certain extent.

HEB;ACC;hierarchical control;multi-mode switching;coordination control

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.01.011

*國家自然科學(xué)基金(51575295)資助。

原稿收到日期為2015年12月28日。

馮沖,博士,E-mail:bhfengchong@163.com。