王 雪，郇慶婷，冀夢(mèng)甜

(1.黃河交通學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,河南 焦作 454950;2.河南省智能制造技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心,河南 焦作 454950)

對(duì)于電動(dòng)汽車控制過(guò)程來(lái)說(shuō),復(fù)合制動(dòng)屬于一項(xiàng)獨(dú)特控制模式,可以為制動(dòng)過(guò)程提供更高制動(dòng)能力,也可以進(jìn)行收制過(guò)程的動(dòng)能回收,從而獲得更長(zhǎng)的車輛行駛路程,從而滿足復(fù)雜工況制動(dòng)需求[1-2]。

綜合運(yùn)用ABS制動(dòng)方式時(shí)還存在許多缺陷需要克服,并且會(huì)引起系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加,難以滿足實(shí)車試樣要求[3]。進(jìn)行制動(dòng)工作模式切換時(shí)通常是以車輪滑移率作為判斷依據(jù),該方法可有效防止車輪抱死的問(wèn)題,但設(shè)置太小的滑移率切換參數(shù)時(shí)將會(huì)對(duì)制動(dòng)能量的回收造成較大制約,太大時(shí)則會(huì)影響制動(dòng)性能[4-5]。此外可以對(duì)路面附著系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),由此判斷路面實(shí)時(shí)最佳滑移率,根據(jù)以上方式控制滑移率除了可以獲得更高制動(dòng)效能以外還可以更高效回收制動(dòng)能量[6]。

根據(jù)以上研究結(jié)果,本文結(jié)合不同路面附著系數(shù)下的制動(dòng)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)工作模式的切換過(guò)程,并在上述切換過(guò)程中設(shè)置了復(fù)合制動(dòng)模式。以AMEsim/Simulink構(gòu)建復(fù)合制動(dòng)模型對(duì)不同行駛工況開(kāi)展仿真分析,以此驗(yàn)證復(fù)合制動(dòng)策略的可靠性。

1 復(fù)合制動(dòng)控制

結(jié)合制動(dòng)踏板的信號(hào)變化計(jì)算制動(dòng)作用力[7]。通過(guò)復(fù)合制動(dòng)的方式使前后軸獲得制動(dòng)載荷,調(diào)節(jié)車輪電機(jī)和機(jī)械制動(dòng)載荷的比例。

利用Simulink構(gòu)建模糊控制系統(tǒng),以踏板位移變化率作輸入,以制動(dòng)意圖作為輸出。利用x表示踏板位移,取值區(qū)間[0,1],{VS,S,M,B,VB}是模糊語(yǔ)言變量。利用dx代表位移變化率,取值介于[-10,10],在{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}范圍內(nèi)進(jìn)行模糊語(yǔ)言選擇。設(shè)置制動(dòng)意圖區(qū)間[0,3],將其表示成YITU,將模糊語(yǔ)言變量設(shè)定成{S,M,B}。以Z代表制動(dòng)強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)區(qū)間是[0,1],設(shè)置模糊語(yǔ)言變量{VS,S,M,B,VB},建立三角函數(shù)計(jì)算隸屬度。根據(jù)表1參數(shù)設(shè)置模糊推理規(guī)則。

表1 制動(dòng)模糊推理規(guī)則表

將制動(dòng)過(guò)程分成常規(guī)和復(fù)合兩種制動(dòng)方式。其中,常規(guī)制動(dòng)方式被用于傳統(tǒng)車輛,只提供液壓控制與ABS兩種工作模式[8]。選擇制動(dòng)模式需根據(jù)制動(dòng)載荷、轉(zhuǎn)向角、路面附著系數(shù)進(jìn)行綜合分析[9]。再根據(jù)閾值判斷車輛的轉(zhuǎn)向情況。如果車輪轉(zhuǎn)角低于閥值參數(shù)可推斷車輛處于直線運(yùn)行狀態(tài);如果轉(zhuǎn)角比控制閥值更大時(shí)可以判斷車輛處于轉(zhuǎn)向過(guò)程中。在車輛產(chǎn)生轉(zhuǎn)向偏差的情況下,可利用差動(dòng)制動(dòng)方式來(lái)獲得更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向控制效果。

當(dāng)汽車沿低附著路面行駛過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)彎時(shí),較易出現(xiàn)與原行駛軌跡之間的偏差[10]。為確保汽車能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎過(guò)程,通過(guò)差動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)可靠的轉(zhuǎn)向控制目標(biāo),并依據(jù)輪胎的滑移率分析不同的轉(zhuǎn)彎方向。

2 構(gòu)建仿真模型

為本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置以下參數(shù):滿載800 kg;軸距離2.5 m;質(zhì)心坐標(biāo)0.576 m;前軸相對(duì)質(zhì)心的間距保持1.42 m;后軸與質(zhì)心間距1.16 m;控制電機(jī)運(yùn)行過(guò)程的額定功率2 kW,峰值功率9 kW。

通過(guò)MATLAB/Simulink來(lái)共同構(gòu)建制動(dòng)模型,利用AMEsim進(jìn)行復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行控制。圖1是建立得到的仿真模型。

圖1 聯(lián)合仿真數(shù)學(xué)模型

3 仿真分析

3.1 對(duì)開(kāi)路面制動(dòng)仿真

進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)將路面左、右側(cè)附著系數(shù)依次設(shè)定在0.2與0.7,初始速度8.2 m/s,再控制制動(dòng)強(qiáng)度為0.35,到達(dá)2.6 s時(shí)車速降為0。在上述強(qiáng)度下實(shí)施制動(dòng)控制時(shí),保證時(shí)間為安全范圍,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2與圖3所示。

圖2 滑移率曲線

圖3 制動(dòng)力矩曲線

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn),左右側(cè)車輪保持同樣的制動(dòng)力,而滑移率則存在顯著區(qū)別。這主要是由于左側(cè)路面的附著系數(shù)較小,需通過(guò)ABS系統(tǒng)進(jìn)行控制來(lái)獲得最優(yōu)滑移率。右側(cè)路面具備更大附著系數(shù),不必對(duì)滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié)便可使其達(dá)到很低的程度。

3.2 轉(zhuǎn)彎工況制動(dòng)仿真

對(duì)附著系數(shù)為0.4路面仿真,控制轉(zhuǎn)彎速率為20 m/s,圖4是對(duì)前輪轉(zhuǎn)向角測(cè)試結(jié)果。根據(jù)圖4可知,前輪轉(zhuǎn)向角呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì),并在3 s附近達(dá)到15°,之后保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)向角,基本接近15°。

圖4 前輪轉(zhuǎn)角

圖5給出了左后輪仿真測(cè)試得到的滑移率結(jié)果。圖6則是不同條件下的橫擺角速度曲線。圖5是對(duì)調(diào)節(jié)前后的左后輪滑移率測(cè)試數(shù)據(jù)。控制左后輪達(dá)到更小滑移率和制動(dòng)載荷,確保獲得與目標(biāo)橫擺角速度相近的實(shí)際值。根據(jù)圖6可知,橫擺角速度的實(shí)際值跟前輪轉(zhuǎn)角之間呈線性變化。根據(jù)左后輪滑移率,適當(dāng)減小制動(dòng)力矩,獲得接近目標(biāo)值的橫擺角速度。

圖5 左后輪滑移率

圖6 橫擺角速度曲線

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車模糊識(shí)別制動(dòng)強(qiáng)度控制,并開(kāi)展對(duì)開(kāi)路面和轉(zhuǎn)彎工況制動(dòng)仿真分析,取得如下有益結(jié)果:

1) 對(duì)開(kāi)路面制動(dòng)仿真得到,到達(dá)2.6 s時(shí)車速降為0,確保時(shí)間處于安全區(qū)間內(nèi)。左右側(cè)車輪保持同樣的制動(dòng)力,滑移率則存在顯著區(qū)別。

2) 轉(zhuǎn)彎工況制動(dòng)仿真得到,前輪轉(zhuǎn)向角呈現(xiàn)持續(xù)上升,并在3 s附近達(dá)到15°,之后保持穩(wěn)定的15°轉(zhuǎn)向角。通過(guò)減小左后輪滑移率與制動(dòng)力,獲得與目標(biāo)橫擺角速度相近的實(shí)際值。