一种电动汽车再生制动分配系数的确定方法

摘要

本发明公开了一种电动汽车再生制动分配系数的确定方法，先根据理想制动力分配曲线将总制动力分配到前后轮上，然后采用模糊控制算法将电动汽车前轮制动力分配为再生制动力和摩擦制动力。在具体实现过程中，本发明采用以车速，制动力强度和电池SOC作为输入，再生制动比例系数作为输出的模糊控制算法。其中，电池SOC的隶属度函数采用模糊统计法来确定，其他输入输出的隶属度函数则是通过采集大量实验数据，结合实际经验及对安全性的考虑来确定的。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，更为具体地讲，涉及一种电动汽车再生制 动分配系数的确定方法。

背景技术

近年来，电动汽车得到了快速的发展，但是其续航能力不足的问题，已经引 起国内外学者的广泛关注。再生制动控制是提高电动车的行驶里程数的重要途 径。

现有的再生制动力矩分配策略主要有两种：串联式再生制动控制策略和并联 式再生控制策略。串联式再生制动控制策略有着制动能回收率高的特点，但其 缺点也很明显，那就是系统复杂，技术难度大，不易于实现。并联式再生控制 策略是指在制动强度较小时，单独采用再生制动；制动强度中等时，采用再生 制动力与机械制动力按固定比例分配并行制动的策略；大制动强度时，仅采用 机械制动。并联式有着工作可靠、结构简单、便于工程实现的特点，但是它的 能量回收效率不如串联式再生制动分配策略。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车再生制动分配 系数的确定方法，通过模糊控制算法来估算电动汽车再生制动分配系数，这样 可以在保证电动汽车制动安全的前提下，更好的回收能量。

为实现上述发明目的，本发明一种电动汽车再生制动分配系数的确定方法， 其特征在于，包括以下步骤：

(1)、确定模糊控制中输入、输出的隶属度函数

(1.1)、通过踏板传感器采集大量实验数据，构造出制动强度Z的隶属度函 数；

Z＝{Low Middle High}；

其中，Low表示轻度制动，Middle表示中度制动，High表示重度制动；

(1.2)、通过速度传感器采集大量实验数据，构造出速度v的隶属度函数；

其中，速度v分三个等级，表示车速处于第一等级，表示车速处 于第二等级，表示车速处于第三等级；

(1.3)、通过模糊统计法统计出不同荷电状态SOC下，充电电流在可接受大 电流充电状态和不能接受大电流充电状态时的概率，再利用MATLAB进行拟 合，确定出荷电状态SOC的隶属度函数；

SOC＝{Acceptable Unacceptable}；

其中，Acceptable为可接受大电流充电状态，Unacceptable为不能接受大电流 充电状态；

(1.4)、确定输出再生制动分配系数β的隶属度函数；

β＝{Low'Middle'High'}；

其中，输出再生制动分配系数β分三个等级，Low'表示输出再生制动分配系 数β处于第一等级，Middle'表示输出再生制动分配系数β处于第二等级，High'表 示输出再生制动分配系数β处于第三等级；

(2)、确定模糊控制规则

(2.1)、当输出再生制动分配系数β属于Low'时，模糊控制规则的输入条件 为：制动强度Z属于High，或者SOC属于Unacceptable；

(2.2)、当输出再生制动分配系数β属于Middle'时，模糊控制规则的输入条 件为：制动强度Z属于Middle且SOC属于Acceptable且速度v属于或者

(2.3)、当输出再生制动分配系数β属于High'时，模糊控制规则的输入条件 为：制动强度Z属于Middle且SOC属于Acceptable且速度v属于或者制动强 度Z属于Low且SOC属于Acceptable；

(3)、将步骤(2)中模糊控制规则引入到电动汽车模型的制动力分配策略 中

(3.1)、确定电动汽车的前后轮制动力与总制动力关系

(3.1.1)、对前后轮接地点处进行受力分析，得到各受力和电动汽车参数之 间的关系，如下：

$F_{zf}L=Gb+m\frac{dv}{dt}{h}_g$

$F_{zr}L=Ga-m\frac{dv}{dt}{h}_g$

其中，G表示汽车总重量；m表示汽车总质量；L表示轴距；a表示质心前 轴距离；b表示质心后轴距离；h_g表示质心高；F_zf表示前轮法线方向上的反作 用力；F_zr表示后轮法线方向上的反作用力；v表示汽车的速度，表示地面附 着系数，其中，当前后车轮同时抱死时，地面附着系数满足：

(3.1.2)、当前后车轮同时抱死时，前后轮制动力与总制动力的关系满足：

再对上式进行化简整理，可以得到前后轮制动力与总制动力的关系：

$\left(\begin{array}{c}{F}_{\mu r}=\frac{1}{L}(aF-\frac{F^2{h}_g}{G})\\ F_{\mu f}=F-F_{\mu r}\end{array}\right)$

其中，F_ur为后轮制动力，F_uf为前轮制动力；

(3.2)、利用MATLAB对电动汽车当前时刻下的速度v、制动强度Z以 及荷电状态SOC进行拟合，得到当前时刻下的再生制动分配系数β₀；

(3.3)、根据当前时刻下的再生制动分配系数β₀，将前轮制动力F_ur用再 生制动模糊控制法分配成再生制动力F_r和摩擦制动力F_u；

$\left(\begin{array}{c}{F}_r={\beta }_0{F}_{uf}\\ F_u=(1-{\beta }_0)F_{uf}\end{array}\right)$

其中，F_uf为前轮制动力。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明电动汽车再生制动分配系数的确定方法，先根据理想制动力分配曲 线将总制动力分配到前后轮上，然后采用模糊控制算法将电动汽车前轮制动力 分配为再生制动力和摩擦制动力。在具体实现过程中，本专利采用以车速，制 动力强度和电池SOC作为输入，再生制动比例系数作为输出的模糊控制算法。 其中，电池SOC的隶属度函数采用模糊统计法来确定，其他输入输出的隶属度 函数则是通过采集大量实验数据，结合实际经验及对安全性的考虑来确定的。

同时，本发明电动汽车再生制动分配系数的确定方法还具有以下有益效果：

本发明采用的模糊控制再生制动控制策略，并结合串联式和并联式再生控 制策略的优点，使能量回收效率高于并联式再生制动策略，但又较串联式再生 制动策略易于实现；其次，本发明采用的模糊控制再生制动策略使用了制动强 度、电池荷电状态、车速共同来决定再生制动力的分配，使得力矩分配更为合 理，进一步提高了能量回收率，能够在保证驾驶安全的前提下，提高能量利用 率。

附图说明

图1是本发明电动汽车再生制动分配系数的确定方法流程图；

图2是确定模糊控制输入输出的隶属度函数流程图；

图3是制动强度Z的隶属度函数示意图；

图4是速度v的隶属度函数示意图；

图5是荷电状态SOC的隶属度函数示意图；

图6是输出再生制动分配系数β的隶属度函数示意图；

图7是再生制动力系数β与Z-SOC、Z-v、SOC-v间的关系曲面图；

图8是本发明选用的电动汽车的受力分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更 好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设 计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明电动汽车再生制动分配系数的确定方法流程图。

在本实施例中，如图1所示，本发明再生制动分配系数的确定方法，主要 包括以下三个步骤：

T1、确定模糊控制中输入、输出的隶属度函数；

T2、确定模糊控制规则；

T3、将模糊控制规则引入到电动汽车模型的制动力分配策略中。

下面分别对上述三个步骤作详细说明：

T1、确定模糊控制输入输出的隶属度函数

本实施例中，如图2所示，确定模糊控制输入输出的隶属度函数包括以下 步骤：

T1.1)、通过踏板传感器采集大量实验数据，并结合实际经验和对安全性的 考虑，构造出制动强度Z的隶属度函数；

在本实施例中，通过踏板传感器采集大量实验数据，并结合实际经验和对安 全性的考虑，对制动强度Z的划分方法，制动强度Z的隶属度函数如图3所示， 制动强度Z的隶属度函数为：Z＝{Low Middle High}，其中：Low表示轻度制动， 范围大致在0～0.15；Middle表示中度制动，范围大致在0.15～0.65；High表示重 度制动，范围大致在0.65～1；

T1.2)、通过速度传感器采集大量实验数据，并结合实际经验和对安全性的 考虑，构造出速度v的隶属度函数；

在本实施例中，通过速度传感器采集大量实验数据，并结合实际经验和对安 全性的考虑，构造出速度v的隶属度函数，如图4所示，速度v的隶属度函数为： 其中：表示车速处于第一等级，范围大致在0～20km/h； 表示车速处于第二等级，范围大致在20～45km/h；表示车速处于第三 等级，范围大致在45km/h以上；

T1.3)、确定出荷电状态SOC的隶属度函数

电动汽车蓄电池的荷电状态，即电池SOC，它的大小直接影响了蓄电池对 充电电流的接受能力；SOC值越大，蓄电池可接受的最大电流就会越小。而再 生制动力的大小又能改变电机发电的电流大小，因此在针对不同的电池SOC状 态下，应该采用合理的再生制动力系数来控制电机发电电流大小，这样才能使 电池的充电电流在合理的范围之内。

在本实施例中，通过使用模糊统计法来确定输入参数SOC的隶属度函数。 具体流程为：先通过ADVISOR仿真得到所有SOC状态下的充电电流大小，然后 通过模糊统计法统计出不同荷电状态SOC下，充电电流在可接受大电流充电状 态和不能接受大电流充电状态时的概率，我们再利用MATLAB进行拟合，确 定出荷电状态SOC的隶属度函数，如图5所示，荷电状态SOC的隶属度函数为： SOC＝{Acceptable Unacceptable}，其中，Acceptable为可接受大电流充电状态，范 围大致在0～0.8；Unacceptable为不能接受大电流充电状态，范围大致在0.8～1；

T1.4)、确定输出再生制动分配系数β的隶属度函数；

根据大量的仿真实验，并结合实际经验和对安全性的考虑，确定输出参数再 生制动比例β的隶属度函数，如图6所示，输出再生制动分配系数β的隶属度函 数为：β＝{Low'Middle'High'}，其中：Low'表示β处于第一等级，范围大致在 0～0.3；Middle'表示β处于第二等级，范围大致在0.3～0.7；High'表示β处于第三 等级，范围大致在0.7～1；

T2、确定模糊控制规则

在制定再生制动模糊控制规则时，应尽量保证整车的安全性与舒适性，同时 尽可能回收更多的能量。而Sugeno型模糊推理具有很高的运算效率，可以协 同线性控制理论，使用优化和自适应技术，保证输出平面的连续性等优点，因 此本实施例中采用Sugeno推理。

在本实施例中，根据输出再生制动分配系数β可以制定再生制动模糊控制规 则，具体规则如下：

(T2.1)、当输出再生制动分配系数β属于Low'时，模糊控制规则的输入条 件为：制动强度Z属于High，或者SOC属于Unacceptable；

(T2.2)、当输出再生制动分配系数β属于Middle'时，模糊控制规则的输入 条件为：制动强度Z属于Middle且SOC属于Acceptable且速度v属于或者

(T2.3)、当输出再生制动分配系数β属于High'时，模糊控制规则的输入条 件为：制动强度Z属于Middle且SOC属于Acceptable且速度v属于或者制动 强度Z属于Low且SOC属于Acceptable；

根据(T2.1)～(T2.3)可以生成模糊控制规则表，如表1所示，共有18条 规则。

表1是模糊控制规则表；

表1

根据上述隶属度函数及模糊控制规则，可以得到如图7所示的曲面，该曲面 是通过MATLAB拟合得到，通过设定输入输出隶属度函数及相应规则后计算得 到的再生制动力系数β和Z-SOC之间，β和Z-v之间，β和SOC-v之间的关系 曲面。

T3、将模糊控制规则引入到电动汽车模型的制动力分配策略中

(T3.1)、确定电动汽车的前后轮制动力与总制动力关系

(T3.1.1)、如图8所示，对前后轮接地点处进行受力分析，得到各受力和 电动汽车参数之间的关系，如下：

$F_{zf}L=Gb+m\frac{dv}{dt}{h}_g$

$F_{zr}L=Ga-m\frac{dv}{dt}{h}_g$

其中，G表示汽车总重量；m表示汽车总质量；L表示轴距；a表示质心 前轴距离；b表示质心后轴距离；h_g表示质心高；F_zf表示前轮法线方向上 的反作用力；F_zr表示后轮法线方向上的反作用力；v表示汽车的速度，表示地面附着系数，其中，当前后车轮同时抱死时，地面附着系数满 足：

在本实施例中，选用的电动汽车模型的部分参数如表2所示：

表2是电动汽车模型的参数表；

项目 数据 电动汽车总质量m(kg) 1200 外形尺寸(mm*mm*mm) 3900*1555*1670 质心前轴距离a(m) 1.452 重心高度h_g(m) 0.8

轴距L(m) 2.420

表2

其中，前轮法线方向上的反作用力F_zf满足：

后轮法线方向上的反作用力F_zr满足：

(T3.1.2)、当前后车轮同时抱死时，前后轮制动力与总制动力的关系满足：

再对上式进行化简整理，可以得到前后轮制动力与总制动力的关系：

$\left(\begin{array}{c}{F}_{\mu r}=\frac{1}{L}(aF-\frac{F^2{h}_g}{G})\\ F_{\mu f}=F-F_{\mu r}\end{array}\right)$

其中，F_ur为后轮制动力，F_uf为前轮制动力；

(T3.2)、利用MATLAB对电动汽车当前时刻下的速度v、制动强度Z以及 荷电状态SOC进行拟合，得到当前时刻下的再生制动分配系数β₀；

其中，当前时刻下的制动强度Z的计算方法为：

$Z=\frac{dv}{gdt}$

其中，g表示重力加速度，t表示时间；

(T3.3)、根据当前时刻下的再生制动分配系数β₀，将前轮制动力F_ur用 再生制动模糊控制法分配成再生制动力F_r和摩擦制动力F_u；

$\left(\begin{array}{c}{F}_r={\beta }_0{F}_{uf}\\ F_u=(1-{\beta }_0)F_{uf}\end{array}\right)$

其中，F_uf为前轮制动力。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的 技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本 技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的 本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明 创造均在保护之列。