一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,由基于最速跟蹤微分器的模糊控制器(TD-Fuzzy)和PID控制器組合控制實現(xiàn)?;谶@種控制算法的車載電子控制單元(ECU)接受來自各種車載傳感器的信息,根據(jù)滑轉(zhuǎn)率定義式由期望滑轉(zhuǎn)率計算出此時的期望車輪轉(zhuǎn)速,與實際車輪轉(zhuǎn)速進行比較后,經(jīng)TD-Fuzzy和PID組合控制方法得到電動汽車驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整值,實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)整,從而降低在電動汽車驅(qū)動過程中的滑轉(zhuǎn)率,實現(xiàn)驅(qū)動防滑,提高電動汽車行駛穩(wěn)定性。本發(fā)明致力于由智能控制器根據(jù)控制算法調(diào)整電機的輸出轉(zhuǎn)矩以實現(xiàn)電動汽車驅(qū)動防滑。
【專利說明】一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車控制【技術(shù)領域】,具體涉及一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊 組合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油等化石能源的枯竭和環(huán)境污染問題的越來越嚴重,內(nèi)燃機車在未來顯然 不能滿足社會發(fā)展的需要,人們也積極尋找到和關注它的替代品一電動汽車。電動汽車使 用電能,零排放,本身不會對環(huán)境造成任何污染。國外有科學研宄表明即使在現(xiàn)階段計算發(fā) 電過程中對環(huán)境造成的污染,電動汽車對環(huán)境造成的污染也會比內(nèi)燃機車下降40%。電動 汽車最大的優(yōu)勢在于其采用電機驅(qū)動,因此其轉(zhuǎn)矩可以精確控制,特別是當使用輪轂電機 后,可以對四個輪子的轉(zhuǎn)矩實行獨立控制,電動汽車可控制的自由度和安全性可以得到很 大的提高,這些都是內(nèi)燃機車無法比擬的。安全性的控制分為被動安全控制和主動安全控 制,被動安全性例如安全帶,安全氣囊等,而電動汽車驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)是一種電動汽車主 動安全性控制系統(tǒng)。當電動汽車在低附著路面上行駛時,特別是加速行駛時,其電機的輸出 轉(zhuǎn)矩可能會超過路面所能提供的最大的附著力所對應的轉(zhuǎn)矩。當此情況發(fā)生時,其輪速與 車速的差距會越來越大,導致車輪急劇滑轉(zhuǎn),滑差率由穩(wěn)定區(qū)進入非穩(wěn)定區(qū),電動汽車與路 面之間的附著力下降,從而極有可能導致安全事故的發(fā)生。
[0003] 傳統(tǒng)上一些驅(qū)動防滑控制方法主要有:
[0004] 1.門限邏輯控制方法。主要是設置門限邏輯控制值來實現(xiàn)驅(qū)動防滑,可設置的門 限邏輯變量可以是門限車輪角加速度等。當檢測到的角加速度信號超過門限值時,由ECU 控制單元調(diào)整電機的輸出轉(zhuǎn)矩,從而實現(xiàn)驅(qū)動防滑。
[0005] 2.PID控制方法。PID控制器在驅(qū)動防滑控制中的應用主要是針對輪胎與地面的 附著率控制。其輸入是實際滑轉(zhuǎn)率與期望滑轉(zhuǎn)率之間的差值,其輸出是電機輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào) 整值,從而實現(xiàn)驅(qū)動防滑。
[0006] 3.模糊控制方法。模糊控制器在驅(qū)動防滑控制中的應用也主要是針對輪胎與地面 的附著率控制。其輸入可以實際滑轉(zhuǎn)率與期望滑轉(zhuǎn)率之間的偏差及偏差的變化率,也可以 使其他的一些物理量,輸出仍然是電機輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)整值。
[0007] 然而,以上幾種傳統(tǒng)的控制方法由于其本身的局限性導致在驅(qū)動防滑控制過程中 影響了其驅(qū)動防滑的效果。例如,門限邏輯控制中,門限邏輯值的設定對于多種復雜路況的 下的不適應性;PID控制多應用于線性系統(tǒng),但含輪胎模型的電動汽車是一個強非線性系 統(tǒng),而且PID參數(shù)對于復雜路況的變化并不具有很好的適應性。對于非線性系統(tǒng)的控制,選 擇模糊控制是一種不錯的選擇,但是模糊控制在控制過程中經(jīng)常會出現(xiàn)存在穩(wěn)態(tài)誤差和震 顫現(xiàn)象。以上幾種控制方法的缺陷導致了目前傳統(tǒng)的電動汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)難以實現(xiàn)令人 十分滿意的驅(qū)動防滑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的是針對一些傳統(tǒng)電動汽車驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)控制過程中存在的問 題,提出一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,包 括TD-Fuzzy(含最速跟蹤微分器的模糊控制器)、PID控制器、閾值開關、電機驅(qū)動器、輪轂 電機和旋轉(zhuǎn)編碼器,所述TD-Fuzzy、PID控制器和閾值開關構(gòu)成電動汽車驅(qū)動防滑的組合 控制器;
[0010] 電動汽車在驅(qū)動過程中,輪胎的滑轉(zhuǎn)率與附著系數(shù)為一種非線性關系,當電動汽 車的輪胎滑轉(zhuǎn)率小于最佳滑轉(zhuǎn)率(期望滑轉(zhuǎn)率)時,輪胎與地面的附著系數(shù)是隨著滑轉(zhuǎn)率 的增加而增加,此時滑轉(zhuǎn)率處于穩(wěn)定區(qū);當電動汽車的輪胎滑轉(zhuǎn)率大于最佳滑轉(zhuǎn)率(期望 滑轉(zhuǎn)率)時,輪胎與地面的附著系數(shù)是隨著滑轉(zhuǎn)率的增加而下降的,此時滑轉(zhuǎn)率處于非穩(wěn) 定區(qū)。驅(qū)動過程中滑轉(zhuǎn)率的定義如下:
[0011]
【權(quán)利要求】
1. 一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,其特征在于:包括TD-Fuzzy(1)、 PID控制器(2)、閾值開關(3)、電機驅(qū)動器(4)、輪轂電機(5)和旋轉(zhuǎn)編碼器(6),所述 TD-Fuzzy(1)、PID控制器(2)和閾值開關(3)構(gòu)成電動汽車驅(qū)動防滑的組合控制器(9); 期望滑轉(zhuǎn)率S(l經(jīng)下面公式(1)轉(zhuǎn)換,可計算得到電動汽車的期望車輪轉(zhuǎn)速信號
其中,%表示期望車輪滑轉(zhuǎn)率,《 ^表示期望車輪轉(zhuǎn)速,v表示車速,r表示車輪半徑; 將期望車輪轉(zhuǎn)速與由旋轉(zhuǎn)編碼器(6)測得的實際車輪轉(zhuǎn)速《a比較,得到轉(zhuǎn)速的誤 差信號E,送入組合控制器(9)中; 根據(jù)誤差信號的大小,所述閾值開關(3)選通TD-Fuzzy(1)或者PID控制器(2)的輸 出控制信號,當誤差信號E的絕對值大于閾值開關(3)的設定值時,選通TD-Fuzzy(1),此時 TD-Fuzzy(1)的控制信號有效;當誤差信號E的絕對值不大于閾值開關(3)的設定值時,選 通PID控制器(2),PID控制器(2)的控制信號有效;控制信號經(jīng)過閾值開關選通后,輸入到 電機驅(qū)動器(4),通過電機驅(qū)動器(4)控制輪轂電機(5)輸出相應的轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速《,輪轂 電機轉(zhuǎn)速《由旋轉(zhuǎn)編碼器(6)測得之后與期望車輪進行比較。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,其特征在 于:所述的TD-Fuzzy(1)由最速跟蹤微分器(7)和模糊控制器⑶構(gòu)成,由最速跟蹤微分器 (7)對輸入的誤差信號進行最速跟蹤,輸出誤差信號的跟蹤值及其誤差信號跟蹤值的變化 率值,再將跟蹤值和變化率值送入到模糊控制器(8)中,輸出信號為電機驅(qū)動器(4)的控制 信號。 所述最速跟蹤微分器(7)經(jīng)過下面公式(2)獲得兩個輸出信號,分別為誤差信號E的 跟蹤值E1P誤差信號跟蹤值的變化率AE%
其中,E#表示誤差信號E的跟蹤值,AE#表示誤差信號跟蹤值的變化率,r(l表示速度因 子,h表不步長; 所述模糊控制器(8)是將信號ElP 過模糊邏輯推理獲得電機驅(qū)動器的控制信 號u,首先將E#及其變化率AE*進行模糊化,其模糊論域均選擇為{-8,-7,-6,…,0,…,6, 7, 8},隸屬度函數(shù)曲線均采取三角形,模糊集合為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},且當輸入模糊 集合元素在ZO附近時,模糊語言豐富,當輸入模糊集合元素遠離ZO時,模糊語言稀疏;在模 糊推理過程中遵循的原則是當E#及其變化率AE#處于零附近,而且是以控制E#為主;控制 信號u的模糊論域可選擇[-600, 600],經(jīng)過采用重心法的清晰化過程后輸出控制信號u。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,其特征在 于:所述的電機驅(qū)動器(4)中PWM調(diào)制方法為空間矢量調(diào)制法和直接轉(zhuǎn)矩控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車驅(qū)動防滑的微分模糊組合控制方法,其特征在 于:所述的輪轂電機(5)為永磁同步電機、異步電機和直流電機之一。
【文檔編號】G05B13/04GK104483833SQ201410568284
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】張建忠, 胡省, 徐帥, 姜永將 申請人:東南大學