基於模糊邏輯的制動控制的製作方法
2023-06-16 02:23:16
基於模糊邏輯的制動控制的製作方法
【專利摘要】提供了用於對車輛的車輪的制動進行控制的控制器。控制器包括到摩擦制動器的第一連接、到電動機/發電機的第二連接、到多個傳感器的第三連接、以及模糊邏輯模塊。電動機/發電機被配置成以驅動模式驅動車輪，並以再生制動模式對車輪進行制動。車輛的操作參數由多個傳感器感測。模糊邏輯模塊配置成基於來自多個傳感器的數據來確定車輛和車輪的穩定性。模糊邏輯模塊基於車輛和車輪的穩定性在以再生制動模式操作下的電動機/發電機與摩擦制動器之間分配製動力。
【專利說明】基於模糊邏輯的制動控制
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制混合車輛中的再生制動與摩擦制動之比。具體地，模糊邏輯用於確定再生和摩擦制動的量，以基於各種感測參數來使用。
【背景技術】
[0002]混合車輛通常使用再生制動來使車輛減速並給電池充電。然而，在某些情況下(例如，在諸如打滑(skid)校正的動態操縱期間)，由於摩擦制動所提供的較大制動控制，車輛使用摩擦制動。
【發明內容】
[0003]本發明使用模糊邏輯來確定車輛的每個車輪的再生制動與摩擦制動之比，從而能夠實現再生制動的較大使用，且因此能夠實現來自車輛的能量的較大再獲得。
[0004]在一個實施例中，本發明提供了用於對車輛的車輪的制動進行控制的控制器。控制器包括到摩擦制動器的第一連接、到電動機/發電機的第二連接、到多個傳感器的第三連接、以及模糊邏輯模塊。電動機/發電機被配置成以驅動模式來驅動車輪並以再生制動模式對車輪進行制動。車輛的操作參數由多個傳感器感測。模糊邏輯模塊被配置成基於來自多個傳感器的數據來確定車輛和車輪的穩定性。模糊邏輯模塊基於車輛和車輪的穩定性在摩擦制動器和以再生制動模式操作下的電動機/發電機之間分配製動力。
[0005]在另ー實施例中，本發明提供了在車輛中在再生制動器和摩擦制動器之間分配製動カ的方法。該方法包括接收車輪的感測速度、車輛的偏航率、以及車輛的橫向加速度；確定車輪的加速度/減速度、車輪的打滑、以及車輪的加速度變化率；對車輪的加速度變化率、打滑、偏航率、橫向加速度和加速度/減速度執行第一模糊操作，第一模糊操作返回指示相應的車輪參數的穩定性的值；對車輛速度執行第二模糊操作，第二模糊操作返回指示車輛速度對車輛的穩定性的影響的值；經由第三模糊操作來確定經由再生制動對比摩擦制動所施加的制動功率的量；以及提供經由再生制動相比再生制動器所施加的制動功率的量的指示。
[0006]在另ー實施例中，本發明提供了車輛，其包括車輪、車輪速度傳感器、被配置成使車輪制動的摩擦制動器、被配置成以驅動模式驅動車輪並以再生制動模式對車輪進行制動的電動機/發電機、被配置成感測車輛的油門的位置的油門傳感器、被配置成感測車輛的制動踏板的位置的制動踏板傳感器、感測車輛的操作參數的多個傳感器、以及耦合到車輪速度傳感器、摩擦制動器、電動機/發電機、油門傳感器、制動踏板傳感器和多個傳感器的控制器。控制器包括模糊邏輯模塊，該模糊邏輯模塊被配置成基於來自多個傳感器的數據來確定車輛的穩定性，並基於車輛的穩定性在以再生制動模式操作下的電動機/發電機與摩擦制動器之間分配製動力。
[0007]通過考慮詳細的描述和附圖，本發明的其它方面將變得明顯。【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是車輛的方框圖。
[0009]圖2是用於在再生制動器和摩擦制動器之間分配製動カ的基於模糊邏輯的系統的模型。
[0010]圖3是用於基於車輛速度來確定加權因子的模糊邏輯曲線。
[0011]圖4是用於基於輸入和一對變量來確定輸出的第一模糊邏輯曲線。
[0012]圖5是用於基於輸入和一對變量來確定輸出的第二模糊邏輯曲線。
【具體實施方式】
[0013]在詳細說明本發明的任何實施例之前，應理解的是，本發明在其應用中不限於在下面的描述中闡述或在下面的附圖中示出的部件的結構和布置的細節。本發明能夠有其它實施例並能夠以各種方式被實踐或實現。
[0014]圖1示出混合車輛100。車輛100包括左前輪105、右前輪110、左後輪115和右後輪120。車輪105-120中的每個具有相關聯的電動機/發電機125-140。車輪能夠由內燃機145和/或其電動機125-140 (其在所示的實施例中被定位成直接相鄰於每個車輪)驅動。車輛100還包括多個傳感器，其包括車輪速度傳感器150-165(每個車輪速度傳感器與車輪105-120之一相關聯)、轉向角傳感器170、橫向加速度傳感器180、縱向加速度傳感器185、偏航率傳感器190、油門位置傳感器195和制動踏板位置傳感器200。傳感器170-200向發動機控制單元(ECT) 205提供它們感測的各種參數的指示,該發動機控制單元(ECT) 205包括電子穩定性控制功能。在一些實施例中，不使用這些傳感器中的ー個或多個。替代地，使用來自ー個或多個其它傳感器的數據來進行由傳感器提供的信息。
[0015]圖2示出使用模糊邏輯在針對車輛100車輪的再生制動和摩擦制動之間分配製動控制的系統的操作的模型250的方框圖。模型250可以以硬體、軟體、或硬體與軟體的組合來實現。此外，下述模塊能夠以硬體、軟體或硬體與軟體的組合來實現，並且可以是集成式或分布式的。車輪速度傳感器150-165、轉向角傳感器170、橫向加速度傳感器180、縱向加速度傳感器185、偏航率傳感器190、油門位置傳感器195和制動踏板位置傳感器200向E⑶205提供指示它們各自感測的參數的信號。E⑶205的電子穩定性控制(ESC)模塊255向加速度/減速度模塊260提供關於制動踏板和油門位置的信息。模塊260確定期望的加速度/減速度(例如，以米每平方秒m/s2為單位)。模塊向減法器265提供期望的加速度/減速度。ESC模塊255還向減法器265提供實際加速度/減速度267 (以m/s2為單位)的指示。實際加速度/減速度從縱向加速度傳感器185獲得。在一些實施例中，使用來自除了縱向加速度傳感器185以外的傳感器(例如，使用車輪速度傳感器)的數據來確定加速度/減速度。減法器265產生指示在期望的加速度/減速度和實際加速度/減速度之間的差的誤差信號270。將誤差信號270提供到比例-積分-微分(PID)控制器275。PID控制器275是產生制動信號280的閉環控制器，該制動信號280指示了應基於當前和過去的期望和實際車輛加速度/減速度來施加的制動カ的量。制動信號280指示應施加到單獨的車輪的制動カ的量。
[0016]制動信號280被饋送到模糊邏輯控制器285。模糊邏輯控制器285還從ESC模塊255接收多個信號290。多個信號290包括關於以下數據:車輪速度、車輛加速度/減速度、車輪加速度變化率、車輪打滑、車輛橫向加速度和車輛偏航率。使用多個信號290，模糊邏輯控制器285在再生制動和摩擦制動之間分配製動カ。模糊邏輯控制器285確定車輛100和單獨車輪的穩定性，從而賦予零(即，非常不穩定)和一(非常穩定)之間的值。穩定性越大，分配給再生制動的制動カ就越大。模糊邏輯控制器285產生指示將通過再生制動所施加的力的信號295和指示將通過摩擦制動所施加的力的信號300。
[0017]存在對再生制動可提供的制動カ的量的限制。這被稱為再生制動飽和點。模糊邏輯控制器285向飽和模塊305提供信號295。如果由再生制動所施加的制動カ超過飽和點，則飽和模塊305向再生制動器提供信號，以施加其最大制動力，井向加法器310提供指示制動カ的量超過飽和點的信號。加法器310將超過飽和點的力的量與從模糊邏輯控制器285接收的摩擦制動カ(信號300)的量相組合，井向摩擦制動系統提供指示摩擦制動系統應提供的組合制動カ的信號。
[0018]在一些實施例中，E⑶205和/或其它模塊包括處理器(例如，微處理器、微控制器、ASIC、DSP等)和可在處理器內部、處理器外部或這兩者的存儲器(例如，快閃記憶體、ROM、RAM、EEPROM等，即，非臨時計算機可讀介質)。
[0019]模糊邏輯控制器285的操作
[0020]模糊邏輯控制器285使用多個過程變量和感測參數。以下項目示出了由模糊邏輯控制器所使用的變量和參數:
[0021]V=車輛速度(m/s)。
[0022]V=來自偏航率傳感器190的以弧度每秒(rad/s)為單位的偏航輸入。
[0023]y =基於車輛速度的基於模糊的加權因子。
[0024]X =車輪打滑(％)。
[0025]V」=車輪加速度變化率(m/s3)。
[0026]V』 =車輪加速度/減速度(m/s2)。
[0027]Ay=橫向加速度(m/s2)(來自橫向加速度傳感器180)。
[0028]axF=縱向加速度(m/s2)(來自縱向加速度傳感器185)。
[0029]X1是基於V』的第一模糊邏輯操作的輸出。
[0030]X2是基於V」的第二模糊邏輯操作的輸出。
[0031]X3是基於入的第三模糊邏輯操作的輸出。
[0032]X4是基於Ay的第四模糊邏輯操作的輸出。
[0033]X5是基於V的第五模糊邏輯操作的輸出。
[0034]Y1^Y2, Y3是臨時變量。
[0035]C1和C2是基於模糊邏輯操作來預設的參數。
[0036]RB是總制動カ的再生制動部分。
[0037]FB是總制動カ的摩擦制動部分。
[0038]每個模糊邏輯操作返回零和一之間(包括零和一)的值。在一些實施例中，使用圖3所示的圖表基於車輛100的速度來確定Y。當車輛100以小於5m/s的速度行進時，Y=l。當車輛100以大於20m/s的速度行進時，Y =0.5。當車輛100以在5和20m/s之間的速度行進時，Y由如圖3所不的方程Y =1 - (V -5)/30來確定。
[0039]在一些實施例中，使用圖4所示的曲線來確定X1、X2、X4和X5。當車輛正在加速時使用圖5所示的曲線而當車輛正在減速時使用圖4中的曲線來確定X3。在一個實施例中，當車輛100起動(從停止加速)或加速時:
[0040]使用輸入IV』 I和參數Cl=4.2m/s2及C2=6.0m/s2來確定X:。
[0041]使用輸入|V，I和參數CfSm/s3及C2=20m/s3來確定X2。
[0042]使用輸入\和參數Cff(V)及C2=f(V)來確定X3。
[0043]使用輸入|Ay I和參數Ci=3.0m/s2及C2=9.0m/s2來確定X4。
[0044]使用輸入I V I 和參數 C1=0.4rad/s 及 C2=0.7rad/s 來確定 X5。
[0045]以及當車輛100正在減速時:
[0046]使用輸入|V，I 和參數 C1=8.4m/s2 及 C2=14.0m/s2 來確定 X1。
[0047]使用輸入|V，I和參數CflSm/s3及C2=150m/s3來確定X2。
[0048]使用輸入入和參數C1=0.03及C2=0.07來確定X3。
[0049]使用輸入I ay |和參數(^=2.0m/s2及C2=8.0m/s2來確定X4。
[0050]使用輸入I V I 和參數 C1=0.3rad/s 及 C2=0.6rad/s 來確定 X5。
[0051]一旦Xl到X5被確定，就將它們用於對以下方程進行求解:·[0052]Y1= y *MIN(X1, X2)+ (1- y )*(XfX2)/2
[0053]Y2= y *MIN (Y1, X3)+ (1- Y ) * (YfX3) /2
[0054]Y3= Y *MIN(Y2, X4)+ (1- y)*(Y2+X4)/2
[0055]然後由下式確定要被施加到再生制動PR的制動カ的部分:
[0056]Pe= y *MIN (Y3, X5)+ (1- Y ) * (Y3+X5) /2
[0057]最後，通過使該部分乘以PID控制器285的輸出來確定實際再生制動カBR:
[0058]Be=Pe^PIDOUT
[0059]以及，通過將要被施加到摩擦制動的部分(1-PR)乘以PID控制器285的輸出來確定實際摩擦制動カBF:
[0060]Bf=(1-Pe) *PID0UT
[0061]再次，超過預定飽和閾值的任何BR均被加到BF。針對四個車輪中的每個來執行該過程。
[0062]例如，對於車輛100以10m/s ( y =0.83)行進並以慢速率(V』 <4.2m/s2)加速的情況，車輪加速度變化率小(V」〈2m/s3)，車輪打滑小，車輛偏航率小(v〈0.4rad/s)，且車輛橫向加速度小(Ay〈3.0m/s2)。此外，Xl到X5都為1.0 (非常穩定)。對上面的方程求解導致RB為一。這意味著所有制動カ(一直到飽和)都經由再生制動來施加。
[0063]作為第二示例，考慮車輛100在轉彎中制動且車輛100以相對快的車輪減速度(V，~12m/s2)從20m/s ( Y =0.5)減速的情況，車輪加速度變化率中等(V」~82m/s3)，車輪打滑中等，車輛偏航率相對較大(V~5.4rad/s),以及車輛橫向加速度大(Ay~7.7m/s2),使用模糊操作Xl=0.3、X2=0.5、X3=0.6、X4=0.1、X5=0.2，並對上面的方程求解，得到Yl=0.35、Y2=0.4125、Y3=0.1781 和 RB=0.1836。因此，FB=0.8164。因為感測參數指示車輛100和車輪相對不穩定，所以制動カ的82%使用摩擦制動來施加，而18%經由再生制動來施カロ。然而，再生制動的這18%大於現有技術系統，現有技術系統每當遇到不穩定的條件時達到了 100%摩擦制動和0%再生制動。
[0064]上面使用的變量僅作為示例，且並不意在限制性的。變量可基於實際車輛測試來選擇，並可在不同的車輛之間變化。
[0065]因此，本發明除了別的以外還提供了基於模糊邏輯的制動控制系統。在所附權利要求中闡述了本發明的各種特徵和優點。
【權利要求】
1.一種用於對車輛的車輪的制動進行控制的控制器，所述控制器包括: 到摩擦制動器的第一連接； 到電動機/發電機的第二連接，所述電動機/發電機被配置成以驅動模式驅動所述車輪，並以再生制動模式對所述車輪進行制動； 到多個傳感器的第三連接，所述多個傳感器感測所述車輛的操作參數；以及模糊邏輯模塊，其被配置成基於來自所述多個傳感器的數據來確定所述車輛和所述車輪的穩定性，並基於所述車輛和所述車輪的所述穩定性在以所述再生制動模式下操作的所述電動機/發電機與所述摩擦制動器之間分配製動力。
2.如權利要求1所述的控制器，其中所述多個傳感器包括油門位置傳感器、制動踏板位置傳感器、偏航率傳感器、車輪速度傳感器和橫向加速度傳感器。
3.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊至少部分地基於所述車輪的打滑來確定所述車輛的穩定性。
4.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊至少部分地基於所述車輪的加速度/減速度來確定所述車輛的穩定性。
5.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊至少部分地基於所述車輪的加速度變化率來確定所述車輛的穩定性。
6.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊至少部分地基於所述車輪的橫向加速度來確定所述車輛的穩定性。
7.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊至少部分地基於所述車輪的偏航率來確定所述車輛的穩定性。`
8.如權利要求1所述的控制器，其中所述控制器基於下式來確定再生制動與摩擦制動之比:
Y1= y *MIN (X1, X2)+ (1- Y ) * (XJX2) /2
Y2= y *MIN (Y1, X3)+ (1- Y ) * (YJX3) /2
Y3= Y *MIN (Y2, X4)+ (1- Y ) * (Y2+X4) /2
其中 Y=基於所述車輛的速度的基於模糊的加權因子， X1是基於所述車輪的加速度/減速度的第一模糊邏輯操作的輸出， X2是基於所述車輪的加速度變化率的第二模糊邏輯操作的輸出， X3是基於所述車輪的打滑的第三模糊邏輯操作的輸出， X4是基於所述車輛的橫向加速度的第四模糊邏輯操作的輸出， X5是基於所述車輛的偏航率的第五模糊邏輯操作的輸出，以及 再生制動的比=Y *MIN (Y3, X5)+ (1- y)*(Y3+X5)/2。
9.如權利要求1所述的控制器，其中所述模糊邏輯模塊返回在零和一之間且包括零和一的值。
10.如權利要求1所述的控制器，還包括用於確定待施加的制動カ的總量的PID功能。
11.如權利要求10所述的控制器，其中基於所計算的比在再生制動和摩擦制動之間對制動カ的所述總量進行分配。
12.如權利要求1所述的控制器，還包括飽和模塊，所述飽和模塊將應用於再生制動的制動カ的量與閾值相比較，並將應用於再生制動的制動カ的超過所述閾值的量分配給所述摩擦制動。
13.一種在車輛中在再生制動器和摩擦制動器之間分配製動カ的方法，所述方法包括: 接收車輪的感測速度、所述車輛的偏航率、以及所述車輛的橫向加速度； 確定所述車輪的加速度/減速度、所述車輪的打滑、以及所述車輪的加速度變化率；對所述車輪的加速度變化率、打滑、偏航率、橫向加速度、以及加速度/減速度執行第一模糊操作，所述第一模糊操作返回用於指示相應的車輪參數的穩定性的值； 對車輛速度執行第二模糊操作，所述第二模糊操作返回用於指示所述車輛速度對所述車輛的穩定性的影響的值； 經由第三模糊操作來確定經由再生制動對比摩擦制動所施加的制動功率的量；以及 提供經由再生制動相比再生制動器所施加的制動功率的量的指示。
14.如權利要求13所述的方法，其中使用下式來確定經由所述再生制動相比所述摩擦制動所施加的制動功率的量:
Y1= y *MIN (X1, X2)+ (1- Y ) * (XJX2) /2
Y2= y *MIN (Y1, X3)+ (1- Y ) * (YJX3) /2
Y3= Y *MIN (Y2, X4)+ (1- Y ) * (Y2+X4) /2
其中 Y=基於所述車輛速度的基於模糊的加權因子， X1是基於所述車輪的加速度/減速度的第一模糊邏輯操作的輸出， X2是基於所述加速度變化率的第二模糊邏輯操作的輸出， X3是基於所述車輪的打滑的第三模糊邏輯操作的輸出， X4是基於所述車輛的橫向加速度的第四模糊邏輯操作的輸出， X5是基於所述車輛的偏航率的第五模糊邏輯操作的輸出，以及 再生制動的比=Y *MIN (Y3, X5)+ (1- y)*(Y3+X5)/2。
15.如權利要求13所述的方法，其中指示穩定性的值在零和一之間，且包括零和一。
16.如權利要求13所述的方法,還包括通過PID功能確定待施加的制動カ的總量。
17.如權利要求13所述的方法，還包括基於所計算的比在所述再生制動和所述摩擦制動之間對制動力的總量進行分配。
18.如權利要求13所述的方法，還包括確定再生制動カ的超過飽和閾值的量，並將再生制動カ的超過閾值的量分配給所述摩擦制動。
19.一種車輛，包括 車輪； 車輪速度傳感器； 摩擦制動器，其被配置成使所述車輪制動； 電動機/發電機，其被配置成以驅動模式來驅動所述車輪，並以再生制動模式來對所述車輪進行制動； 油門傳感器，其被配置成感測所述車輛的油門的位置； 制動踏板傳感器，其被配置成感測所述車輛的制動踏板的位置；多個傳感器，其感測所述車輛的操作參數； 控制器，其耦合到所述車輛速度傳感器、所述摩擦制動器、所述電動機/發電機、所述油門傳感器、所述制動踏板傳感器、以及所述多個傳感器，所述控制器包括模糊邏輯模塊，所述模糊邏輯模塊被配置成基於來自所述多個傳感器的數據來確定所述車輛的穩定性，並基於所述車輛的穩定性在以再生制動模式下操作的所述電動機/發電機與所述摩擦制動器之間分 配製動力。
【文檔編號】B60T8/174GK103596821SQ201280027323
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月3日 優先權日:2011年5月3日
【發明者】H-C·吳, E·海爾 申請人:羅伯特·博世有限公司