电动汽车前向仿真中驾驶员模型建模与仿真

图 & 驾驶员模型结构简图
其 中 !仿 真 所 得 车 速 由 整 车 仿 真 计 算 后 得 到 ’ 仿 真 需 求 车 速 (坡 度 及 仿 真 状 态 开 关 指 令 $控 制 仿 真 的 起始与终止%由 表 述 循 环 工 况 的 数 据 文 件 得 到" )"* 车轮阻力矩计算
达到需求车 速 所 需 作 用 于 车 轮 的 转 矩 +,-由 四 部 分 组 成 .&/
文中在讨论驾驶员模型建模方法的基础上H 提出了利用模糊控制器对仿真过程中所得仿真车 速与工况 需 求 车 速 偏 差 进 行 修 正 的 方 法H并 将 此 建模方法与传统的 NO控制器模型进行了比较H其 结果优于 NO控制器模型B
& 驾驶员模型建模
XBX 驾驶员模型概述 电 动 汽 车 在 实 车 运 行 阶 段H驾 驶 员 按 照 试 验
$D%
+ 0 8;;93918<9 PI = I ::BQC I H,-
$E%
式 中R+1233456为 车 轮 克 服 地 面 滚 动 阻 力 所 需 转 矩’
+8912为 车 轮 克 服 风 阻 所 需 转 矩’+618:9为 车 轮 克 服 坡 度 阻 力 所 需 转 矩’+ 为 8;;93918<9 车 轮 克 服 加 速 阻 力 所 需 转 矩’J8912为 空 气 密 度’MN 为 风 阻 系 数’O 为 迎风面积’= 为整车质量’H,-为车轮半径’P为旋 转 质 量 换 算 系 数’?@!?&!?D!?E 为 滚 动 阻 力 系 数 $根据不同轮胎而定%’G为驾驶员需求坡度值’ B8 为 驾 驶 员 需 求 车 速 "
工 况’包括车速 及 爬 坡 度 需 求 (H根 据 驾 驶 经 验 操 作 加 速 Y制 动 踏 板 H控 制 器 按 踏 板 信 号 控 制 相 关 部 件 工 作 H使 得 最 终 输 出 的 车 速 与 工 况 需 求 相 吻 合 H 从而验证 控 制 策 略 及 部 件 选 型 的 正 确 性B而 在 计 算机前向 仿 真 中H由 于 无 法 在 仿 真 进 行 过 程 中 从
利 用 量 化 因 子 XVB!XVWB和 比 例 因 子 XY 分 别 对 输 入 变 量 VB!VWB及 输 出 变 量 + 的 ;2119;< 基 本 论 域 进 行 归 一 化 处 理!使 其 论 域 均 为 .Z @!@/"将 VB 及 VWB的 论 域 划 分 为 [个 区 间 \]^!]_!‘!T_! T^a’+;2119;<的 论 域 则 被 划 分 为 b个 区 间 \]^! ]c!]_!‘!T_!Tc!T^a"隶 属 函 数 采 用 三 角 形 函 数 和 半 梯 形 函 数.[/"各 变 量 的 隶 属 函 数 如 图 E
第 ‘期
黄 妙 华 等 ’电 动 汽 车 前 向 仿 真 中 驾 驶 员 模 型 建 模 与 仿 真
c b?Zc
所示!
图 " 车速偏差修正的模糊控制器结构简图
"b!]@[_M发电机最大功率 "@!"Z[_M电池初始 充 电 状 态 ]!@!
仿 真 选 用 %JdU循 环 工 况 进 行!为 便 于 比 较2同 时 对 一 组 采 用 经 整 定 的 =A控 制 器 模 型 0ef E ?]]2egE @1建 模 的 驾 驶 员 模 型 进 行 仿 真2仿 真 结果分别如图 @2图 ‘所示!
$引 言
万方数据 利用计算机技术对电动汽车的各组成部件及 控 制 策略 进 行 建 模 与 仿 真H可 起 到 有 效 的 预 测 相 关 部 件 及 整 车 性 能 的 作 用 B目 前 H按 照 仿 真 过 程 中 控 制 信号 与 能 量 流 的 传 递 路 径H可 将 仿 真 方 法 划 分 为 两 大 类 H即 后 向 仿 真 与 前 向 仿 真 B其 结 构 如 图 &所 示 B
图 # 输入$输出变量的隶属函数 %&’()*+,-.)/-*0负 大 12%3’()*+,-.)4-556)0负
中 12%7’万()方*+数,-.据)84+660负 小 129’:);<0零 12=7’
><8-,-.)84+660正 小 12=3’><8-,-.)4-556)0正 中 12 =&’><8-,-.)/-*0正 大 1
&ggE年 第 &f卷
系 统 外部 不 间 断 地 向 系 统 输 入 踏 板 信 号!因 而 要 实 现 仿真 按 既 定 工 况 运 行 的 目 的!就 只 有 通 过 建 立 驾 驶员 模 型!使 其 在 能 够 反 映 工 况 需 求 的 前 提 下尽可能模拟真实驾驶员的操作过程"
在 开 环 仿 真 系 统 中!驾 驶 员 模 块 所 需 实 现 的 功 能 就 是 将 驾 驶 员 操 作 加 速#制 动 踏 板 的 信 号 以 需 求 车速 的 形 式 体 现 出 来!并 通 过 阻 力 矩 计 算 将 此车速转换为所需作用于车轮的转矩值送交控制
第 !"卷 第 #期 !$$%年 &!月
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电动汽车前向仿真中驾驶员模型建模与仿真E
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收稿日期F!$$% $G $% 黄 妙 华 F女 H%!岁 H博 士 H副 教 授 H主 要 研 究 领 域 为 电 动 汽 车 设 计 与 控 制 E 国家十五I"#JK计划项目资助’批准号F!$$&LLM$&!&J(
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武 汉 理 工 大 学 学 报 $交 通 科 学 与 工 程 版 %
上述计算得到的车轮需求转矩值与开环仿真
系统中驾 驶 员 最 终 对 车 轮 转 矩 的 需 求 值 相 同!属 于 静 态 需 求 "即 在 车 辆 模 型 选 定 后 !该 值 只 取 决 于 驾驶员需 求 车 速 的 大 小!无 法 结 合 实 际 仿 真 过 程 中的具体 情 况 进 行 实 时 调 整!因 此 容 易 造 成 仿 真 车速与工 况 需 求 车 速 产 生 较 大 偏 差!难 以 实 现 仿 真 要 求 "鉴 于 此 !在 闭 环 仿 真 系 统 中 加 入 了 对 车 速 偏差的修正模块" )"S 车速偏差修正模块的模糊控制器建模
黄妙华 陈 飚 陈胜金
’武汉理工大学汽车工程学院 武汉 %J$$G$(
摘 要F介 绍 了 在 电 动 汽 车 前 向 仿 真 中 所 采 用 的 驾 驶 员 模 型 的 建 模 方 法B针 对 仿 真 车 速 与 需 求 车 速 之间的偏差使用 NO控制器进行修正而又难以整定 NHO系数的问题H提出了采用模糊控制器对车速 偏 差 进 行 修 正 的 方 法B按 此 方 法 对 驾 驶 员 模 型 进 行 建 模H在 电 动 汽 车 仿 真 软 件 P@A>4Q 中 进 行 仿 真 测 试H在 实 现 仿 真 要 求 的 前 提 下H仿 真 车 速 对 需 求 车 速 的 跟 踪 情 况 优 于 NO控 制 器B该 驾 驶 员 模 型 具 有 较 好 的 鲁 棒 性 H适 用 于 各 种 类 型 的 电 动 汽 车 仿 真 B 关 键 词 F电 动 汽 车 前 向 仿 真 R驾 驶 员 模 型 R模 糊 控 制 器 中 图 法 分 类 号 F3%#SBG!R:NJS&BS
图 & 后向仿真与前向仿真结构简图
后向仿真在假定车辆按循环工况行驶的前提 下 H根 据 工 况 要 求 反 求 各 部 件 工 作 需 求 H控 制 器 以 满 足 此 需 求 为 目 标 对 各 动 力 源 ’如 电 池 T电 机 与 发 动 机 (的 动 力 输 出 进 行 分 配 R前 向 仿 真 则 利 用 一 个 驾驶员模型将车辆行驶过程中的需求以指令形式 实 时 地 传 递 给 控 制 器 H控 制 器 按 此 指 令 H结 合 部 件 当 前 工作 状 态 决 定 各 动 力 源 的 功 率 分 配H同 时 实 现 对 主 要 部 件 的 准 确 控 制 B与 后 向 仿 真 相 比 H前 向 仿 真 更接 近 于 真 实 的 车 辆 行 驶 过 程B它 实 现 了 控 制 信 号与 能 量 流 的 正 向 传 递H并 且 在 各 部 件 间 传
目前已在实际中得到了广泛应用的模糊控
制!通过模 仿 人 的 模 糊 综 合 判 断 推 理 来 处 理 常 规 方 法 难 以 解 决 的 模 糊 信 息 处 理 的 难 题 !具 有 简 单 明晰的结 构 化 知 识 表 达’模 糊 控 制 算 法 对 被 控 对 象的数学 模 型 没 有 特 殊 要 求!采 用 比 较 直 观 的 控 制规则!通 过 推 理 就 可 以 实 现 对 非 线 性 对 象 的 控 制 " .D!E/
由于车速偏差与其修正转矩之间存在较为复
杂的非线 性 关 系!难 以 用 精 确 的 数 学 模 型 加 以 描 述!故 而 通 常 采 用 TU控 制 器 对 其 进 行 控 制"常 规 TUN对 于 非 线 性(时 变 的 复 杂 系 统 和 模 型 不 清 楚 的系统难以达到很好的控制效果’并且 TUN控制 器的参数 整 定 一 直 是 个 难 题!传 统 的 方 法 是 通 过 以往的经 验 进 行 手 动 调 节!或 通 过 经 验 进 行 近 似 估算!这些 方 法 对 于 较 复 杂 系 统 的 控 制 器 的 参 数 调节将非常费时且难以达到满意的控制效果"
将 模 糊 控 制 器 应 用 于 驾 驶 员 模 型 中!对 仿 真 车速与需 求 车 速 之 差 进 行 修 正!可 以 取 得 较 好 的 控制效果"模糊控制器结构如图 D所示"
模糊控制器的输入变量由需求车速与仿真车
速 之 差 VB及 车 速 差 的 变 化 率 VWB构 成!输 出 变 量则为修正转矩 + " ;2119;<
递 实 际 的 工 作 转 矩 U功 率 与 转 速 B这 种 与 现 实 过 程 相类似的处理方法使得通过仿真对控制策略进行 高效的测 试 及 调 整 成 为 可 能R更 重 要 的 是 前 向 仿 真 易 于 实 现 模 型 的 动 态 化 建 模 V&WB因 而 H对 前 向 仿 真模型的研究将更有利于指导电动汽车技术在实 车上的应 用B驾 驶 员 模 型 作 为 前 向 仿 真 模 型 区 别 于后向仿 真 模 型 的 典 型 特 征 部 件H同 时 也 是 整 个 仿 真 过 程 的 起 始 环 节 H其 重 要 性 不 言 而 喻 B
器 "这 种 仿 真 系 统 动 态 适 应 性 较 差 !往 往 会 由 于 建 模方式造成的部件反应滞后或其他原因导致整个
仿真过程中实际达到的车速与驾驶员需求的车速
存 在 较 大 的 偏 差 "而 当 此 偏 差 产 生 后 !系 统 又 无 法 像 真 实驾 驶 员 那 样 通 过 经 验 及 时 进 行 修 正!于 是 偏 差 不断 积 累!其 结 果 将 是 控 制 器 无 法 正 确 获 取 与 实 际 需 求 相 同 的 信 号 !使 得 仿 真 失 去 现 实 意 义 " 因 此 !为 尽 可 能 的 消 除 这 种 偏 差 !就 必 须 采 用 闭 环 仿 真 "在 闭 环 仿 真 系 统 中 !驾 驶 员 模 型 可 以 对 仿 真 所 得 车 速 进 行 实 时 采 集 !并 通 过 调 节 加 速 #制 动 踏 板 的 方 式 $以 修 正 转 矩 的 形 式 体 现 %对 需 求 车 速 进 行 较 好 的 跟 踪 "闭 环 仿 真 系 统 中 !驾 驶 员 模 型 的 建 模 结 构 如 图万方&所数示据 "