SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Mohsen Esfahanian
سعید ضیائی راد (استاد مشاور) محسن اصفهانیان (استاد راهنما)
STUDENT
Parisa Karami
پریسا کرمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Design of the Regenerative Antilock Braking System for a Hybrid Electric vehicle
Environmental concerns and diminishing fossil fuel resources, has forced the automakers to move toward reducing fuel consumption. As of today, the hybrid electric vehicle is the best choice that can satisfy this objective. Hybrid electric vehicles (HEVs) use multiple sources of power for propulsion which provides great ease and flexibility to achieve advanced controllability and better driving performance. One of the most important features of HEVs is their ability to recover significant amounts of braking energy. Most hybrid electric vehicles employ both a hydraulic braking system and a regenerative braking system to provide enhanced braking performance and energy regeneration. Therefor effective coordination between regenerative and mechanical braking systems and safe anti-lock performance of these two, is the most important part of the brake control strategy. Design of such a control strategy that can coordinate both regenerative and hydraulic braking systems for a hybrid electric vehicle has not been addressed in previous studies. In this study an integrated braking system for an electric hybrid vehicle having a regenerative braking system operatively connected to an electric traction motor, along with a separate hydraulic braking system is proposed. In the described system, four separate anti-lock fuzzy controller with fuzzy logic strategy are developed to adjust the hydraulic braking torque in front and rear wheels. Also, an antiskid controller with this strategy is applied to adjust the regenerative braking torque dynamically. In upstream control, a central processor, has the responsibility of coordinating the system. The designed system is modeled on Honda Insight in MATLAB/ADVISOR. A vehicle with this integrated braking system is simulated in nine driving cycles. The rules and membership functions of the fuzzy controller are optimized while considering SOC and the slip coefficient in the various road conditions as the objective functions. Finally, simulation is performed in a combined driving cycle and the performance of the membership functions and coefficients has been studied. Antilock performance of regenerative braking system, non-interference performance of the regenerative and hydraulic braking system on the front axle, design based on the maximum torque of the electric motor, SOC monitoring, calculating the velocity for four wheels and possibility of the simulation on the roads with different slip condition or cornering are all addressed in this proposed design. The results show that combustion engine fuel consumption and braking loss is reduced, while the amount of energy stored in batteries, especially in urban cycles with high frequency and stopping and thus the overall system efficiency is increased. The slip ratio remains close to the desired value and slip will not occur in the whole driving cycle. Also the anti-lock performance of the hydraulic and regenerative brake systems in sudden and severe braking conditions is evident. At the end of the driving cycle, combustion engine fuel consumption and braking loss are reduced. The proposed braking control strategy can be considered as a safe, anti-lock and energy regenerative braking system. Key words: Regenerative and antilock braking system; Antilock hydraulic braking; Fuzzy controller; the velocity for four wheels separately; Regenerative braking.
آلودگی هوا و کاهش منابع سوخت فسیلی خودروسازان را ملزم به تولید تکنولوژیهای جدید با دو هدف مصرف سوخت و آلایندگی کمتر نموده است. بهترین خودرویی که میتواند خواستههای ما را در شرایط کنونی به نحو مطلوب برآورده سازد، خودرو هیبرید با قابلیت استفاده از دو یا چند منبع تولید انرژی و ذخیرهسازی انرژی توسط حداقل یکی از این منابع، برای تولید قدرت میباشد. از مهمترین ویژگی خودروهای هیبرید میتوان به توانایی در بازیابی مقدار قابل توجهی از انرژی ترمزگیری توسط سیستم ترمز بازیاب اشاره نمود. عواملی همچون عدم تأمین توان ترمزی کافی از جانب سیستم بازیاب در ترمزهای ناگهانی و شدید و نیاز به وجود یک سیستم ترمز ایمن و قوی در کنار آن، ایجاد هماهنگی مؤثر بین دو سیستم ترمز بازیاب و مکانیکی و ارائه عملکرد ایمن (ضدقفل) از جانب آندو را بهعنوان بخش عمدهای از راهبرد کنترلی ترمز در خودروهای هیبرید اجتنابناپذیر نموده است. در این پایاننامه سیستم ترمزگیری یک خودرو هیبرید الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته و با توجه به الزام وجود یک ترمز مکانیکی در کنار ترمز بازیاب و نیاز به یک سیستم امنیت فعال همانند ترمز ضدقفل، سعی شده که یک تلفیق مناسب بین ترمز بازیاب، مکانیکی و ضدقفل ایجاد و سیستمی بروز با قابلیت اجراء در شرایط واقعی طراحی شود. در طرح ارائه شده، چهار کنترلکننده فازی مجزا برای کنترل سیستم ترمز هیدرولیک چرخهای جلو و عقب با ویژگی ضدقفل و نیز یک کنترلکننده فازی بهمنظور تنظیم گشتاور ترمز بازیاب بهصورت ضدلغزش در پاییندست، طراحی شده و یک پردازشگر مرکزی در بالادست، هماهنگی این سامانه را بهعهده دارد. سامانه طراحی شده در نرمافزار MATLAB/ADVISOR و برروی یک خودرو هیبرید با نام Insight مدلسازی شده است. سپس حرکت خودرو در نه سیکل رانندگی استاندارد شبیهسازی شده و با درنظرگرفتن میزان شارژ باتری و ضرایب لغزش هر چرخ بهصورت مجزا و در شرایط جادهای مختلف بهعنوان توابع هدف، قوانین و توابع عضویت کنترلکنندههای فازی بهینه گردیده و سرانجام با اجرا سامانه در یک سیکل رانندگی ترکیبی، چگونگی عملکرد این توابع عضویت و ضرائب بهره بهینه شده، بررسی شدهاست. عملکرد ضدقفل سیستم ترمز بازیاب، عدم تداخل عملکردی سیستم ترمز بازیاب و هیدرولیک برروی محور جلو، طراحی بر پایه ماکزیمم گشتاور موتورالکتریکی ودرنتیجه بازیاب میزان قابل توجهی از انرژی ترمزگیری، توجه به موقعیت شارژ باتریها بهمنظور جلوگیری از شارژ فراتراز ظرفیت آنها، دریافت سرعت چهار چرخ بهصورت مجزا بهعنوان ورودی کنترلکنندهها در پاییندست و امکان شبیهسازی حرکت در جادههائی با سطوح لغزشی متفاوت برای چهار چرخ و حرکت سر پیچها از دیگر، ویژگیهای طرح ارائهشده میباشد. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد که در طول سیکل حرکتی توان ترمزی موردنیاز در کلیه شرایط ترمزگیری تأمین شده، ضرایب لغزش در نزدیکی مقدار مطلوب باقی مانده و لغزشی اتفاق نمیافتد. همچنین در شرایط ترمزگیری ناگهانی و شدید عملکرد ضدقفل سیستم ترمز بازیاب و هیدرولیک مشهود میباشد. در پایان سیکل حرکتی مصرف سوخت موتور احتراقی و میزان اتلافات ناشی از ترمزگیری کاهش، میزان انرژی ذخیره شده در باتریها مخصوصاً در سیکلهای شهری با فرکانس توقف و حرکت بالا و درنتیجه بازده کلی سیستم افزایش یافته است. این امر حاکی از عملکرد ایمن، ضدلغزش و بازیاب انرژی از سوی سیستم ارائه شده میباشد. کلمات کلیدی : 1- سیستم ترمز باویژگی ضدقفل و بازیاب انرژی 2- ترمز هیدرولیک ضدقفل 3- کنترلکننده فازی 4- سرعت زاویهای مجزا برای هر چرخ 5- ترمز بازیاب