基于滑移率的車輛ABS的控制算法設計及仿真分析

吳 西，趙 強

（東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引言

近年來, 隨著汽車行駛速度的提高, 道路車流密度的不斷增加, 交通事故也隨之增加。為了有效地減少交通事故, 汽車裝用ABS 是極為有效的手段之一, ABS 可以縮短汽車的制動距離，減少汽車制動過程中的側滑，增加汽車制動時的方向穩定性，并提高汽車制動時的安全性。ABS 控制方法是直接影響汽車制動性能的關鍵因素。雖然現在ABS 作為一項成熟的技術已經得到廣泛的應用，但在控制方法上一直沒有取得較大的突破。目前得到廣泛應用的是邏輯門限值控制算法,但其控制邏輯比較復雜，調試困難，開發完成的ABS 裝置對各類車型的互換性不好。而采用以滑移率為控制目標的ABS，可以實現連續控制，從而提高ABS 在制動過程中的平順性，并獲得最佳的、穩定的制動效果。本文以車輪滑移率為控制目標，分別采用bang-bang 控制、PID控制和模糊控制方法對ABS 進行控制，采用Simulink 對以上三種控制方法進行了仿真建模和分析對比。

1 單輪車輛ABS 系統建模

為簡化研究問題，采用單輪車輛系統模型，忽略空氣阻力和車輪滾動阻力，對模型中車體在行駛方向和車輪繞主軸方向兩個自由度建立動力學方程，可得簡化的車輛動力學方程為:

式中：M—1/4 車體質量（kg）；v—車輛速度（m/s）；F—車輪摩擦力（N）；I—車輪轉動慣量（kg·m2）；ω—車輪轉動角速度（rad/s）；R—車輪半徑（m）；Tb—制動力矩（N·m）；μ—車輪與地面間附著系數；N—車輪對地面的法向反力（N）。

汽車制動時，車輪的切向速度vR將低于汽車行駛速度v，輪胎和路面之間將產生滑移，此時滑移的程度常用滑移率S 表示為：