基于路面識別的ABS模糊控制仿真分析

摘 要：本文在路面識別基礎(chǔ)上研究了ABS模糊控制仿真實驗，并對其進行了分析與探究。在本次ABS模糊控制仿真實驗中，產(chǎn)生了一種新型路面識別方式，這種路面識別方式可以基于滑移率對ABS模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行合理的控制。在汽車模型基礎(chǔ)上展開了單一附著系數(shù)與變附著系數(shù)的ABS制動實驗。研究結(jié)果表示以路面識別為基礎(chǔ)的ABS模糊控制系統(tǒng)可以進一步提升對路況的判斷準(zhǔn)確性，效果優(yōu)于傳統(tǒng)車輛控制器。

關(guān)鍵詞：路面識別;ABS模糊控制;仿真;分析

ABS屬于汽車防抱死制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)部具有自動控制功能、調(diào)節(jié)制動功能和防車輪抱死功能。ABS系統(tǒng)在車輛實際制動過程中可以基于車輛的自動調(diào)節(jié)將車輛的制動力提升至最大。現(xiàn)階段，在ABS控制系統(tǒng)內(nèi)部使用范圍較廣的主要有邏輯門限控制方式，但是這一方式具有較為明顯的缺陷。所以為了將ABS系統(tǒng)性能充分發(fā)揮出來就應(yīng)該深入研究滑移率。

1 ABS模糊控制系統(tǒng)概述

ABS（汽車防抱死制動系統(tǒng)）借助車輪制動矩的自動調(diào)節(jié)降低車輛輪胎在制動的時候產(chǎn)生抱死拖滑的情況，車輛在維持至標(biāo)準(zhǔn)滑移率的時候，車輛具有一定的地面制動力和側(cè)向力，在這種情況下不但可以提升車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，還可以為車輛提供一定的操控指引，進一步將其制動距離縮短[1]。現(xiàn)階段，較為成熟的汽車防抱死制動系統(tǒng)都是以邏輯門限值控制手段實現(xiàn)的，這一方法可以通過對速度門限的增減或基于滑移率實現(xiàn)，在實際應(yīng)用的過程中可以看出，該方法雖然使用步驟較為便捷，但是由于在對其展開調(diào)試的時候過于復(fù)雜，同時實際制動過程中假如車輪滑移沒有維持在標(biāo)準(zhǔn)滑移率內(nèi)，那么就會促使其周圍產(chǎn)生較大的波動[2]。同時，因為路面不同情況和類型對汽車產(chǎn)生的影響各不相同，會直接影響到其附著系數(shù)，所以這時可以通過建立路面識別系統(tǒng)識別基礎(chǔ)附著系數(shù)，為汽車防抱死制動系統(tǒng)能夠正常運行做出保證，提升路面附著系數(shù)的使用率。結(jié)合目前汽車防抱死制動系統(tǒng)控制手段，本次研究對其展開了較為細(xì)致的汽車防抱死制動系統(tǒng)模糊控制，該方式主要是借助車輛車輪制動力矩測量路面的附著系數(shù)，當(dāng)?—λ曲線距離最高點越近，那么就需要及時對路面進行識別，采取汽車防抱死制動系統(tǒng)對其進行模糊控制。本次研究基于某車輛模型為研究內(nèi)容，輔以MATLAB/simulink軟件展開識別與仿真，仿真實驗結(jié)束后結(jié)果表示，以路面識別為基礎(chǔ)的汽車防抱死制動系統(tǒng)制動效果較好，可以提升當(dāng)前路面情況識別的準(zhǔn)確性。

2 汽車動力學(xué)模型

本次實驗以某車輛動力學(xué)模型為例（如圖1），其中車輛的橫軸與豎軸平動自由度均以Z為中點進行擺動，同時車輛的四個輪子以其各自中點為軸轉(zhuǎn)動自由度。若該車輛模型上部一坐標(biāo)系原點和車輛質(zhì)心契合，在當(dāng)前路面平滑的前提下，車輛沒有進行垂向運動，車輛俯仰角為0，車輛四個輪機械特性一致，車輛前輪轉(zhuǎn)角基本相似，在排除車輛四輪滾動及空氣阻力的情況下。

上述方程中，表示車輛整備質(zhì)量為m，單位為kg，表示車輛在橫軸，豎軸行進速度為υx，υy，單位為m/s。表示橫向擺角速度為γ，單位為rad/s，表示車輛輪胎橫縱力為Fxi，F(xiàn)yi（i=1，2，3，4）。表示輸出制動力矩為T?di（i=1，2，3，4），單位為N*m，表示車輛輪胎驅(qū)動力矩為Tdi（i=1，2，3，4），單位為N*m。表示前后軸與質(zhì)心距離為a，b，表示車輛前后輪距為d，表示駕駛轉(zhuǎn)角輸入為δ，單位為rad。表示簧載質(zhì)量和車輛轉(zhuǎn)動慣性量為Iz，Z，單位為kg*m2，表示車輛輪胎慣性量為Iωi（i=1，2，3，4），單位為kg*m2。車輛車輪半徑為r，車輪角速度為ωi（i=1，2，3，4），單位為rad/s。

3 汽車防抱死制動系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計

汽車滑移率控制作為連續(xù)控制內(nèi)容會受到不同路面滑移率的干擾使其滑移率產(chǎn)生變化，同時模糊控制器參數(shù)也會產(chǎn)生一定的改變。目前路面識別系統(tǒng)在制動過程中應(yīng)始終處于工作狀態(tài)，并對路面情況進行檢測，假如路面出現(xiàn)了特殊情況，那么這時就可以對滑移率數(shù)據(jù)進行重新設(shè)計，還可以對模糊控制器參數(shù)進行調(diào)整[3]。汽車防抱死制動系統(tǒng)模糊控制器能夠及時獲取車輪轉(zhuǎn)速傳感器信號，并以其為依據(jù)通過計算獲取車輪的滑移率及加速和減速實際速度，而后對其加以分析和處理，將控制信號發(fā)送至制動壓力內(nèi)部。使用雙輸入和單輸出的二維模糊控制設(shè)備，其輸入量及滑移誤差的計算公式為E=λ-λ0，滑移率誤差變化計算公式為EC=dλ/dt。

基于常規(guī)制動條件下，車輛與車輪的加速度差異相對較小，若車輪趨于抱死在進入活動附著區(qū)域內(nèi)以后，就會提升車輛轉(zhuǎn)身角度。所以這時就需要處于緊急制動下及時監(jiān)測車輪與車身的加速度，在二者產(chǎn)生較大差異的時候需要立即識別路面附著系數(shù)。為了進一步簡化計算步驟，在對車輛加速度滑移率取0時車輪量角加速度的進行計算可以使用：，計算車輪角加速度可以使用：=，η為比例系數(shù)=。

在車輛緊急制動的時候，會使比例系數(shù)提升，因此這時觀測比例系數(shù)為η>η0，這時即可以對當(dāng)前行駛道路進行相應(yīng)的識別與觀測。基于干路面、濕路面、帶冰路面公式?=0.9*[1.07*（1-e-17.73λ）-0.6λ]，?=0.47*[1.07*（1-e-77.3λ）-0.6λ]，?=0.17*[1.07*（1-e-38λ）-0.3λ]，得出路面?-λ曲線，結(jié)合識別結(jié)果采取控制制動力矩對其進行調(diào)整，最終使其能夠最大程度上提升路面附著系數(shù)的使用效率。結(jié)合上述內(nèi)容，汽車防抱死制動系統(tǒng)對路面的識別原理如圖2。

4 結(jié)語

綜上所述，在本次研究中在滑移率控制下實現(xiàn)了有效的ABS模糊控制器設(shè)計。因為，目前道路路況多種多樣，這也使其控制策略各不相同。本次ABS模糊控制仿真實驗中采用了路面附著系數(shù)識別方式對其進行研究，結(jié)果表示：以路面識別為基礎(chǔ)的ABS模糊控制系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確的掌握當(dāng)前路況，進一步達到設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻：

[1]夏偉.基于模糊控制的微型車ABS制動性能仿真分析[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2018，020（003）：111-116.

[2]張大禹，衛(wèi)龍龍，魏洪貴等.基于參數(shù)自整定模糊PID控制的汽車ABS系統(tǒng)分析與仿真[J].汽車實用技術(shù)，2019，287（08）：100-103.

[3]凌濱，宋夢實，邢鍵等.基于模糊PID的汽車防抱死制動系統(tǒng)[J].計算機仿真，2018，35（10）：176-180+202.

本文系院級課題《基于路面識別的汽車ABS系統(tǒng)研究》

課題編號： 2020PZYKY18

作者簡介：陳保山（1983-），男，河南濮陽人，本科，講師，研究方向：從事汽車ABS路面識別研究。