汽車ABS系統模糊PID控制策略研究

摘 要：本文首先在MATLAB2023b/Simulink環(huán)境中搭建出基于滑移率控制的ABS動力學模型，采用模糊PID控制與經典的PID控制對車輛制動過程仿真，通過對比兩者在干燥路面、潮濕路面上車速與輪速曲線、滑移率曲線、制動減速度曲線以及制動距離曲線，分析模糊PID控制對車輛制動效果的提升。通過試驗得出：模糊PID控制在干燥路面的制動距離減少0.642m，潮濕路面減少1.55m。模糊PID控制在擾動的干燥路面制動距離減少1.562m，在擾動的潮濕路面制動距離減少1.6m，進一步證明了模糊PID控制的有效性。

關鍵詞：ABS 模糊PID控制 滑移率 線控制動

中汽協發(fā)布，我國2024年1-9月汽車產銷分別完成2147萬輛和2157.1萬輛，我國汽車保有量迅猛增長，汽車主動安全技術愈發(fā)重要，防抱死制動系統 （Anti-lock Braking System，簡稱ABS）在緊急制動時能防止車輪抱死，增強車輛操控穩(wěn)定性。卓圣文等[1]通過對汽車制動系統中防抱死系統的分析，提出改進措施。陳慶明[2]基于滑移率的整車 EMB 系統對 ABS 控制進行研究。毛湘文等[3]基于模糊免疫PID提出不同的控制策略，在制動性能提升方面有較好的效果。楊坤等[4]提出了基于模糊PID的ABS控制策略，通過EBD實現前后軸間的制動力分配。

1 仿真模型的建立

1.1 控制器模型

本試驗采用的是PID控制模塊，參數不隨外界環(huán)境而變化[5]。模糊PID控制通過不斷監(jiān)測誤差和誤差變化率，并依據模糊推理規(guī)則動態(tài)調整。

1.2 制動器模型

本文選用盤式制動器，假設襯塊各處與制動盤接觸均勻，則制動器的制動力力矩[6]為。

其中：為摩擦因數；為單側制動塊對制動盤的壓緊力；R為制動器作用半徑。

1.3 整車動力學模型

根據以下公式建立整車動力學模型[7]。

車輛運動方程：

車輪運動方程：

車輛縱向摩擦力：

式中：M為1/4車輛的質量（kg），v為車輛行駛速度（m/s），I為車輪轉動慣量，F為縱向摩擦力（N），為車輪角加速度（rad/s），R為車輪半徑（m），N為地面支持力，為縱向附著系數，為制動器制動力矩（N·m）。

1.4 輪胎模型

輪胎模型有兩個線性方程[8]來表示，縱向附著系數的計算表達式為：

當時，

當時，

式中：為縱向附著系數；S為滑移率；為峰值附著系數；為峰值附著系數對應的滑移率；為滑動附著系數。

1.5 滑移率計算模型

汽車滑移率

式中，V為車輪中心速度（m/s），為車輪瞬時圓周速度（m/s）。

2 ABS制動過程仿真試驗

2.1 仿真參數設置

試驗車輛參數如表1。

道路附著系數設置如表2。

2.2 試驗結果與分析

經典PID制動時間3.068s，制動距離37.617m。模糊PID制動時間為3.028s，制動距離36.975m。制動時間減少0.04s，制動距離減少0.642m。

經典PID制動時間為4.91s，制動距離為60.182m。模糊PID制動時間為4.844s，制動距離為58.632m。制動時間減少0.066s，制動距離減少1.55m。

經典PID制動時間3.188s，制動距離39.124m。模糊PID制動時間3.076s，制動距離37.562m。制動時間減少0.112s，制動距離減少1.562m。

經典PID制動時間4.926s，制動距離60.503m。模糊PID制動時間4.858s，制動距離58.903m。制動時間減少0.068s，制動距離減少1.6m。

參考文獻：

[1]卓圣文，阮錦妃.汽車制動系統中防抱死系統的分析[J].中國新技術新產品，2017（10）：141-142.

[2]陳慶明. 基于滑移率的整車EMB系統ABS控制研究[D].沈陽：東北大學，2019.

[3]毛湘文，李廣軍.基于模糊免疫PID控制的汽車防抱死制動系統研究[J].江蘇理工學院學報，2020，26（04）：95-102.

[4]楊坤，李靜，李幼德，等.基于汽車電子機械制動系統的EBD/ABS研究[J].系統仿真學報，2009，21（06）：1785-1788.

[5]李博通，謝天，李錦添，等.自適應模糊PID高精度溫控系統的設計[J].湖北理工學院學報，2024，40（02）：11-14+55.

[6]陳博，田廣東.汽車線控制動的仿真與分析[J].上海工程技術大學學報，2010，24（03）：205-209.

[7]安永東，杜嘉勇，羅萌.基于Simulink的汽車ABS建模與仿真[J].黑龍江工程學院學報，2008（02）：40-43.

[8]王凱凱，董琴琴，陳作.基于MATLAB下的制動系統建模、仿真及ABS控制器設計[J].內燃機與配件，2022（05）：11-13.