854611253汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真（含開題報(bào)告 中英文翻譯）

《854611253汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真（含開題報(bào)告 中英文翻譯）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《854611253汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真（含開題報(bào)告 中英文翻譯）（54頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 分類號(hào) 編 號(hào) 畢 業(yè) 論 文 題目 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真 ——模糊控制在ABS中的應(yīng)用 學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 設(shè)計(jì)題目：汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào)： 姓 名:

2、 院、系： 機(jī) 械 學(xué) 院 2010年 2 月 26 日 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育中培養(yǎng)學(xué)生的重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的： 1. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和技能，解決工程實(shí)際問題的能力； 2. 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和規(guī)程的能力； 3. 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)的思想、方法和步驟，掌握計(jì)算方法、掌握計(jì)算機(jī)繪圖及編寫工程設(shè)計(jì)文件等基本技能； 4. 提高學(xué)生分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力。 二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 專業(yè)外文資料翻譯； 2. 畢業(yè)實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)報(bào)告；

3、 3. 開題報(bào)告； 4. 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真。 三、重點(diǎn)研究問題 1. 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的車輛仿真模型的建立； 2. 采用的控制方法模型的建立； 四、主要技術(shù)指標(biāo)和主要設(shè)計(jì)參數(shù) 1．收集資料確定一個(gè)自己的設(shè)計(jì)參數(shù)，在查閱資料后確定下來。 2．控制方法根據(jù)所查找文獻(xiàn)自己確定。 五、設(shè)計(jì)成果要求 1. 開題報(bào)告1份(要求3 000字左右、查閱文獻(xiàn)10篇以上、文獻(xiàn)綜述引用5篇以上，樣表從教務(wù)處表格下載中下載)； 2. 實(shí)習(xí)報(bào)告1份； 3. 專業(yè)外文資料翻譯1篇 (不少于2 000漢字)； 4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1份 (設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在10000字以上，論文應(yīng)在6000

4、字以上，包括封面、任務(wù)書、開題報(bào)告、中英文摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄)； 5. 設(shè)計(jì)圖紙一套（不少于A0圖2張）； 6. 所有內(nèi)容電子文檔一套； 7. 畢業(yè)論文成果材料清單一份。 華北水利水電學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 2010 年 03 月 30日 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 及其自動(dòng)化 題目名稱 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真 課題來源 自 選 主 要 內(nèi) 容 一．本課題設(shè)計(jì)的目的與意義 本課題為《汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真》，要求我們收集資料自己確定

5、一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)選擇一種ABS的控制方法。而后分別對(duì)系統(tǒng)和所選控制器進(jìn)行建模，并用軟件MATLAB/Simulink對(duì)其進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證所選控制方法的可行性。 本設(shè)計(jì)選題有以下目的和意義： 1.培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和技能解決工程問題的能力； 2.培養(yǎng)我們檢索查閱相關(guān)資料和文獻(xiàn)，合理引用其先進(jìn)理論和方法，并將它們轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)儲(chǔ)備的能力，為我們以后的進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)； 3.培養(yǎng)我們對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)分析建模，并熟練運(yùn)用相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行仿真分析的能力； 4.培養(yǎng)我們編寫工程設(shè)計(jì)文件的基本技能； 5.培養(yǎng)我們學(xué)習(xí)新知識(shí)、接受新事物、發(fā)現(xiàn)問題、

6、分析問題，并能解決問題的能力； 6.培養(yǎng)我們獨(dú)立工作的能力。 二．汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的概述及其發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車工業(yè)、公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，汽車安全性的提高越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。目前，作為汽車制動(dòng)安全技術(shù)重要體現(xiàn)的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）已經(jīng)安裝在各類中高級(jí)轎車和載重汽車上。ABS是一種在制動(dòng)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)管路壓力，使車輪不致抱死，從而避免前輪失去轉(zhuǎn)向能力或后輪側(cè)滑，以提高汽車行駛穩(wěn)定性、操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)安全性，并最大限度地利用地面附著力的制動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 ABS發(fā)展至今，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已趨于成熟。目前，國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)主要把精力放在如何提高ABS各方面的性能指標(biāo)上。預(yù)計(jì)今后的ABS

7、產(chǎn)品將會(huì)往以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1.ABS控制方法的優(yōu)化：一是擴(kuò)大控制范圍，增加控制功能；二是采用現(xiàn)代控制理論，實(shí)施伺服控制和高精度控制。目前，ABS產(chǎn)品廣泛采用的是以加、減速度和滑移率為控制參數(shù)的門限值控制算法，其缺點(diǎn)是控制邏輯比較復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，缺乏理論依據(jù)，開發(fā)周期長(zhǎng)，互換性不佳，需要大量實(shí)車匹配試驗(yàn)等 2.減小體積和質(zhì)量，提高集成度以降低成本，簡(jiǎn)化安裝工作。ABS作為附加的安全裝置，會(huì)增加整車重量并占據(jù)安裝空間，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性不利。減小ABS體積的主要途徑就是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高集成度。 3.ABS和ASR（驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)）一體化。ABS的功能是當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)防止車輪抱死，ASR的功能是

8、當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)防止車輪過分滑轉(zhuǎn)；ABS是為了緩解過分的制動(dòng)，ASR則是對(duì)滑轉(zhuǎn)的車輪施加一定程度的制動(dòng)。兩者都是通過控制車輪的滑移率，使汽車獲得較大的縱向力和側(cè)向力，且都能在低附著路面上充分體現(xiàn)它們的作用，所以可以將二者有機(jī)地結(jié)合起來。 4.汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)（VDC）的出現(xiàn)。將ABS/ASR與電子全控式或半控式懸掛、電子控制四輪轉(zhuǎn)向、電子控制液壓轉(zhuǎn)向、電子控制自動(dòng)變速器等行駛系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上有機(jī)地結(jié)合起來，可以保證汽車行駛的方向穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 三．ABS的基本構(gòu)成及工作原理 ABS通常由車輪輪速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制裝置和ABS警示燈等組成。在不同的ABS系

9、統(tǒng)中，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能不盡相同。 1. 車輪輪速傳感器 輪速傳感器可以測(cè)出車輪上與驅(qū)動(dòng)軸共同旋轉(zhuǎn)的齒圈數(shù)，然后產(chǎn)生與車輪輪速成正比的交流信號(hào)，從而測(cè)量出車輪的轉(zhuǎn)速。目前，用于ABS系統(tǒng)的輪速傳感器主要有磁電式傳感器和霍爾式傳感器兩種。磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將物體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)量車輪速度的。因此，在電控防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中使用的多數(shù)為磁電式輪速傳感器。 2.制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中電子控制單元的執(zhí)行器，其作用是根據(jù)電子控制裝置ECU的指令，控制壓力調(diào)節(jié)器中電磁閥的動(dòng)作，適時(shí)地

10、調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)管路中的液壓或氣壓，實(shí)現(xiàn)控制車輪制動(dòng)器中壓力的增減或保持，達(dá)到調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的目的。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器主要有真空式、液壓式、機(jī)械式、氣壓式和空氣液壓加力式等幾種形式。 3.電子控制裝置 電子控制單元是整個(gè)ABS系統(tǒng)中的控制中樞，它接收車輪輪速傳感器送來的信號(hào)，計(jì)算出車輪制動(dòng)時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速、車速、滑移率及車輪加減速度等值，并對(duì)其進(jìn)行比較、分析和判斷。然后，向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出控制指令，使其產(chǎn)生最合適的制動(dòng)壓力，控制車輪的轉(zhuǎn)速，將滑移率保持在最佳值附近，從而防止車輪抱死。 四．本課題相關(guān)軟件的介紹 建立了車輛各個(gè)部分的數(shù)學(xué)模型之后，利用這些數(shù)學(xué)模型之間的相互聯(lián)系，在給出初始條

11、件的情況下對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解，就可以得到汽車在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。一般的數(shù)值求解可以利用專門用于數(shù)值計(jì)算的軟件，本課題使用的是美國(guó)Math Works公司出品的用于科學(xué)計(jì)算的MATLAB軟件，以及它所提供的在MATLAB環(huán)境下運(yùn)行的仿真系統(tǒng)工具包Simulink。 作為一種圖形化界面的仿真建模軟件，基于MATLAB語言環(huán)境的Simulink軟件用戶界面友好，操作方便，是目前工程界常用的仿真工具。Simulink可以將數(shù)學(xué)模型通過圖形化的方式直觀的表達(dá)出來，并通過其內(nèi)部的數(shù)值求解器進(jìn)行求解，在仿真中使用Simulink是十分方便的。Simulink免去了程序代碼編程帶來的低效與繁瑣，既可用于動(dòng)力

12、學(xué)模擬也適用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。各種功能模塊化，可以直接用鼠標(biāo)拖放模塊，建立信號(hào)連接進(jìn)行建模。它是以模塊進(jìn)行建模，控制系統(tǒng)和控制對(duì)象可以分別進(jìn)行建模，每個(gè)子模塊的參數(shù)可以單獨(dú)修改，不影響其它模塊的運(yùn)行，從而給系統(tǒng)的擴(kuò)展帶來了方便。由于被控對(duì)象的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用不同的控制模塊可以對(duì)比不同控制方式的優(yōu)劣，從中選擇最佳的控制算法。目前，Simulink軟件由于其自身的眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被汽車行業(yè)作為系統(tǒng)建模和控制仿真的首選之一。 五．本課題相關(guān)控制方法的介紹 本課題采用的是基于模糊控制的ABS算法。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。其基本思想是利

13、用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)： 1.模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受和理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。 2.由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)性不易掌握或變化性非常顯著的對(duì)象非常適用。 3.基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異。但一個(gè)系統(tǒng)

14、的語言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。 4.模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。 5.模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。 采取的主要技術(shù)路線或方法 1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，確定防抱制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和主要術(shù)參數(shù)。 2.根據(jù)所查的參考文獻(xiàn)，建立系統(tǒng)的車體模型、輪胎模型和制動(dòng)系統(tǒng)模型。 3.仔細(xì)閱讀和分析相關(guān)文獻(xiàn)和資料后，選擇一種合適的控制

15、方法，并建立一種可行的控制器模型。本文所選的是基于滑移率的ABS控制算法和基于模糊控制理論的模糊控制器。 4.用MATLAB/Simulink軟件分別對(duì)不帶ABS的系統(tǒng)和帶自行設(shè)計(jì)的模糊控制器的系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)仿真分析，根據(jù)對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證ABS的必要性和安全性。然后，再分別對(duì)裝有自行設(shè)計(jì)的模糊控制器的系統(tǒng)在不同附著系數(shù)的路面上進(jìn)行制動(dòng)仿真分析，驗(yàn)證ABS的可靠性和適用性。 預(yù)期的成果及形式 1.在設(shè)計(jì)初期階段進(jìn)行認(rèn)真調(diào)研，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)、充分理解課題內(nèi)容和要求的基礎(chǔ)上，寫出3000字左右的開題報(bào)告。 2.在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)時(shí)間為一周左右。實(shí)習(xí)結(jié)束后對(duì)實(shí)習(xí)過程進(jìn)行總結(jié)，并

16、提交不少于2000字的實(shí)習(xí)報(bào)告。 3.不少于2000漢字的英文資料翻譯。 4.在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，提交畢業(yè)論文一本和設(shè)計(jì)圖紙一套。 5.所有內(nèi)容電子文檔一套，畢業(yè)論文成果材料清單一份。 時(shí)間安排 第1-2周，翻譯英文資料，檢索查閱與ABS相關(guān)的文獻(xiàn)和資料。 第3周，仔細(xì)閱讀和分析相關(guān)文獻(xiàn)和資料，撰寫開題報(bào)告。 第4周，去西安實(shí)習(xí)，結(jié)束后撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。 第5-6周，建立系統(tǒng)的車體、輪胎和制動(dòng)系統(tǒng)的模型，熟悉控制方法并建立控制器的模型。 第7-12周，熟悉MATLAB軟件，并對(duì)系統(tǒng)從不同的角度進(jìn)行仿真分析，得出正確的結(jié)論。 第13周，編寫設(shè)計(jì)說明書。 第14周，修改設(shè)計(jì)說明書，并

17、將其按順序裝訂成冊(cè)。 第15周，充滿信心地進(jìn)行畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師意見 簽名： 年 月 日 備注 參考文獻(xiàn) 1. 陳家瑞，馬天飛 汽車構(gòu)造(第五版) 北京：人民交通出版社 2006 2. 余志生 汽車?yán)碚? 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 3. 周志立 汽車ABS原理與結(jié)構(gòu) 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 4. 姚俊 ，馬松輝

18、 Simulink建模與仿真【M】 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社 2003 5. 黃巨成， 陳志鵬 MATLAB/Simulink在汽車防抱死系統(tǒng)仿真分析中的應(yīng)用【M】 CAD/CAM與制造業(yè)信息化 2008，（10） 6. 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(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2008，22（2） 7. 王偉達(dá)， 丁能根， 徐向陽 ，楊磊 基于輪速和壓力控制狀態(tài)信息的ABS參考車速算法研究及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證【M】 中國(guó)機(jī)械工程 2008，19（3） 8. 王繼森 ，馬瑾 ，寇長(zhǎng)鵬，

19、何長(zhǎng)安 四相控制方法在ABS中的仿真研究【M】 計(jì)算機(jī)仿真 2006，23（4） 9. 馬瑾 ，王繼森 ，何長(zhǎng)安 一種新型ABS控制策略的仿真研究【J】 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào) 2004，16（7） 10. 王保華 ，陶建民 ABS模糊控制的研究【M】 汽車科技 2000，（2） 11. 周桂梅 ABS汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)應(yīng)用與展

20、望【M】 江蘇科技信息 2009，（6） 12. 解龍 ，陳家琪 ABS四輪車輛的Matlab/Simulink建模與仿真【J】 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2004，26（2） 13. 陳杰平， 李勤華 基于模糊控制理論的ABS仿真研究【M】 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2008，（6） 14. 尹安東 ，劉閃閃 ，嚴(yán)耀雙 基于路面識(shí)別的汽車ABS模糊控制仿真【M】 機(jī)電工程 2009，26（1） 15. 林怡青， 彭美春 車輛ABS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真研究【M】 機(jī)電工程技術(shù) 2007，36（3） 16. 宋昱 車輛防抱死

21、系統(tǒng)控制策略研究與仿真【D】（1-34） 北京工業(yè)大學(xué) 2007 17. 吳興敏 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的控制算法及仿研究【D】 長(zhǎng)安大學(xué) 2007 18. 藺玉輝 ABS模擬仿真與模糊控制設(shè)計(jì)【D】 東北大學(xué) 2005 摘 要 汽車防抱死系統(tǒng)(ABS)是一種在制動(dòng)時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)力，防止車輪抱死以取得最佳制動(dòng)效果的制動(dòng)系統(tǒng)。它是目前提高汽車制動(dòng)安全性能最為有效且得到廣泛應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，己經(jīng)成為現(xiàn)代汽車制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。我國(guó)的ABS研究起步較晚，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ABS產(chǎn)品很少。因此，研究ABS技術(shù)對(duì)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的

22、發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義，它目前已成為我國(guó)汽車界的重要課題。 本文首先在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，介紹了ABS的基本原理、組成和發(fā)展趨勢(shì)等。而后，建立了相應(yīng)的車輛模型，包括單輪車輛模型、雙線性輪胎模型和液壓制動(dòng)系統(tǒng)模型，并在Matlab中對(duì)模型進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。接著，根據(jù)模糊理論建立了一種簡(jiǎn)單的模糊控制器，并將其應(yīng)用在車輛的仿真系統(tǒng)中。仿真結(jié)果表明，該模糊控制器應(yīng)用于汽車ABS系統(tǒng)取得良好的控制效果，且算法簡(jiǎn)單、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：ABS；車輛模型；模糊控制；仿真。 ABSTRACT Anti-lock braking system(ABS)is a kind of devic

23、e which can regulate the wheel’s braking force automatically, prevent the wheels from locking and acquire the best effect during breaking．At present , ABS is the advanced technology which is used widely and can improve the safety capability of automobile most effectively, and has become the key part

24、 of modern automobile．In our country, the start of ABS research is late comparatively, and we lack the knowledge property right of ABS products. Hence, the research of ABS technology has practical significance to the development of Chinese automobile industry, and currently has become the important

25、topic of Chinese automobile field. Firstly, the basic principle，structure and development of the ABS are introduced in this paper based on reading a lot of literature．Secondly, automotive models ,including a single-wheel vehicle model，a double-linear tire model and a hydraulical braking system mod

26、el, are established and simulated in Matlab．Then, a simple fuzzy controller is established based on the fuzzy theory, and applied to the automotive simulated models. Simulation indicates that the fuzzy controller enhances braking performances of ABS—equipped vehicles, and with simple algorithm, and

27、it has practical application value． KEY WORDS: ABS; automotive models; fuzzy control; simulation. 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）概述 1 1.1.1 引言 1 1.1.2 ABS的理論基礎(chǔ) 1 1.1.3 ABS的基本構(gòu)成及工作原理 3 1．2 ABS的發(fā)展趨勢(shì) 4 第2章 車輛模型的建立 5 2.1車輛動(dòng)力學(xué)模型 5 2.2 輪胎模型 6 2.3 制動(dòng)系統(tǒng)模型 8 2.3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型 8 2.3.2

28、制動(dòng)器模型 8 2．4 車輛模型的Simulink實(shí)現(xiàn) 9 2.4.1 Simulink簡(jiǎn)介 9 2.4.2 Simulink下的車輛模型 9 第3章 基于滑移率的ABS控制策略的研究與仿真 11 3．1 引言 11 3．2 基于模糊控制的ABS算法 11 3.2.1 模糊控制簡(jiǎn)介 11 3.2.2 ABS模糊控制器的設(shè)計(jì) 12 3．3 ABS控制算法的仿真及分析 18 3.3.1 ABS控制性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 18 3.3.2 ABS控制算法的仿真實(shí)現(xiàn) 18 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 30 英語原文 31 英語翻譯 38

29、 第1章 緒 論 1.1 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）概述 1.1.1 引言 隨著汽車工業(yè)、公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，汽車安全性能的提高越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。目前，作為汽車主動(dòng)安全技術(shù)的重要體現(xiàn)的車輛制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)已經(jīng)普遍安裝在各類中高級(jí)轎車和載重車 上。ABS是一種在制動(dòng)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)管路壓力，使車輪不致抱死，從而避免汽車后輪側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力，以提高汽車行駛穩(wěn)定性、操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)安全性，并最大限度地利用地面附著力的制動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 在ABS研究方面，國(guó)外ABS技術(shù)已經(jīng)投入實(shí)用，我國(guó)在這方面起步較晚，因此加快ABS技術(shù)的研究，

30、開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ABS系統(tǒng)對(duì)于提高國(guó)產(chǎn)汽車的安全性和增加我國(guó)汽車業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的戰(zhàn)略意義。 1.1.2 ABS的理論基礎(chǔ) 在制動(dòng)過程中，汽車是利用地面與輪胎之間產(chǎn)生的與車輪行進(jìn)方向相反的摩擦力來減速的，這個(gè)摩擦力稱為地面制動(dòng)力。與地面制動(dòng)力相關(guān)的摩擦系數(shù)稱為制動(dòng)附著系數(shù)或稱縱向附著系數(shù)?？v向附著系數(shù)越大，則地面制動(dòng)力越大，使汽車停止的制動(dòng)距離越短。在輪胎和地面的接觸面上還存在著另外一個(gè)摩擦力，它與地面制動(dòng)力不同，是作用在車輪橫向上的，稱為側(cè)滑摩擦力或側(cè)向力。與側(cè)滑摩擦力相關(guān)的摩擦系數(shù)稱為側(cè)向附著系數(shù)。一般來說，側(cè)向力越大汽車的方向穩(wěn)定性越好，操縱性越好；反之，側(cè)向力很小或消失

31、時(shí)，汽車就無法按照駕駛員的意圖行駛。 影響輪胎地面制動(dòng)力和側(cè)向力的主要因素是車輪在制動(dòng)時(shí)的滑移狀態(tài)，輪胎的滑移狀態(tài)通常用滑移率來描述?；坡实亩x如下式： (1-1) 其中，——車輛前進(jìn)速度（）; ——車輪半徑（）； ——車輪角速度（）。 從上式可以看出，當(dāng)車速等于輪速時(shí)滑移率為零。汽車制動(dòng)時(shí)，兩者差別越大，滑移率越大。如果車輪抱死，則輪速為零，滑移率將達(dá)到100％。輪胎滑移率與地面制動(dòng)力、側(cè)向力之間的關(guān)系可以用曲線來描述，其中代表附著系數(shù)(如

32、圖1．1)。 圖1-1 附著系數(shù)與滑移率S的關(guān)系曲線 在制動(dòng)過程中，由于制動(dòng)器制動(dòng)力矩的影響，滑移率將產(chǎn)生變化。從上圖可以看出，隨著滑移率的不斷增大，輪胎的縱向附著系數(shù)先增大后減小，而側(cè)向附著系數(shù)則是不斷減小。 當(dāng)滑移率時(shí)，車輪的縱向附著系數(shù)隨滑移率的增大而增大；當(dāng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的車輪縱向附著系數(shù)為最大，稱為峰值附著系數(shù)，此時(shí)的車輪能產(chǎn)生最大的地面制動(dòng)力，而此時(shí)側(cè)向附著系數(shù)也較大。當(dāng)滑移率越過這一點(diǎn)繼續(xù)增大時(shí)，縱向附著系數(shù)反而會(huì)減小。而當(dāng)滑移率為1時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)接近為0。這表明車輪抱死時(shí)，車輛將失去轉(zhuǎn)向能力和穩(wěn)定性。從制動(dòng)

33、性能上考慮，將輪胎的滑移率控制在無。這一點(diǎn)時(shí)，可以獲得最短的制動(dòng)距離；而從車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性來考慮，滑移率的值越小，車輛的轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性就越好。綜合這兩方面的原因，將滑移率控制在Sc附近時(shí)，車輛可以獲得最好的制動(dòng)效果。我們把稱為最佳滑移率。綜合各種路面，最佳滑移率在10％-30％之間。為了達(dá)到最有效的制動(dòng)控制效果，應(yīng)將滑移率控制在這一范圍，這正是ABS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的最重要的理論基礎(chǔ)。 1.1.3 ABS的基本構(gòu)成及工作原理 ABS通常由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統(tǒng)中，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部

34、結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能不盡相同。典型ABS的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-2所示。 1.車輪轉(zhuǎn)速傳感器 輪速傳感器可以測(cè)出車輪與驅(qū)動(dòng)軸共同旋轉(zhuǎn)的齒圈數(shù)，然后產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速成正比的交流信號(hào)，從而測(cè)量出車輪的轉(zhuǎn)速。目前用于ABS系統(tǒng)的輪速傳感主要有磁電式輪速傳感器和霍爾式輪速傳感器兩種型。磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將物體轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢(shì)來測(cè)量車輪速度的。在電控防抱制動(dòng)系統(tǒng)中使用的傳感器，多數(shù)為磁電式輪速傳感器。 2．制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中電子控制單元的執(zhí)行器。其作用是根據(jù)ECU的指令，控制壓力調(diào)節(jié)器中電磁閥的動(dòng)作，適時(shí)地調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)管路中的液壓或氣壓，實(shí)現(xiàn)控制車輪

35、制動(dòng)器中壓力的增減和保持，達(dá)到調(diào)節(jié)制動(dòng)力的目的。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器主要有真空式、液壓式、機(jī)械式、氣壓式和空氣液壓加力式等幾種形式。 3.電子控制裝置ECU 電子控制單元是整個(gè)ABS系統(tǒng)的控制中樞。它接收車輪輪速傳感器送來的信號(hào)，計(jì)算出制動(dòng)時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速、車速、滑移率以及車輪加減速度等值，并對(duì)其進(jìn)行比較、分析和判斷，然后向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出控制指令，使其產(chǎn)生最合適的制動(dòng)壓力，控制車輪的轉(zhuǎn)速，將滑移率保持在最佳滑移率附近，從而防止車輪抱死。 1．2 ABS的發(fā)展趨勢(shì) ABS發(fā)展至今，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)己趨于成熟。目前，國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)主要把精力放在如何提高ABS各方面的性能指標(biāo)上。預(yù)計(jì)今后ABS產(chǎn)品

36、將會(huì)往以下凡方面發(fā)展： (1)ABS控制方法的優(yōu)化：一是擴(kuò)大控制范圍、增加控制功能；二是采用現(xiàn)代控制理論，實(shí)旋伺服控制和高精度控制。目前ABS產(chǎn)品廣泛采用的是以加、減速度和滑移率為控制參數(shù)的門限值控制算法，其缺點(diǎn)是控制邏輯比較復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，缺乏理論依據(jù)，開發(fā)周期長(zhǎng)，互換性不佳，需要大量實(shí)車匹配試驗(yàn)等。 (2)減小體積和質(zhì)量，提高集成度以降低成本，并簡(jiǎn)化安裝工作。ABS作為附加的安全裝置，它會(huì)增加整車重量并占據(jù)安裝空間，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性不利。減少ABS體積的主要途徑之一就是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如減小壓力調(diào)節(jié)器)，二是提高集成度． (3)ABS和ASR(防滑控制裝置)一體化。ABS以防止車輪制動(dòng)抱死

37、為目的，ASR的功能是當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，防止車輪的過分滑轉(zhuǎn)，ABS是為了緩解過分的制動(dòng)，ASR則是對(duì)滑移車輪施加一定程度的制動(dòng)。兩者都是控制車輪的滑移率，獲得較大的縱向力和側(cè)向力，且都能在低附著路面上充分體現(xiàn)它們的作用，所以可以將二者有機(jī)地結(jié)合起來。 (4)汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamics Contr01)。將ABS／ASR與電子全控式(或半控式)懸掛、電子控制四輪轉(zhuǎn)向、電子控制液壓轉(zhuǎn)向、電子控制自動(dòng)變速器等行駛系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)在功能、結(jié)構(gòu)上有機(jī)地結(jié)合起來，可以保證汽車行駛的方向穩(wěn)定性和良好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 41 第2章 車輛模型的建立 對(duì)車輛的制動(dòng)過程進(jìn)

38、行動(dòng)態(tài)研究，是分析車輛制動(dòng)性能，指導(dǎo)ABS控制器設(shè)計(jì)的有效途徑。本文根據(jù)實(shí)際問題研究的需要，將ABS的控制對(duì)象模型(車輛模型)分為3個(gè)單元，包括車輛動(dòng)力學(xué)模型、輪胎模型以及制動(dòng)器模型，分別對(duì)其進(jìn)行研究,并借助Simulink仿真建模工具對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。 2.1車輛動(dòng)力學(xué)模型 汽車車輛動(dòng)力學(xué)模型可以采用牛頓力學(xué)建立各個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，由于應(yīng)用的目的不同，各種模型的繁簡(jiǎn)程度也不相同。目前，經(jīng)常采用的車輛模型主要有單輪車輛模型、雙輪車輛模型以及四輪車輛模型。上述三種模型的仿真精度和計(jì)算復(fù)雜性對(duì)比如下表所示。 表2-1 車輛模型對(duì)比 屬 性 類

39、 型 計(jì)算復(fù)雜性 仿真精度 單輪模型 小 較低 雙輪模型 較大 較高 四輪模型 大 高 由于本課題研究的主要目的是對(duì)汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)及制動(dòng)性能的分析，故經(jīng)過仔細(xì)對(duì)比分析，綜合考慮車輛模型的計(jì)算復(fù)雜性和仿真精度，我們采用經(jīng)典的單輪車輛模型。 在建立車輛動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，我們對(duì)其做如下假設(shè)： 1. 汽車行駛在水平公路上，道路無起伏； 2. 忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力的影響； 3. 忽略汽車的俯仰、側(cè)傾和垂向運(yùn)動(dòng)； 4. 各個(gè)輪胎的機(jī)械特性相同； 5.

40、 不考慮載荷轉(zhuǎn)移，汽車質(zhì)量均勻地分布在每個(gè)車輪上。 圖2-1 單輪車輛模型 如上圖所示，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，對(duì)模型中車體在行駛方向和車 輪繞主軸方向兩個(gè)自由度建立動(dòng)力學(xué)方程，可得簡(jiǎn)化的車輛動(dòng)力學(xué)方程。 車輛運(yùn)動(dòng)方程： (2-1) 車輪動(dòng)力學(xué)方程： （2-2） 車輪縱向摩擦力：

41、 (2-3) 式中，M-車輪的承載質(zhì)量（）;-車身速度(m/s); F-地面制動(dòng)力（）;J-車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(）; -車輪角速度（）;R-車輪半徑（）; -制動(dòng)器制動(dòng)力矩（）; -地面縱向附著系數(shù)；N-地面支反力（）。 2.2 輪胎模型 輪胎模型是指制動(dòng)過程中輪胎附著力和其它各種參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式，通常用輪胎附著系數(shù)與各種參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式來表示。而影響附著系數(shù)的因素很多，如前所述．除滑移率外，道路的材料、路面的狀況與輪胎的結(jié)構(gòu)、胎面花紋、材料以及汽車運(yùn)動(dòng)速度等都是影響因素。但在實(shí)際應(yīng)用中，很難得出上述多種變量對(duì)附著系數(shù)

42、影響的關(guān)系式，而較為實(shí)際與合理的辦法則是只考慮對(duì)附著系數(shù)影響較大的因素，建立附著系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式。 經(jīng)典的輪胎模型有魔術(shù)公式輪胎模型、雙線性模型、Dugoff輪胎模型和Burckhardt輪胎模型等，本文采取應(yīng)用比較廣泛的雙線性模型。 圖2-2 縱向附著系數(shù) 與滑移率的關(guān)系曲線 根據(jù)上圖，推導(dǎo)出雙線性輪胎模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (2-4) 基于本課題的研究目的，我們采用雙線性模型分別模擬三種典型路面的 曲線，并應(yīng)用于汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的控制仿真模型中。參數(shù)如下表2-2所示。

43、 表2-2 典型路面的實(shí)驗(yàn)參數(shù) 典型路面 干混凝土路面 0.2 0.9 0.75 濕瀝青路面 0.2 0.78 0.5 結(jié)冰路面 0.1 0.1028 0.07 根據(jù)表3-2的參數(shù)，我們分別建立了三種典型路面的雙線性模型： 干混凝土路面： (2-5) 濕瀝青路面： (2-6) 結(jié)冰路面： (2-7) 2.3 制動(dòng)系統(tǒng)模型 制動(dòng)系統(tǒng)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器兩部分。因此，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的建模也應(yīng)該包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)建模和制動(dòng)器建模兩部分。 2.

44、3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣壓和液壓兩種，本文采用液壓機(jī)構(gòu)。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，我們忽略電磁閥彈簧的非線性因素及壓力傳送的延遲，將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)電磁閥環(huán)節(jié) 、一個(gè)典型一階慣性環(huán)節(jié)的彈簧阻尼系統(tǒng)和一個(gè)積分環(huán)節(jié) 。 又因?yàn)殡姶砰y的時(shí)間常數(shù)死遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彈簧阻尼系統(tǒng)的時(shí)問常數(shù)L所以本課題仿真時(shí)將電磁閥的環(huán)節(jié)忽略不計(jì)。因?yàn)殡姶砰y的響應(yīng)時(shí)間一般小于或等于10 ms，故仿真時(shí)慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)T取O．01，同時(shí)K取100。綜上所述，整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型傳遞函數(shù)為： （2-8） 2.3.2 制動(dòng)器模型 制動(dòng)器模型指制

45、動(dòng)器力矩與制動(dòng)液壓之間的關(guān)系模型。為了便于控制算法研究，我們?cè)谶M(jìn)行仿真時(shí)假設(shè)制動(dòng)器為理想元件，認(rèn)為其非線性特性較弱并忽略了其滯后帶來的影響。因此，制動(dòng)器方程為： （2-9） 式中，-制動(dòng)器制動(dòng)力矩（）； -制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)（/）; -制動(dòng)壓力（）。 2．4 車輛模型的Simulink實(shí)現(xiàn) 2.4.1 Simulink簡(jiǎn)介 本章前幾節(jié)中建立了車輛各個(gè)部分的數(shù)學(xué)模型，利用這些數(shù)學(xué)模型之間的相互聯(lián)系，在給出初始條件的情況下，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解，就可以得到汽車在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

46、一般的數(shù)值求解可以利用專門用于數(shù)值計(jì)算的軟件。本文使用的是美國(guó)MathWorks公司出品的用于科學(xué)計(jì)算的Matlab軟件以及它所提供的在Matlab環(huán)境下運(yùn)行的仿真系統(tǒng)工具包Simulink。 作為一種圖形化界面的仿真建模軟件，基于Matlab語言環(huán)境的Simulink軟件用戶界面友好，操作方便，是目前工程界常用的仿真工具。Simulink可以將數(shù)學(xué)模型通過圖形化的方式直觀的表達(dá)出來，并通過其內(nèi)部的數(shù)值求解器進(jìn)行求解，在仿真中使用Simulink是十分方便的。Simulink免去了程序代碼編程帶來的低效與繁瑣，既可用于動(dòng)力學(xué)模擬也適用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，各種功能模塊化，可以直接用鼠標(biāo)拖放模塊，

47、建立信號(hào)連接，進(jìn)行建模。它是以模塊進(jìn)行建模，控制系統(tǒng)和控制對(duì)象可以分別進(jìn)行建模，每個(gè)子模塊的參數(shù)可以單獨(dú)修改，不影響其他模塊的運(yùn)行，從而給系統(tǒng)的擴(kuò)展帶來了方便。由于被控對(duì)象的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用不同控制模塊可以對(duì)比不同控制方式的優(yōu)劣，從中選擇最佳的控制算法。目前，Simulink軟件由于其自身的眾多優(yōu)點(diǎn)，己經(jīng)被汽車行業(yè)作為系統(tǒng)建模和控制仿真的首選之一。 2.4.2 Simulink下的車輛模型 車輛模型包括單輪車體模型、雙線性輪胎模型和液壓制動(dòng)系統(tǒng)模型，三種模型的仿真圖分別如下頁(yè)所示： 圖2-3 單輪車體模型 圖2-4 雙線性輪胎模型 圖2-5

48、液壓制動(dòng)系統(tǒng)模 第3章 基于滑移率的ABS控制策略的研究與仿真 3．1 引言 ABS性能優(yōu)劣的關(guān)鍵技術(shù)在于控制方法的選取和控制規(guī)律的設(shè)計(jì)上。傳統(tǒng)的ABS控制策略大都采用加、減速度門限值控制，并附加一些輔助門限。這種控制方式不涉及具體系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于非線性系統(tǒng)的控制非常有效，但由于門限值是通過反復(fù)不斷的道路試驗(yàn)獲得的，選擇不同的門限值就會(huì)產(chǎn)生不同的控制邏輯，因此系統(tǒng)的控制邏輯比較復(fù)雜，穩(wěn)定性差，同時(shí)也難以使車輛獲得最佳的制動(dòng)性能。 科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是傳感器、微控制器領(lǐng)域的不斷發(fā)展，為許多基于現(xiàn)代控制理論的ABS算法的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。以滑

49、移率為控制目標(biāo)的控制算法是其中的一種，它的控制思想是：通過調(diào)整制動(dòng)器壓力，將車輪的滑移率控制在最佳滑移率附近，以獲得較好的制動(dòng)性能，同時(shí)保證車輛不喪失穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力。目前，應(yīng)用比較廣泛的控制方法有模糊控制、模糊PID控制、PID控制、滑膜變結(jié)構(gòu)控制和自尋優(yōu)控制等，本文采用比較簡(jiǎn)單有效的模糊控制。 3．2 基于模糊控制的ABS算法 3.2.1 模糊控制簡(jiǎn)介 1.模糊控制的概念與特點(diǎn) 模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Contro1)簡(jiǎn)稱模糊控制(Fuzzy Contro1)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)

50、來實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)： (1)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。 (2)由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。 (3)基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)的語言控制

51、規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。 (4)模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。 (5)模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。 2．模糊控制系統(tǒng)的基本組成 模糊控制系統(tǒng)一般由四個(gè)部分組成：模糊控制器、輸入／輸出接口裝置、被控對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器等，如下圖所： 圖3-1 模糊控制系統(tǒng)的基本組成 3.模糊控制器設(shè)

52、計(jì)的基本方法 模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，它的設(shè)計(jì)包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容： (1)確定模糊控制器的輸入變量與輸出變量； (2)選擇模糊控制器輸入輸出變量的基本論域，確定合適的模糊語言變量； (3)設(shè)計(jì)模糊語言變量的隸屬度函數(shù)； (4)建立模糊控制規(guī)則； (5)選擇模糊推理方法及清晰化方法. 3.2.2 ABS模糊控制器的設(shè)計(jì) 1.模糊控制器的輸入變量和輸出變量 本文采用目前廣泛使用的二維模糊控制器，選取

53、滑移率誤差E（E=Sc-S）和滑移率誤差變化率EC為輸入變量，制動(dòng)壓力變化率U為輸出變量。 2.輸入輸出變量的論域和模糊語言變量的設(shè)定 將滑移率誤差E及其變化率EC的論域均設(shè)為【-6，6】，并分別將它們分成均勻的七個(gè)模糊子集NB、NM、NS、ZR、PS、PM和PB，分別代表負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中和正大；將制動(dòng)壓力變化率U的論域設(shè)為【-1，1】，并將其分成七個(gè)均勻的模糊子集QDEC、MDEC、SDEC、HOLD、SINC、MINC和QINC,分別代表快速減壓、中速減壓、慢速減壓、保壓、慢速增壓、中速增壓和快速增壓。 3.模糊語言變量的隸屬度函數(shù)的設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)仿真試驗(yàn)

54、調(diào)整，三個(gè)模糊語言變量的隸屬度函數(shù)如下三圖所示。 圖3-2 滑移率誤差E的隸屬函數(shù) 圖3-3 滑移率誤差變化率EC的隸屬函數(shù) 圖3-4 制動(dòng)壓力變化率U的隸屬函數(shù) 4.模糊控制器的控制規(guī)則設(shè)計(jì) 模糊控制規(guī)則是模糊控制器的一個(gè)重要組成部分，它用語言的方式描述了控制器輸入量和輸出量之間的關(guān)系，即它們之間的模糊關(guān)系。ABS模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)原則：當(dāng)滑移率的誤差較大時(shí)，控制量的變化應(yīng)盡量使誤差迅速減??；當(dāng)滑移率誤差較小時(shí)，控制量的變化除了要消除誤差之外，還要考慮誤差變化率的大小，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的超調(diào)；當(dāng)滑移率誤差為負(fù)時(shí)，制動(dòng)壓力過大，系統(tǒng)處于

55、不穩(wěn)定狀態(tài)，車輪將很快抱死，控制量的變化以消除誤差為主：當(dāng)滑移率誤差為正或零時(shí)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制量的變化以保持系統(tǒng)穩(wěn)定、防止超調(diào)為主。形成的控制規(guī)則見表3-1。 表3-1 模糊控制規(guī)則表 Ec U E NB NM NS ZR PS PM PB NB QDEC QDEC QDEC QDEC QDEC MDEC MDEC NM QDEC QDEC QDEC MDEC MDEC SDEC SDEC NS QDEC MDEC MDEC SDEC HOLD HOLD HOLD ZR SDEC

56、SDEC SDEC HOLD SINC SINC SINC PS HOLD SINC SINC MINC QINC QINC QINC PM SINC QINC QINC QINC QINC QINC QINC PB QINC QINC QINC QINC QINC QINC QINC 上表對(duì)應(yīng)的模糊規(guī)則如下圖所示： 圖3-6 模糊控制規(guī)則 下圖為模糊規(guī)則曲面，它以坐標(biāo)的形式直觀的再現(xiàn)了控制規(guī)則前件和后件的關(guān)系。從圖中我們可以看出模糊控制規(guī)則呈現(xiàn)非線性特征。E或EC接近0時(shí)，曲面變化較大；E或EC遠(yuǎn)離0時(shí)，曲面變化較小

57、。這一特征與建立模糊控制規(guī)則的思想相符，即誤差接近0時(shí)，對(duì)應(yīng)的規(guī)則多些，保證精細(xì)控制；誤差遠(yuǎn)離0時(shí)，對(duì)應(yīng)的規(guī)則少些，以保證控制的靈敏度。 圖3-7 模糊規(guī)則曲面 5．模糊推理及清晰化方法的選擇 模糊規(guī)則確定后，要選擇模糊推理方法。常用的模糊推理方法有Mamdani極大極小法，Larscn乘積運(yùn)算法。前者在模糊控制系統(tǒng)中最常見，其合成方法直接采用極大極小運(yùn)算，計(jì)算比較簡(jiǎn)單；后者可以獲得線性推理結(jié)果，隸屬函數(shù)可取正、負(fù)值，實(shí)現(xiàn)外差推理。本文采用的模糊推理方法為Mamdani極大極小法。 模糊推理得到的結(jié)果都是模糊值，不能直接應(yīng)用于被控對(duì)象，需要先轉(zhuǎn)化成一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以執(zhí)行的精確

58、量。此過程一般稱為清晰化過程，它可以看作從模糊空間到清晰空間的一種映射。目前在模糊控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的清晰化方法是重心法。本文也采用這種推理方法。 3．3 ABS控制算法的仿真及分析 3.3.1 ABS控制性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 由于本文主要研究的是ABS對(duì)汽車制動(dòng)性能的改善，故其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步簡(jiǎn)化為： 1 車輪在任何路面上制動(dòng)時(shí)不能抱死； 2 在保證車輛穩(wěn)定性的前提下，盡可能的減小其制動(dòng)距離。 3.3.2 ABS控制算法的仿真實(shí)現(xiàn) 本節(jié)參照上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在Matlab/Simulink環(huán)境下對(duì)所設(shè)計(jì)的ABS模糊控制器進(jìn)行多種工況下的仿真。

59、表3-2 仿真車輛參數(shù) 汽車質(zhì)量 車輪半徑 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù) 重力加速度 1500 0.3m 4.5 21 9.8m/ 其中不帶模糊控制器和帶模糊控制器的系統(tǒng)仿真模型分別如下所示： 圖3-8 不帶模糊控制器的系統(tǒng)仿真模型 圖3-9 帶模糊控制器的系統(tǒng)仿真模型 下面我們采取兩種制動(dòng)工況，分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)仿真分析。 制動(dòng)工況1：汽車制動(dòng)初速度為30m/s,高附著系數(shù)路面（干混凝土路面，Sc=0.2, =0.9）。 表3-3 制動(dòng)工況1下的仿真數(shù)據(jù)

60、 制動(dòng)工況1 制動(dòng)時(shí)間 制動(dòng)距離 車輪抱死時(shí)刻 不帶模糊控制器 4.75s 80.77m 第1.5s 帶模糊控制器 3.72s 60.59m 無 (1) 車體(實(shí)線)和車輪(虛線)速度曲線 (2) 車輪滑移率曲線 (3) 制動(dòng)距離曲線（80.77m） 圖3-10 不帶模糊控制器的系統(tǒng)仿真曲線 （1）車體(實(shí)線)和車輪(虛線)速度曲線 （2）車輪滑移率曲線 (3) 制動(dòng)距離曲線（60.59m） 圖3-11 帶模糊控制器的系統(tǒng)仿真曲線 在制動(dòng)工況1下，對(duì)裝有模糊控制器的車輛和未裝模糊控制器的車輛的制動(dòng)效果進(jìn)

61、行了仿真對(duì)比(如圖3-10，3-11，表3-3)。從仿真結(jié)果中可以看出：在整個(gè)制動(dòng)過程中，ABS控制器能夠很好的發(fā)揮防抱死的作用，并且使滑移率維持在最佳滑移率O．2左右，保證輪胎能夠獲得最大的地面制動(dòng)力，從而獲得最短的制動(dòng)距離。與未裝ABS的車輛相比，制動(dòng)距離縮短了20多米。 制動(dòng)工況2：汽車制動(dòng)初速度為20m/s,中附著系數(shù)（濕瀝青路面，Sc=0.2,=0.78)和低附著系數(shù)路面（結(jié)冰路面，Sc=0.1, =0.1028）。 表3-4 制動(dòng)工況2下的仿真數(shù)據(jù) 制動(dòng)工況2 制動(dòng)時(shí)間 制動(dòng)距離 車輪抱死時(shí)刻 中附著系數(shù)路面 2.88s 31.83m 無 低附著系數(shù)路面

62、 20.62s 208.2m 無 (1) 車體(實(shí)線)和車輪(虛線)速度曲線 (2) 車輪滑移率曲線 (3) 制動(dòng)距離曲線（31.83m） 圖3-12 系統(tǒng)在中附著系數(shù)路面上的仿真曲線 (1) 車體(實(shí)線)和車輪(虛線)速度曲線 （2）車輪滑移率曲線 （3）制動(dòng)距離曲線（208.2m） 圖3-13 系統(tǒng)在低附著系數(shù)路面上的仿真曲線 在制動(dòng)工況2下，對(duì)裝有模糊控制器的車輛在中附著系數(shù)和低附著系數(shù)路面上進(jìn)行了制動(dòng)仿真。從仿真結(jié)果(圖3-12，3-13,表3-4)中可以看出，基于滑移率的控

63、制算法能夠很好的適應(yīng)不同的路面狀況(無抱死狀況)；同時(shí)，算法能夠識(shí)別對(duì)應(yīng)路面的最佳滑移率，使輪胎能夠充分利用路面的最大附著系數(shù)，從而使車輛獲得最佳的制動(dòng)性能。 依照ABS的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，上述仿真分別從不同角度對(duì)算法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，可以總結(jié)出： (1)基于滑移率的ABS控制算法能夠很好的適應(yīng)不同的制動(dòng)工況，車輪沒有發(fā)生抱死，這體現(xiàn)了模糊控制很好的魯棒性； (2)算法能夠很快的跟蹤到最佳控制目標(biāo)，整個(gè)控制過程相對(duì)比較平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大波動(dòng)，體現(xiàn)了基于滑移率的控制方法相對(duì)于傳統(tǒng)控制方法的優(yōu)勢(shì)； (3)對(duì)于不同的路面，算法都能使車輛在保證穩(wěn)定的前提下充分利用路面的附著系數(shù)，使制動(dòng)性能達(dá)到最佳，說明路面

64、識(shí)別對(duì)控制效果起到了優(yōu)化的作用。 結(jié) 束 語 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，作為主動(dòng)安全系統(tǒng)之一的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)越來越受到汽車生產(chǎn)廠家和眾多消費(fèi)者的重視。在ABS的研究方面，我國(guó)起步較晚，尚未形成實(shí)用的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，因此加快ABS技術(shù)的研究，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ABS系統(tǒng)對(duì)于提高國(guó)產(chǎn)汽車的安全性和增加我國(guó)汽車工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的戰(zhàn)略意義。 本文主要圍繞ABS系統(tǒng)的控制策略及仿真手段展開研究，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下： (1)使用Matlab／Simulink建立了防抱死系統(tǒng)的控制對(duì)象模型，包括單輪車輛模型、雙線性輪胎模型及液

65、壓制動(dòng)系統(tǒng)模型。該模型能夠很好的反映車輛在制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)性能，為進(jìn)一步研究ABS的控制算法打下了基礎(chǔ)。 (2)在深入分析ABS的控制理論以及前人研究成果之后，本文對(duì)基于滑移率的ABS控制算法進(jìn)行了研究和仿真：根據(jù)模糊控制理論，建立了ABS模糊控制器以控制滑移率。在Matlab中通過多種工況的仿真分析，證明了該算法能夠很好的適應(yīng)不同路面，使車輛在制動(dòng)過程中始終能保持較好的制動(dòng)性能。 參考文獻(xiàn) 1. 陳家瑞，馬天飛 汽車構(gòu)造（第五版） 北京：人民交通出版社 2006 2. 周志立 汽車ABS原理與結(jié)構(gòu) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005

66、3. 王保華，陶建民 ABS模糊控制的研究【M】 汽車科技 2000，（2） 4. 陳杰平，李勤華 基于模糊控制理論的ABS仿真研究【M】 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2008，（6） 5. 黃巨成，陳志鵬 MATLAB/Simulink在汽車防抱死系統(tǒng)仿真分析中的應(yīng)用【M】 CAD/CAM與制造業(yè)信息化 2008，（10） 6. 周桂梅 ABS汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)應(yīng)用于展望【M】 江蘇科技信息 2009，（6） 7. 解龍，陳家琪 ABS四輪車輛的Matlab/Simulink建模與仿真【J】 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2004,26（2） 8. 王英杰，林怡青，彭美春 車輛ABS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真研究【M】 機(jī)電工程技術(shù) 2007,36（3） 9. 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(xué)院學(xué)報(bào) 2008,22（2） 10. 趙林輝，劉志遠(yuǎn)，陳虹 車速和路面附著系數(shù)的滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)【M】 汽車工程 2009,3