汽車ABS模糊控制系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)

王建南

摘 要：針對(duì)現(xiàn)代電子式汽車ABS體積大，反應(yīng)較慢等影響汽車安全的問(wèn)題，提出了以模糊控制的方式對(duì)汽車ABS進(jìn)行，模糊控制是基于操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，不需要建立數(shù)學(xué)模型，控制機(jī)理和策略容易接受和理解，很便于應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車ABS、模糊控制

汽車ABS又稱汽車防抱死系統(tǒng)，是一種汽車安全裝置，汽車在緊急剎車制動(dòng)時(shí)，它可以防止車輪抱死，同時(shí)保持汽車行進(jìn)中方向穩(wěn)定。在汽車模糊控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，滑移率是主要控制對(duì)象，通過(guò)計(jì)算滑移率的值，不斷調(diào)整制動(dòng)力矩，同時(shí)通過(guò)控制制動(dòng)力矩又反過(guò)來(lái)控制滑移率，最終使滑移率處于最佳滑移率范圍內(nèi)，以獲得最佳的制動(dòng)效果。

1汽車ABS的工作原理

在汽車制動(dòng)時(shí)，滑移率是其判斷車輪是否抱死的主要依據(jù)，如果汽車行進(jìn)速度大于車輪線速度，車輪就會(huì)產(chǎn)生滑移，滑移率的計(jì)算公式為：

通過(guò)滑移率的變化，我們可以判斷車輪是否抱死。若車輪滑移率 =0，則說(shuō)明汽車是正常行駛；若車輪滑移率0< <1，則說(shuō)明車輪就有滑動(dòng)也有滾動(dòng)，汽車正在進(jìn)行剎車；若車輪滑移率 =1，說(shuō)明汽車車輪抱死，無(wú)法移動(dòng)。

2模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)模糊控制的關(guān)鍵是模糊控制器，模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法及模糊決策等因素都會(huì)影響模糊控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。模糊控制器所采用的模糊規(guī)則有模糊理論中模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的，所以模糊控制器又稱為模糊語(yǔ)言控制器。

2.1輸入輸出變量

在模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，以滑移率誤差e及其變化率ec為模糊控制器的輸入，以制動(dòng)器制動(dòng)力矩u為模糊控制器的輸出；輸入變量e的論域分別為[-6，+6]，實(shí)際滑移率的變化范圍為[0，1]，最佳滑移率一般為0.2，所以滑移率誤差的基本論域?yàn)閇-0.2，0.8]；同樣輸入變量ec和輸出變量u的論域設(shè)為[-6，6]，根據(jù)車輛模型仿真結(jié)果，ec的基本論域確定為[-100，100]，u的基本論域確定為[-600，600]；然后對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行模糊化，得到的模糊數(shù)分別為E、EC和U。根據(jù)量化方程，得到量化因子 K1=12，量化因子K2=0.06，比例因子K3=0.01；對(duì)于輸入輸出變量都選用{負(fù)大（NB），負(fù)中（NM），負(fù)?。∟S），零（ZE），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}來(lái)表示隸屬度函數(shù)。

2.2 模糊規(guī)則以及模糊控制查詢表的建立

根據(jù)我們?nèi)粘Ｉ钪械膭x車經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模糊規(guī)則，規(guī)則的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：滑移率誤差越大，滑移率誤差變化率越大，說(shuō)明車輪即將抱死，此時(shí)要減小制動(dòng)力矩；滑移率誤差適中，滑移率誤差變化率適中，制動(dòng)力矩也適中；滑移率誤差越小，滑移率誤差變化率越小，說(shuō)明此時(shí)車輪也即將抱死，需要增大制動(dòng)力矩。模糊規(guī)則的設(shè)計(jì)采用if E and EC then U的原則。

2.3解模糊

為了獲得更加準(zhǔn)確的控制量，本文采用重心法進(jìn)行解模糊。重心法是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心作為模糊推理的最終輸出值，即：

重心法具有很平滑的輸出推理機(jī)制，輸入信號(hào)的微小變化也會(huì)使輸出發(fā)生變化。

2.4模糊控制器的仿真

根據(jù)模糊控制器的輸入輸出結(jié)果和實(shí)際情況建立仿真模型，在simulink中建立仿真框圖，需要注意進(jìn)行仿真前需要把建好的fis文件打開(kāi)并保存到模糊控制器的工作空間去。模糊控制的仿真框圖如圖1所示：

圖2為制動(dòng)力矩隨時(shí)間的變化曲線，汽車開(kāi)始剎車制動(dòng)時(shí)，滑移率誤差偏低，制動(dòng)力矩，但會(huì)導(dǎo)致滑移率誤差偏大，所以又要減小制動(dòng)力矩，如此循環(huán)，使汽車平穩(wěn)停車。從仿真曲線看出，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，反映較快，與實(shí)際符合，從仿真曲線來(lái)看該模糊控制是非?？尚械?。

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