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机械工程与自动化学院

本科生毕业设计（论文）

英文翻译

学生姓名：

学号：

专业：

机械设计制造及其自动化

年级：

2009级

指导教师：

日期：

2013年6月02日

机械工程与自动化学院制

基于模糊鲁棒控制系统汽车防抱死制动性能

李发宗胡如福姚焕新

机械工程学院，宁波工程学院，宁波，浙江，中国

摘要

针对在汽车制动的特点和性能要求的ABS的数学模型成立。

ABS控制策略是在稳健和模糊逻辑先进混合控制的基础上。

模糊和鲁棒控制的仿真模型建立Matlab/Simulink汽车ABS。

该模型有更好的鲁棒性，良好的稳态特性，很强的抗干扰能力和高控制精度。

仿真结果分别与一个单一的鲁棒控制进行比较，模糊控制和理想的ABS控制进行比较。

该结果表明模糊鲁棒控制民族地区能有效地完善的汽车ABS的响应，加强对车辆的能力，以适应不同的道路。

它也能获得最佳的制动滑移率，制动距离。

【关键词】模糊；强劲；ABS；制动性能

1引言

目前，有逻辑门限值控制，PID控制，滑模变结构控制，模糊控制，神经防抱死制动系统的网络控制和鲁棒控制（ABS系统）控制方法。

采用PID控制，PID参数很容易调试，需要使用试用的方法确定参数，它缺乏抗干扰能力。

模糊控制具有较好的鲁棒性，但通过耗时的模糊规则需要进行调整匹配方法，其适应能力差。

鲁棒控制可线性非线性问题，与传统的线性控制相比较，它具有更好的稳定性和抗干扰能力。

但需要知道错误的上限鲁棒控制传递函数模型，这是很难选择的加权的功能。

传统的滑模控制具有良好的自我系统的扰动，不确定性和适应性外部干扰，但不连续的切换控制变量，它可以导致扑在附近的滑平面，导致系统不稳定。

本文试图提出融合稳健和模糊逻辑的控制策略。

它有良好模糊控制的鲁棒性的优势，良好的稳态特性鲁棒控制，较强的抗干扰能力和较高的控制的准确度。

混合控制策略可以提高响应的ABS系统的特点，提高应变能力各种路面;获得最佳制动滑移率和缩短制动距离。

2车辆动力学模型

ABS控制原则是要保持车轮的滑移率达到最佳滑移率，所以可以得到高的纵向和横向摩擦系数。

在制动过程中，当轮转矩不足以克服由粘接剂引起的对策由制动产生的制动扭矩，车轮将被锁定。

如果车辆尚未完全刹车，车轮上滑倒在路上。

为了获得在制动过程中一个良好的驱动性能，有必要使用轮胎之间的粘合力，并使路面充分合理。

粘附依赖于垂直载荷和轮胎与路面之间的摩擦系数表面之间。

2.1轮型号

为了简化分析，两种程度的自由单轮车模型采用（如图1所示），即轮平面方程和方程围绕中心旋转车轮，忽略空气阻力和滚动阻力的车轮[2]。

图1单轮车辆模型

车辆动力学方程：

Mv（t）=-Fs（t）

（1）

Jω（t）=Fs（t）R－Tb（t）

（2）

Fs（t）=μN（3）

该模型假定汽车有四个轮子，重量的平均分配给这些车轮的车辆。

N=Mg（4）

滑移率的定义：

λ（t）=v（t）－ω（t）R（5）

v（t）

从公式（5）可以看出：

当车辆速度等于车轮速度，滑移率​​是零，在汽车制动时，他们的差异越大，滑动速率更大;当轮锁定时，车轮速度是零，而滑移率达到100％。

ABS控制的目的是调整轮的滑动速率，相对于任何给定的路面，使车轮与纵向之间的附着系数道路最大值，缩短制动距离，并确保重新在车辆制动时的方向稳定性和可操作性。

2.2轮胎型号

布克哈特给出了常用的函数关系轮胎之间的纵向附着系数和滑比率：

μ（s）=A（1－e-Bs）－CS（6）

其中A，B，C是一个参考因素，它的值显示在表1。

表1典型道路A，B，C参数值

道路

A

B

C

干沥青

1.2801

23.99

0.52

湿沥青

0.857

33.822

0.347

干法水泥

1.1973

25.168

0.5373

雪地

0.1946

94.129

0.0646

冰地

0.05

306.39

0.001

2.3制动模型

制动压力的比例系数和是通过检测车轮的制动转矩。

然后是作用于制动液压之间的关系，轮缸活塞和车轮制动力矩是：

Tb=k（p-p0）（7）

其中，Tb是车轮的制动力矩;k是比例系数;p是制动液压力;p0是门槛的压力。

3汽车ABS鲁棒控制

当汽车紧急制动或制动在不好的道路状况，会发生不确定性，这种不确定性显示明显的非线性。

因为这种非线性会导致重大摆动，鲁棒控制的目的是线性不确定非线性动态系统和解决在制动过程中的咯咯作响[1]。

3.1鲁棒控制理论

不确定系统的鲁棒控制：

图2显示了反馈系统，其中P（s）和C（s）分别是控制对象和控制器的传递函数模型。

 P（s）是图中的模型的不确定性，不考虑控制对象模型，称为控制对象的名义模型。

因此，鲁棒控制的不确定性的描述系统包括的标准模型和不确定性[3]。

图2鲁棒控制的反馈系统

对于图3所示的反馈系统，如果考虑实际控制对象，然后实际控制对象模型的传递函数可以描述为：

（8）

图3不确定性反馈控制系统

∆（s）代表添加剂扰动模型的不确定性，即加不确定性。

对于单输入单输出控制系统，假设：

（9）

其中R代表所有实数集，W（s）是该结构最大的添加剂扰动∆（s）.因为∆（s）没有显示∆（s）反映了非结构不确定性。

显然，实际控制对象属于一个非结构化的集合。

（10）

非结构化集合包含标称模型，代表不确定性扰动􀀃之间的关系的不确定性微扰，标准模型，以及最大的扰动。

作为组结构的一个例子，实际的控制对象的传递函数模型是：

（11）

a不同的实数区间[amin,amax]，所以这控制对象属于一组结构

（12）

可以清楚地看出，该设计的鲁棒控制系统是基于在所有的控制对象模型的一个特定的设置，控制系统，其目的是要保持所有控制对象的稳定性和所需的性能属于集合。

鉴于系统的鲁棒稳定性可从转让条件。

模型的不确定性功能：

（13）

正如图2中所示的反馈控制系统是稳定的，

也是稳定的。

因此，系统的鲁棒稳定条件是：

（14）

所以

（15）

3.2TheMathematical型号的汽车ABS的鲁棒控制

根据强劲的不确定性原理结构，有限的控制，将出现在鲁棒控制，因此，我们设计的汽车ABS，添加第三控制输出的组件，根据汽车ABS强劲控制，我们可以得到闭环控制图ABS，如图4所示。

图4ABS的闭环控制框图

在图4中，x和y是虚拟信号，在这里Hxy=S0 ，同时Hxy=∆（s）。

C（s）是致动器的传递函数， P（s）是一个控制器。

根据这个框图，我们可以这样写：

（16）

如果我们选择1/（1-∆）=a，然后a表示环路增益的变化。

我们选择的环路增益变化是0≤a≤1。

基于鲁棒控制理论在前面的讨论中，W1>∆。

因此，

（17）

因此，基于代数约束方程（17），为指定的值和角速度（ωc）中所示的图4通过下面的关系，可以计算出

（18）

这里V是车辆速度,Rω是车轮半径，Sc是指令的滑移率。

然后，我们建立了一个数学汽车ABS鲁棒控制模型。

3.3ABS鲁棒控制性能分析

我们模拟的鲁棒控制模型。

为了在冰雪路面使用不同的控制方法，比较各种控制策略的制动性能，直觉上，我们选择道路路面结冰条件差刹车情况分析，图5-6当汽车在结冰的道路上制动距50km/h时，随时间变化的曲线是通过鲁棒控制策略传统的ABS控制和理想的ABS控制方法。

图5轮速制动过程中随时间变化的曲线

图6车速在制动过程中随时间变化的曲线

图5-6中，可以看出，从仿真结果汽车防抱死制动系统的制动性能降低很大TLY与传统的ABS控制策略。

我们可以看到，传统的控制器将锁定车轮在较低的​​速度，这是一个很危险的情况下，很容易导致侧滑，甩尾或者甚至翻车。

的仿真结果可以看出，从扑滑移率造成的鲁棒控制由传统的控制显着降低与强大的控制方法[5]。

此外，鲁棒控制器的鲁棒性代表的ABS的制动性能不会恶化与道路状况（例如，从冰到沥青路面）。

然而，当使用这种控制方法来制动，滑移率只保持在0.2，这是不太理想，最大制动减速无法获得Wi次滑移率，最短的制动距离不能被接收。

为了解决这个问题，我们增加了模糊逻辑控制到强大的控制策略，它可以使汽车达到最大制动减速度，在制动过程中对各种道路条件和提高的制动性能车辆。

4汽车ABS模糊鲁棒控制

在上一节中，一个恒定值吩咐纵向滑移被利用，以得出的结果鲁棒控制器。

然而，这种方法不会产生在不同的道路条件下的最佳结果。

所以，我们利用模糊逻辑规则的映射的车辆加速度（减速）鲁棒控制器的吩咐滑。

因此，它被示出，通过混合模糊逻辑与鲁棒控制器，类似的结果了理想的力控制器可以产生的[6]。

采用模糊逻辑方法，设计了模糊规则，即，不分明的不确定的对象。

它是模糊化输入减速。

然后下面这个简单的规则是用来与输入减速的吩咐滑。

可以看出，从建模的鲁棒控制鲁棒控制器的输出实际上是要达到的目标鲁棒控制的阻尼力。

鲁棒控制方法本文提出的汽车ABS是通过控制的阻尼[7]。

模糊鲁棒控制系统结构如图图7中，Fc为模糊控制器，这是模糊控制器单输入单输出系统，输入变量采用鲁棒控制的输出，输出变量是一个可调节减震器阻尼。

图7鲁棒控制器的结构

对于滑移率，以产生一个明确的值，我们模糊化的输出，因此，它可以产生的最大车在各种路况下的模糊鲁棒控制减速条件。

5模糊鲁棒控制仿真分析

基于上述分析，鲁棒控制能有效地减少在制动过程中的非线性，也减少扑滑移率，模糊逻辑控制，具有较好的鲁棒其性能优于其他控制方法。

该模糊控制，可以真正实现的关键的车轮锁并提高车辆的制动性能。

因此，我们结合强大的控制和模糊逻辑控制的优势设计控制策略，它可以产生最佳制动这种混合控制策略的效果。

之间的曲线不同控制策略下的速度和制动距离如图8中所示。

图8该车辆被打破冰雪路面上不同的控制策略

我们可以清楚地看到各种控制的性能通过上面的图表战略。

制动停车模糊鲁棒控制的距离大约是7.2米。

模糊鲁棒控制的制动性能类似的理想ABS控制。

通过分析，我们可以得出它会产生同样的制动效果理想ABS更好地调节阻尼的模糊鲁棒控制器控制器。

6结论

通过比较，可以得出以下结论数据和模拟曲线鲁棒控制，模糊逻辑控制，鲁棒和模糊混合控制和理想的ABS控制。

模糊稳健的滑移率控制可以减少扑与传统的ABS控制器或开关控制器，它可以简单的线性模型的非线性系统。

模糊稳健控制也能有效控制下的不确定性不同的路面情况，仿真曲线的稳定性是比传统的ABS控制较为理想。

在本文中，机械非线性鲁棒控制理论是用来推导出汽车ABS控制器。

鲁棒控制是成功的补偿对于不同的t路面与一恒定值的条件下命令滑移，但是，最大化的减速使用这种方法时，不能保证。

此外，模糊逻辑方法是用来改变命令的滑移基于汽车减速输入。

到了理想ABS相比模糊鲁棒控制的控制策略，可以产生最好的可能的制动效果。

这是一个可行的控制策略。

致谢

这项工作是由优秀青年教师浙江省高等教育机构的计划支持。

格兰特号码是2008212。

【参考文献】

[1]程军鲁棒控制防抱死制动系统的研究[J]。

汽车工程，1998,20

（1）：

17-23。

[2]程军的ABS的理论与应用[M]。

北京：

北京理工大学出版社，1999年。

[3]邓国元，宾鸿赞。

模糊滑模仿真研究控制途径ABS[J]。

中国机械工程，2007（13）:

1629-1632。

[4]白歆，黄渤。

双控制器的研制的汽车ABS基于模糊控制[J]。

机床与液压，2007，（01）：

189-190+172。

[5]陈炯，汪挥圯，宋健。

 ABS模糊控制研究基于滑移率和减速的影响[J]。

汽车工程学院，2006年，（02），148-151+180。

[6]朱卫星，陈荫昌。

应用及仿真汽车ABS采用模糊PID控制[J]。

江苏科技大学（国家科学版），2004，（04），310-314。

[7]张相文，王飞跃。

研究自适应模糊滑模模式为车辆ABS控制算法[J]。

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