制动系统建模仿真及ABS控制器设计Word文档下载推荐.docx

1、So式中，ib为峰值附着系数；ig为车轮完全抱死时（即Sb=1）时的路面附着系 数；So为峰值附着系数所对应的滑移率。图2线性化的路面附着系数与车轮滑移率关系曲线-1 -3.控制算法这里以门限值控制算法为例，说明 ABS控制器设计及制动系统力学的仿真过 程。采用门限制控制算法的基本思想是保证车轮滑移率在最理想的范围之内。制 动开始后，随着制动压力的升高车轮转速 相应减小，车轮出现滑移；当车轮滑移率达到理想范围上限值 Smax时，减小制动压力；随着制动压力的减小，直至 减小到滑移率下限值Smin时再增大制动压力。循环往复这一过程直至车辆停 止。因此，在ABS控制器起作用的过程中，滑移率总是保持在

2、理想的范围内， 从而保证车辆的最佳制动性能及行驶方向控制的稳定性。4.仿真流程及参数输入由上可知，ABS控制器所用到的一些控制参数有：1） 由路面附着系数i与滑移率Sb的关系曲线所表示的轮胎模型；2） 滑移率控制上限Smax、下限Smin；3） 车辆模型参数及初始车速 13；4） 制动器油压增长率ki和减小率kd等。根据分析可知，控制逻辑实现的关键是计算当前车轮滑移率 Sb（t ）并与预先确定的上限值（Smax，Smin）进行比较，来判断对制动液压控制系统的增压或减压操 作，控制流程如图3所示。图3仿真流程-2 -5.实例分析单轮制动动力模型参数由表1给出。设式图2定义的路面附着系数分别为卩h

3、=0，卩g=0.门限值控制算法设计 ABS控制器，使车轮滑移率Sb保持在最 优值（Sopt附近），这里令 Smin=0.18, Smax=0.22。根据表1给出的模型参数及附着系数，按照图 3所示的控制流程采用m语言编制 仿真程序。需要指出的是，表1给出的制动系统控制参数仅作为参考，系统设计 过程中可根据需要适当调整，已获得满意的结果。表1单轮ABS制动力学模型参数符号单位eat锂Mimkg300车轮动力半栓0.25车轮转动惯童kg - m212初始车速m! s30初始角速度rad / s120初始制动力矩TboN600制动油压増怅率ks1Nm!4500制动油压减小率褊5000釆样时阖TsS0

4、.056. MATLAB仿真过程6.1.逻辑门限值控制器Matlab 代码如下：clear clc%输入初始参数m=300; %车轮质量rd=0.25; %车轮动力半径-3 -lw=12; %车轮转动惯量u0=30; %初始车速w0=120; %初始角速度Tb0=600; %初始制动力矩ki=4500; %制动油压增长率kd=5000; %制动油压减少率dt=0.05; %采样时间u（1）=u0; %设置车速数组变量w（1）=wO; %设置轮速数组变量Tb（1）=TbO; %设置制动压力数组变量s（1）=0; %设置滑移率数组变量Fxb（1）=0; %设置地面制动力数组变量%滑移率逻辑门控制i

5、=1;while（u（i）0）s（i+1）=（u（i）-w（i）*rd）/u（i）; % 计算滑移率if s（i+1）0.2 %计算纵向附着系数 mu=4*s（i+1）;elsemu=0.85-0.25*s（i+1）;endFxb（i+1）=m*9.8*mu; %计算地面制动力 逻辑门控制器if s（i+1）0.22 Tb（i+1）=Tb（i）- kd*dt; elseTb（i+1）=Tb（i）;dw=（Fxb（i+1）*rd-Tb（i+1）/lw; % 计算车轮角加速度 du=-Fxb（i+1）/m; % 计算车身加 速度u（i+1）=u（i）+du*dt; %计算下一时刻车速 w（i+1）

6、=w（i）+dw*dt; % 计算下一时刻 轮速i=i+1;t=0:dt:（i-1）*dt;plot（t,u w*rd）figure（）-4 -plot（t,Fxb,t,Tb）plot（t,s）运行结果如下：1）制动器制动力矩与地面制动力随时间变化曲线制动力变化曲线制动力 00.511.522.5时间 t/s33.544.5 r V4I / i.V/*!A t J 1 1* |UF iiV V1AItr1| 型门制劝h i 鼎U型Nij I1 Nii 1tFr VrI】JJ叫lJ2）滑移率随时间变化曲线滑移率变化曲线滑移率 00.511.522.5时间 t/s33.543）车速与轮速随时间变化

7、曲线 车速与轮速变化曲线速度 m/s00.511.522.5可以看出：基于滑移率的逻辑门限值控制器，可以限制滑移率在给定的最佳滑移率附近波 动，汽车完全停止时，车速为零，滑移率趋于无穷大，所以在仿真时间最后一段，滑移率 有较大波动。制动器制动力矩在滑移率控制器的控制下，可以完成增压、保压、减压动作， 防止车轮过早抱死，减小制动距离。-6 -62模糊控制器621模糊控制器设计1）输入量模糊化为简化，仅选取滑移率偏差e作为输入量，当最佳滑移率选为 0.2时，滑移率 偏差范围为【-020.8】，经过适当变化，使e的变化范围为【-6,6】，以便于控制。为简化，仅选取三个语义词【N , Z, P】，即正

8、、零、负。分别定义各自的隶 属度函数，进行模糊化，如下图：2）输出量反模糊化选取制动器制动力矩改变量为输出量，取值范围设定为【-1, +1】。同样，为 简化，选取三个语义词【I, K，D】，即增压、保压、减压。并定义相应隶属度函数，女口 下图：由于仅有一个输入量，且仅选取三个语义词，只需定义三条模糊规则，如下 图：sH）then2If it tB Z） than （Tb bK） it.3if e aPrh&fi 门I $D，ii.4）控制曲线观察制动器制动力矩改变量与滑移率偏差的关系-7 -622模糊控制matlab仿真过程程序如下：clearclc %车轮质量rd=0.25;Iw=12;w（

9、1）=w0;Tb（1）=Tb0; %设置制动压力数组变量s（1）=0; %设置滑移率数组变量Fxb（1）=0; % 设置地面制动力数组变量dtp（1）=0; %设置地面制动力变化量数组变量 %模糊控制-8 - % 计算地面制动力 模糊 e=12*（s（i+1）-0.5）; 控制 abs=readfis（abs_fzy2.fis）;器 dtp（i+1）=evalfis（e,abs）;Tb（i+1）=Tb（i）+2*5000*dtp（i+1）*dt;du=-Fxb（i+1）/m;u（i+1）=u（i）+du*dt;w（i+1）=w（i）+dw*dt;i=i+1;%绘图plot（t,dtp）-9 -

10、 %将滑移率偏差范围转化到【-6,6】调用设计好的模糊控制器 输出制动器 制动力矩变化量计算制动器制动力矩运行结果：1）模糊控制器输出，即Tb的变化量 模糊控制器输出（Tb变化量）0.80.6n/jf* 1:0.40.2变化率0-0.2-0.4-0.600.511.522.52）地面制动力与制动器制动力矩 制动力变化曲线250020001500 制动力1000500-50000.511.522.5 时间 t/s33.544.5-10 -3）滑移率 滑移率变化曲线0.350.3滑移率0.20.150.1000.511.522.54）车速与轮速车速与轮速变化曲线 %初始车速 w0=120; %设置

11、地面制动力变化量数组变量% PID控制器mu=4*s（i+1）;-12 -PIDe=s（i+1）-0.2; %计算滑移率偏差 控ec=（s（i+1）-s（i）/dt; %计算滑移率偏差变化率 制 es=sum（s）; %计算滑移率偏差的累积 器dtp（i+1）=Kp*e+Kd*ec+Ki*es; % 计算PID控制输出量，即 Tb变化量Tb（i+1）=Tb（i）-800*dtp（i+1）*dt; % 计算 Tbdw=（Fxb（i+1）*rd-Tb（i+1）/Iw;% if i200% break;% end end %绘图 t=0: plot（t,u*rd） figure（） plot（t,F

12、xb,t,Tb） figure（） plot（t,s） figure（） plot（t,dtp） -13 -1）地面制动力与制动器制动力矩 制动力变化曲线制动力 00.511.522.5 时间 t/s33.544.5*pl厂7i t J产、 f 1 ti一Fxb it/、2）滑移率滑移率变化曲线 滑移率00.511.522.5-14 -3）车速与轮速 车速与轮速变化曲线工扯述X丿ka2520速度 m/s15105-500.511.522.5-11 -6.3.PID控制器PID空制器的设计选取滑移率s的偏差e作为输入，若选定最佳滑移率为 0.2,则e=s-0.2；输出量为制动器制动力矩的变化量 dtp。则有，dtp=Kp* *e+Ki* ? edt+Kd*dedt选取一组合适的系数，Kp、Ki、Kd，即可完成PID控制 MATLAB仿真过程MATLAB程序代码如下：