电动车ABS滑移率识别的控制系统研究_王泽堃.pdf

内燃机与配件 电动车 滑移率识别的控制系统研究王泽堃，张昕（沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁 沈阳 ）摘要：本文论述了电动车的 制动系统的重要性，分析了 制动系统的工作原理。根据目前的最佳滑移率 作为不同路面的最佳滑移率，提出了 滑移率识别的模糊控制策略，这种控制策略是在车辆在行驶过程中，每个车轮的附着系数的不同，通过模糊控制系统中的路面附着系数计算滑移率模块，计算出实时的每个车轮的最佳滑移率，并且将车轮滑移率控制在此滑移率附近。结果表明可以提高 制动系统的制动效果。关键词：；模糊控制；滑移率识别中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；作者简介：王泽堃（），男，辽宁省丹东市，满族，学生，硕士学位，车辆检测与电子控制。通信作者：张昕（），女，副教授，硕士学位，汽车电子控制。引言为了提高汽车制动时的安全性，制动系统通常是利用最佳滑移率的固定值，对 制动系统进行控制策略的研究。所以在传统的 控制系统研究中，直接将最佳滑移率设定为固定值，并且是前后双通道或三通道控制，这种方法无法准确利用路面的最佳滑移率，同时还无法对每个车轮都进行独立控制。因此，本文对于 制动系统的控制策略，提出了滑移率识别的独立 模糊控制策略，该方法通过汽车制动过程中的路面附着系数来进行路面识别，以此获得当前路面的最佳滑移率，并且每个车轮根据需要，对各自的滑移率偏差分别进行四通道独立的 模糊控制，可以利用路面实时的最佳滑移率并进行车轮的独立控制。然后再通过 进行 制动系统控制策略搭建，与 搭建的电动车整车模型，进行联合仿真分析。国内外研究现状 最开始，是用在火车上，后来发展到飞机上。又发展了 多年后，开始有很少一部分的机械式 制动系统运用在车辆上。等到了 世纪 年代以后，制动系统在电子控制的技术上，有了很大的提高。等到上世纪 年代以后，有大约 左右的新生产车辆，开始将 控制系统作为一种车辆上的标准配置设备。在 年，开始建立了 制动系统滑模控制器，也对 制动系统开始了研究，利用 建立了基于模糊控制器和路面识别的 控制器。年，等人对 控制器在整车模型上的分级控制策略进行研究。在国内对 制动系统的研究是从上世纪 年代开始的，并且最开始对 制动系统的研究都是主要在实验室中进行。郭孔辉院士就是在汽车动态模拟实验室进行对 制动系统的研究，同时大部分的研究成果对国内的很多 制动系统机构和厂家都有很大的指导意义。系统原理和性能评价 防抱死制动系统，是防止车辆在行驶过程中，出现车轮抱死的情况，同时还可以缩短制动距离，减少制动时间。车辆在制动时，首先通过传感器检测出车速、轮速等信息，并将该信号传递给电动单元（），然后 对这些信号进行分析处理并计算出滑移率等信息，根据滑移率判断车轮运动状态，是滚动、滑动或者抱死状态。最后，电控单元再对压力调节装置施加增压、保压、减压控制指令，从而调节制动力矩的大小，达到地面的附着系数与车轮相适应，防止紧急制动时车轮抱死，使车轮在最佳状态下制动，以此来获得最好的制动性能，具体组成如图所示。汽车的 制动系统的性能好坏评价方式主要为：汽车以一定的速度在不同附着系数的路面上行驶，在制动过程中，汽车在满足标准制动距离的情况下，制动距离和时间越短，制动系统性能越好。DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.13.003 年第 期图 组成图车轮在制动过程中，有纯滚动、边滚边滑和纯滑动三种状态。随着制动力增加，车轮的滑动比例增加，这种车轮滑动比例的多少用滑移率来表示，所以滑移率的大小代表了制动过程中，车轮滚动和滑动所占的比例。滑移率越大，滑动比例越大。滑移率不同的时候，附着系数也是不一样的，所以本文通过附着系数来计算滑移率。汽车仿真模型的建立本文仿真车辆在 中进行模型创建，仿真的模型为两厢级电动小轿车，以 的初速度行驶在 中建立的 米的道路中线处，在行驶至米处，路面开始变化为仿真的对开路面。路面识别不同的路面条件对应的最大附着系数不同，而最大附着系数对应的滑移率为当前路面下的最佳滑移率，并且随着路面的变化而变化。因此本文提出了路面滑移率识别的控制方法，通过汽车模型输出行驶过程中的实时路面最大附着系数，根据路面最大附着系数识别当前行驶路面类型，通过公式（）计算出当前路面的最佳滑移率，如表所示。表不同路面的参数值路面 干沥青 湿沥青 干水泥 路面最大附着系数 公式为 （）（）在公式中，令 ，然后可以得到（）由公式（）可以计算出不同路面的最佳滑移率。控制策略分析 控制策略优点 控制理论一直是应用最广泛和最成熟的控制理论。控制易于实现，鲁棒性强，而且结构简单，算法简单可靠，对比例、积分、微分三个系数适当整定便可得到适用参数。常用于模拟控制系统，也是控制器最常用的理论。模糊控制策略优点模糊控制工作范围宽、适用范围广，具有较强的鲁棒性，参数易调整，语言变量控制规则容易确定，是一种非线性控制方法，适合非线性系统的控制，对无法建立或很难建模的复杂对象，不依赖于数学模型，收集与其相关的经验、数据，采用模糊控制系统即可解决控制任务。逻辑门限制控制方法优点 逻辑门限值控制的优点在于不需要建立具体的数学模型，并且对系统的非线性控制很有效。将这种控制方法用于 中时，仅需要利用汽车在制动过程中车轮加速度和滑移率门限值控制就可以实现基本的防抱死制动循环。滑模变结构控制方法优点滑模变结构控制的应用原理是根据 控制系统的瞬时状态以跃变的形式对制动量大小进行控制，确保系统在较小范围内滑移换节曲线移动。在制动时具有较强的鲁棒性，但在曲线切换中，通常会产生抖动现象。此外这种控制策略中模型的状态方程误差较大会影响最终制动效果。所以结合以上优点，本文选择使用模糊控制的控制策略实现对 制动系统的控制。模糊控制器设计关于协调控制策略的研究中，对比分析了多种控制策略的优缺点，因为模糊控制的鲁棒性好，同时可以实现对非线性系统的控制，所以本文通过设计模糊控制器，实现对 制动系统的控制研究。模糊控制器主要是由模糊化、专家知识库、模糊推理以及清晰化这几部分组成。主要是将输入的精确值，先通过模糊化模块转换成为模糊变量，再通过专家知识库模块进行专业领域的控制，再利用模糊推理模块进行相应的推理计算，最终将输出的结果通过清晰化模块进行解模糊处理，输出的控制为精确控制。本文采用的是双输入单输出模糊控制器，将实际滑移率与期望滑移率的偏差和该偏差的变化率 作为模糊控制的输入量，将制动压力的控制量作为模糊控制的输出量。通过公式（）计算得出，在干沥青路面的最佳滑移率 ，则滑移率偏差的范围为 ，滑移率偏差的变化率 的变化域为，模糊控制器的制动压力控制量的变化域为，。考虑到三角隶属度函数比较常用，所以选用三角函数。滑移率偏差为六个分区。滑移率偏差 的六个模糊子集分布不均匀，在零附近比较集中，可以使平衡点附近的控制精度提高，在远离零的位置比较疏散，可以使偏差大的位置快速向零位置转化，提高系统的响应速率。滑移率偏差的变化率 的变化域分为三个分区。制动压力的控制量 分为七个分区，如图到图所示。图滑移率偏差分区图内燃机与配件 图滑移率偏差变化率分区图图制动力矩控制量分区图系统仿真与分析 系统仿真过程车辆在实际行驶过程中，会经过不同的路面，路面不同，路面附着系数会有很大变化。而大多数与 制动系统相关的研究，都是用单一的路面，或者用最佳滑移率的固定值进行研究。但是车辆实际行驶过程中，每个车轮都可能在不同的路面条件下行驶，所以本文仿真从实际出发，采用路面滑移率识别的方式，在干、湿沥青对开路面进行联合仿真分析。在汽车制动过程中，通过车速和轮速经过滑移率计算模块计算出每个车轮的实际的滑移率，通过路面识别模块，根据路面附着系数识别当前路面的每个车轮的最佳滑移率。将实际滑移率与最佳滑移率进行偏差运算，将滑移率偏差与滑移率偏差率作为模糊控制的输入，输入到每个车轮独立的模糊控制器，模糊控制器经过模糊控制输出每个车轮的制动压力控制量，并通过制动压力分配模块对每个车轮进行相应的制动力分配，并以制动力矩的形式输入到整车模型中，以此来达到对 滑移率识别的四通道控制系统的研究。当车辆以上述初始速度行驶在仿真的对开路面，并且保持初速度不变的情况下，对仿真车辆采取两个阶段的制动措施，首先是制动压力上升，相当于在行驶过程中进行紧急制动，再将制动压力下降，相当于油门踏板压力过大，车轮即将打滑，收起制动踏板，再开始施加不断递增的制动压力，相当于反应过后继续施加制动压力。仿真过程中，制动压力可以准确模仿汽车紧急制动后驾驶员本能的施加制动力的过程，直至仿真车辆平稳停下来。仿真图如图所示。图仿真动画图 结果分析图和图，分别是在传统的 制动系统和滑移率识别的控制系统下，在干湿沥青的对开路面上以 行驶时，进行紧急制动的仿真曲线，由图可知制动过程中，车速基本匀速下降，传统的 制动系统在 的时候车速降为零，而滑移率识别的控制系统是在 车速降为零。在整个制动过程中时间缩短了一秒左右。图传统 制动系统车速图图 滑移率识别车速图结论滑移率识别的 控制策略，可以准确的判断路面的附着系数情况，计算出此时路面的最佳滑移率，控制滑移率保持在最佳滑移率附近，以此来获得最佳的制动效果。在制动过程中，汽车通过该控制策略比传统控制的制动距离短，实 现 了 通 过 滑 移 率 识 别 的 方 式 来 提 升 制 动效果。参考文献：李 献，骆 志 伟精 通 系 统 仿 真北京：清华大学出版社，郝亮，李刚，刘树伟 基于 的汽车 整车控制 研 究 中 国 工 程 机 械 学 报，（）：刘小平汽车 及其协调控制研究河南理工大学，李绍华，黄宏伟，李灿基于虚拟样机技术的重型汽车 模糊控制研究 科技导报，（）：李君，喻凡，张建武基于道路自动识别 模糊控制系统的研究 农业机械学报，（）：潘辉，李礼夫基于路面识别的汽车 滑模控制方法的研究 现代制造工程，（）：