汽車ABS模糊控制系統的仿真與設計

王建南

摘 要：針對現代電子式汽車ABS體積大，反應較慢等影響汽車安全的問題，提出了以模糊控制的方式對汽車ABS進行，模糊控制是基于操作人員的控制經驗或相關專家的知識，不需要建立數學模型，控制機理和策略容易接受和理解，很便于應用。

關鍵詞：汽車ABS、模糊控制

汽車ABS又稱汽車防抱死系統，是一種汽車安全裝置，汽車在緊急剎車制動時，它可以防止車輪抱死，同時保持汽車行進中方向穩定。在汽車模糊控制器的設計過程中，滑移率是主要控制對象，通過計算滑移率的值，不斷調整制動力矩，同時通過控制制動力矩又反過來控制滑移率，最終使滑移率處于最佳滑移率范圍內，以獲得最佳的制動效果。

1汽車ABS的工作原理

在汽車制動時，滑移率是其判斷車輪是否抱死的主要依據，如果汽車行進速度大于車輪線速度，車輪就會產生滑移，滑移率的計算公式為：

通過滑移率的變化，我們可以判斷車輪是否抱死。若車輪滑移率 =0，則說明汽車是正常行駛；若車輪滑移率0< <1，則說明車輪就有滑動也有滾動，汽車正在進行剎車；若車輪滑移率 =1，說明汽車車輪抱死，無法移動。

2模糊控制系統的設計

實現模糊控制的關鍵是模糊控制器，模糊控制器的結構、所采用的模糊規則、合成推理算法及模糊決策等因素都會影響模糊控制系統的優劣。模糊控制器所采用的模糊規則有模糊理論中模糊條件語句來描述的，所以模糊控制器又稱為模糊語言控制器。

2.1輸入輸出變量

在模糊控制系統的設計過程中，以滑移率誤差e及其變化率ec為模糊控制器的輸入，以制動器制動力矩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為[-0.2，0.8]；同樣輸入變量ec和輸出變量u的論域設為[-6，6]，根據車輛模型仿真結果，ec的基本論域確定為[-100，100]，u的基本論域確定為[-600，600]；然后對各個變量進行模糊化，得到的模糊數分別為E、EC和U。根據量化方程，得到量化因子 K1=12，量化因子K2=0.06，比例因子K3=0.01；對于輸入輸出變量都選用{負大（NB），負中（NM），負小（NS），零（ZE），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}來表示隸屬度函數。

2.2 模糊規則以及模糊控制查詢表的建立

根據我們日常生活中的剎車經驗來設計模糊規則，規則的設計標準為：滑移率誤差越大，滑移率誤差變化率越大，說明車輪即將抱死，此時要減小制動力矩；滑移率誤差適中，滑移率誤差變化率適中，制動力矩也適中；滑移率誤差越小，滑移率誤差變化率越小，說明此時車輪也即將抱死，需要增大制動力矩。模糊規則的設計采用if E and EC then U的原則。

2.3解模糊

為了獲得更加準確的控制量，本文采用重心法進行解模糊。重心法是取隸屬度函數曲線與橫坐標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制，輸入信號的微小變化也會使輸出發生變化。

2.4模糊控制器的仿真

根據模糊控制器的輸入輸出結果和實際情況建立仿真模型，在simulink中建立仿真框圖，需要注意進行仿真前需要把建好的fis文件打開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為制動力矩隨時間的變化曲線，汽車開始剎車制動時，滑移率誤差偏低，制動力矩，但會導致滑移率誤差偏大，所以又要減小制動力矩，如此循環，使汽車平穩停車。從仿真曲線看出，系統比較穩定，反映較快，與實際符合，從仿真曲線來看該模糊控制是非常可行的。

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