基于路面識別的ABS模糊控制仿真分析

摘 要：本文在路面識別基礎上研究了ABS模糊控制仿真實驗，并對其進行了分析與探究。在本次ABS模糊控制仿真實驗中，產生了一種新型路面識別方式，這種路面識別方式可以基于滑移率對ABS模糊神經網絡進行合理的控制。在汽車模型基礎上展開了單一附著系數與變附著系數的ABS制動實驗。研究結果表示以路面識別為基礎的ABS模糊控制系統可以進一步提升對路況的判斷準確性，效果優于傳統車輛控制器。

關鍵詞：路面識別;ABS模糊控制;仿真;分析

ABS屬于汽車防抱死制動系統，該系統內部具有自動控制功能、調節制動功能和防車輪抱死功能。ABS系統在車輛實際制動過程中可以基于車輛的自動調節將車輛的制動力提升至最大。現階段，在ABS控制系統內部使用范圍較廣的主要有邏輯門限控制方式，但是這一方式具有較為明顯的缺陷。所以為了將ABS系統性能充分發揮出來就應該深入研究滑移率。

1 ABS模糊控制系統概述

ABS（汽車防抱死制動系統）借助車輪制動矩的自動調節降低車輛輪胎在制動的時候產生抱死拖滑的情況，車輛在維持至標準滑移率的時候，車輛具有一定的地面制動力和側向力，在這種情況下不但可以提升車輛的穩定性和轉向穩定性，還可以為車輛提供一定的操控指引，進一步將其制動距離縮短[1]。現階段，較為成熟的汽車防抱死制動系統都是以邏輯門限值控制手段實現的，這一方法可以通過對速度門限的增減或基于滑移率實現，在實際應用的過程中可以看出，該方法雖然使用步驟較為便捷，但是由于在對其展開調試的時候過于復雜，同時實際制動過程中假如車輪滑移沒有維持在標準滑移率內，那么就會促使其周圍產生較大的波動[2]。同時，因為路面不同情況和類型對汽車產生的影響各不相同，會直接影響到其附著系數，所以這時可以通過建立路面識別系統識別基礎附著系數，為汽車防抱死制動系統能夠正常運行做出保證，提升路面附著系數的使用率。結合目前汽車防抱死制動系統控制手段，本次研究對其展開了較為細致的汽車防抱死制動系統模糊控制，該方式主要是借助車輛車輪制動力矩測量路面的附著系數，當?—λ曲線距離最高點越近，那么就需要及時對路面進行識別，采取汽車防抱死制動系統對其進行模糊控制。本次研究基于某車輛模型為研究內容，輔以MATLAB/simulink軟件展開識別與仿真，仿真實驗結束后結果表示，以路面識別為基礎的汽車防抱死制動系統制動效果較好，可以提升當前路面情況識別的準確性。

2 汽車動力學模型

本次實驗以某車輛動力學模型為例（如圖1），其中車輛的橫軸與豎軸平動自由度均以Z為中點進行擺動，同時車輛的四個輪子以其各自中點為軸轉動自由度。若該車輛模型上部一坐標系原點和車輛質心契合，在當前路面平滑的前提下，車輛沒有進行垂向運動，車輛俯仰角為0，車輛四個輪機械特性一致，車輛前輪轉角基本相似，在排除車輛四輪滾動及空氣阻力的情況下。

上述方程中，表示車輛整備質量為m，單位為kg，表示車輛在橫軸，豎軸行進速度為υx，υy，單位為m/s。表示橫向擺角速度為γ，單位為rad/s，表示車輛輪胎橫縱力為Fxi，Fyi（i=1，2，3，4）。表示輸出制動力矩為T?di（i=1，2，3，4），單位為N*m，表示車輛輪胎驅動力矩為Tdi（i=1，2，3，4），單位為N*m。表示前后軸與質心距離為a，b，表示車輛前后輪距為d，表示駕駛轉角輸入為δ，單位為rad。表示簧載質量和車輛轉動慣性量為Iz，Z，單位為kg*m2，表示車輛輪胎慣性量為Iωi（i=1，2，3，4），單位為kg*m2。車輛車輪半徑為r，車輪角速度為ωi（i=1，2，3，4），單位為rad/s。

3 汽車防抱死制動系統模糊控制器設計

汽車滑移率控制作為連續控制內容會受到不同路面滑移率的干擾使其滑移率產生變化，同時模糊控制器參數也會產生一定的改變。目前路面識別系統在制動過程中應始終處于工作狀態，并對路面情況進行檢測，假如路面出現了特殊情況，那么這時就可以對滑移率數據進行重新設計，還可以對模糊控制器參數進行調整[3]。汽車防抱死制動系統模糊控制器能夠及時獲取車輪轉速傳感器信號，并以其為依據通過計算獲取車輪的滑移率及加速和減速實際速度，而后對其加以分析和處理，將控制信號發送至制動壓力內部。使用雙輸入和單輸出的二維模糊控制設備，其輸入量及滑移誤差的計算公式為E=λ-λ0，滑移率誤差變化計算公式為EC=dλ/dt。

基于常規制動條件下，車輛與車輪的加速度差異相對較小，若車輪趨于抱死在進入活動附著區域內以后，就會提升車輛轉身角度。所以這時就需要處于緊急制動下及時監測車輪與車身的加速度，在二者產生較大差異的時候需要立即識別路面附著系數。為了進一步簡化計算步驟，在對車輛加速度滑移率取0時車輪量角加速度的進行計算可以使用：，計算車輪角加速度可以使用：=，η為比例系數=。

在車輛緊急制動的時候，會使比例系數提升，因此這時觀測比例系數為η>η0，這時即可以對當前行駛道路進行相應的識別與觀測。基于干路面、濕路面、帶冰路面公式?=0.9*[1.07*（1-e-17.73λ）-0.6λ]，?=0.47*[1.07*（1-e-77.3λ）-0.6λ]，?=0.17*[1.07*（1-e-38λ）-0.3λ]，得出路面?-λ曲線，結合識別結果采取控制制動力矩對其進行調整，最終使其能夠最大程度上提升路面附著系數的使用效率。結合上述內容，汽車防抱死制動系統對路面的識別原理如圖2。

4 結語

綜上所述，在本次研究中在滑移率控制下實現了有效的ABS模糊控制器設計。因為，目前道路路況多種多樣，這也使其控制策略各不相同。本次ABS模糊控制仿真實驗中采用了路面附著系數識別方式對其進行研究，結果表示：以路面識別為基礎的ABS模糊控制系統可以較為準確的掌握當前路況，進一步達到設計目標。

參考文獻：

[1]夏偉.基于模糊控制的微型車ABS制動性能仿真分析[J].武漢交通職業學院學報，2018，020（003）：111-116.

[2]張大禹，衛龍龍，魏洪貴等.基于參數自整定模糊PID控制的汽車ABS系統分析與仿真[J].汽車實用技術，2019，287（08）：100-103.

[3]凌濱，宋夢實，邢鍵等.基于模糊PID的汽車防抱死制動系統[J].計算機仿真，2018，35（10）：176-180+202.

本文系院級課題《基于路面識別的汽車ABS系統研究》

課題編號： 2020PZYKY18

作者簡介：陳保山（1983-），男，河南濮陽人，本科，講師，研究方向：從事汽車ABS路面識別研究。