摘 要：本文在路面識(shí)別基礎(chǔ)上研究了ABS模糊控制仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行了分析與探究。在本次ABS模糊控制仿真實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生了一種新型路面識(shí)別方式，這種路面識(shí)別方式可以基于滑移率對(duì)ABS模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的控制。在汽車模型基礎(chǔ)上展開了單一附著系數(shù)與變附著系數(shù)的ABS制動(dòng)實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表示以路面識(shí)別為基礎(chǔ)的ABS模糊控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步提升對(duì)路況的判斷準(zhǔn)確性，效果優(yōu)于傳統(tǒng)車輛控制器。

關(guān)鍵詞：路面識(shí)別;ABS模糊控制;仿真;分析

ABS屬于汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)部具有自動(dòng)控制功能、調(diào)節(jié)制動(dòng)功能和防車輪抱死功能。ABS系統(tǒng)在車輛實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中可以基于車輛的自動(dòng)調(diào)節(jié)將車輛的制動(dòng)力提升至最大。現(xiàn)階段，在ABS控制系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)性能充分發(fā)揮出來(lái)就應(yīng)該深入研究滑移率。

1 ABS模糊控制系統(tǒng)概述

ABS（汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）借助車輪制動(dòng)矩的自動(dòng)調(diào)節(jié)降低車輛輪胎在制動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生抱死拖滑的情況，車輛在維持至標(biāo)準(zhǔn)滑移率的時(shí)候，車輛具有一定的地面制動(dòng)力和側(cè)向力，在這種情況下不但可以提升車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，還可以為車輛提供一定的操控指引，進(jìn)一步將其制動(dòng)距離縮短[1]?，F(xiàn)階段，較為成熟的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)都是以邏輯門限值控制手段實(shí)現(xiàn)的，這一方法可以通過(guò)對(duì)速度門限的增減或基于滑移率實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)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(duì)其展開調(diào)試的時(shí)候過(guò)于復(fù)雜，同時(shí)實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中假如車輪滑移沒有維持在標(biāo)準(zhǔn)滑移率內(nèi)，那么就會(huì)促使其周圍產(chǎn)生較大的波動(dòng)[2]。同時(shí)，因?yàn)槁访娌煌闆r和類型對(duì)汽車產(chǎn)生的影響各不相同，會(huì)直接影響到其附著系數(shù)，所以這時(shí)可以通過(guò)建立路面識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別基礎(chǔ)附著系數(shù)，為汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行做出保證，提升路面附著系數(shù)的使用率。結(jié)合目前汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制手段，本次研究對(duì)其展開了較為細(xì)致的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模糊控制，該方式主要是借助車輛車輪制動(dòng)力矩測(cè)量路面的附著系數(shù)，當(dāng)?—λ曲線距離最高點(diǎn)越近，那么就需要及時(shí)對(duì)路面進(jìn)行識(shí)別，采取汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行模糊控制。本次研究基于某車輛模型為研究?jī)?nèi)容，輔以MATLAB/simulink軟件展開識(shí)別與仿真，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束后結(jié)果表示，以路面識(shí)別為基礎(chǔ)的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)效果較好，可以提升當(dāng)前路面情況識(shí)別的準(zhǔn)確性。

2 汽車動(dòng)力學(xué)模型

本次實(shí)驗(yàn)以某車輛動(dòng)力學(xué)模型為例（如圖1），其中車輛的橫軸與豎軸平動(dòng)自由度均以Z為中點(diǎn)進(jìn)行擺動(dòng)，同時(shí)車輛的四個(gè)輪子以其各自中點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。若該車輛模型上部一坐標(biāo)系原點(diǎn)和車輛質(zhì)心契合，在當(dāng)前路面平滑的前提下，車輛沒有進(jìn)行垂向運(yùn)動(dòng)，車輛俯仰角為0，車輛四個(gè)輪機(jī)械特性一致，車輛前輪轉(zhuǎn)角基本相似，在排除車輛四輪滾動(dòng)及空氣阻力的情況下。

上述方程中，表示車輛整備質(zhì)量為m，單位為kg，表示車輛在橫軸，豎軸行進(jìn)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，F(xiàn)yi（i=1，2，3，4）。表示輸出制動(dòng)力矩為T?di（i=1，2，3，4），單位為N*m，表示車輛輪胎驅(qū)動(dòng)力矩為Tdi（i=1，2，3，4），單位為N*m。表示前后軸與質(zhì)心距離為a，b，表示車輛前后輪距為d，表示駕駛轉(zhuǎn)角輸入為δ，單位為rad。表示簧載質(zhì)量和車輛轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計(jì)

汽車滑移率控制作為連續(xù)控制內(nèi)容會(huì)受到不同路面滑移率的干擾使其滑移率產(chǎn)生變化，同時(shí)模糊控制器參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生一定的改變。目前路面識(shí)別系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中應(yīng)始終處于工作狀態(tài)，并對(duì)路面情況進(jìn)行檢測(cè)，假如路面出現(xiàn)了特殊情況，那么這時(shí)就可以對(duì)滑移率數(shù)據(jù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，還可以對(duì)模糊控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整[3]。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模糊控制器能夠及時(shí)獲取車輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，并以其為依據(jù)通過(guò)計(jì)算獲取車輪的滑移率及加速和減速實(shí)際速度，而后對(duì)其加以分析和處理，將控制信號(hào)發(fā)送至制動(dòng)壓力內(nèi)部。使用雙輸入和單輸出的二維模糊控制設(shè)備，其輸入量及滑移誤差的計(jì)算公式為E=λ-λ0，滑移率誤差變化計(jì)算公式為EC=dλ/dt。

基于常規(guī)制動(dòng)條件下，車輛與車輪的加速度差異相對(duì)較小，若車輪趨于抱死在進(jìn)入活動(dòng)附著區(qū)域內(nèi)以后，就會(huì)提升車輛轉(zhuǎn)身角度。所以這時(shí)就需要處于緊急制動(dòng)下及時(shí)監(jiān)測(cè)車輪與車身的加速度，在二者產(chǎn)生較大差異的時(shí)候需要立即識(shí)別路面附著系數(shù)。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算步驟，在對(duì)車輛加速度滑移率取0時(shí)車輪量角加速度的進(jìn)行計(jì)算可以使用：，計(jì)算車輪角加速度可以使用：=，η為比例系數(shù)=。

在車輛緊急制動(dòng)的時(shí)候，會(huì)使比例系數(shù)提升，因此這時(shí)觀測(cè)比例系數(shù)為η>η0，這時(shí)即可以對(duì)當(dāng)前行駛道路進(jìn)行相應(yīng)的識(shí)別與觀測(cè)?；诟陕访妗衤访?、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(jié)合識(shí)別結(jié)果采取控制制動(dòng)力矩對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，最終使其能夠最大程度上提升路面附著系數(shù)的使用效率。結(jié)合上述內(nèi)容，汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)路面的識(shí)別原理如圖2。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在本次研究中在滑移率控制下實(shí)現(xiàn)了有效的ABS模糊控制器設(shè)計(jì)。因?yàn)?，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(shí)驗(yàn)中采用了路面附著系數(shù)識(shí)別方式對(duì)其進(jìn)行研究，結(jié)果表示：以路面識(shí)別為基礎(chǔ)的ABS模糊控制系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確的掌握當(dāng)前路況，進(jìn)一步達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏偉.基于模糊控制的微型車ABS制動(dòng)性能仿真分析[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，020（003）：111-116.

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

[3]凌濱，宋夢(mèng)實(shí)，邢鍵等.基于模糊PID的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（10）：176-180+202.

本文系院級(jí)課題《基于路面識(shí)別的汽車ABS系統(tǒng)研究》

課題編號(hào)： 2020PZYKY18

作者簡(jiǎn)介：陳保山（1983-），男，河南濮陽(yáng)人，本科，講師，研究方向：從事汽車ABS路面識(shí)別研究。