模糊滑模控制在汽车ABS中的应用研究
王波,孙仁云,黄伟,姚时音
(西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039)
摘要:为削弱滑模控制的抖振现象,提出了一种基于汽车ABS滑移率控制的模糊滑模控制(FSMC)方法。该方法将模糊控制和滑模控制的优点有效地结合起来,利用模糊控制自适应调整滑模控制的趋近率参数,既保证了滑模控制的鲁棒性,又能够有效地削弱抖振,而且不依赖于精确的数学模型。将设计的模糊滑模控制器应用于单轮车辆模型及由Burck-hardt和Kiecheμ-S曲线所表示的轮胎模型,在MATLAB/Simulink6.5环境下进行仿真。结果表明,模糊滑模控制方法在ABS的滑移率控制中是切实有效的。
关键词:ABS;滑模控制;模糊控制;模糊滑模控制;抖振
中图分类号: U463.52 文献标识码: A 文章编号: 1001-3881 (2007) 4-180-4
引言
汽车防抱死制动系统(ABS)是一种主动安全装置,其主要功能是在汽车制动时防止车轮抱死、保持良好的方向稳定性。由于轮胎与路面间附着系数的非线性及时变性,控制方法的选取对于ABS控制器的性能来说显得非常重要。传统的基于车轮角加、减速度门限值的方法,虽然算法简单,测量成本低,但并不是理想的控制方法。近年来发展的以滑移率为控制目标的控制方法,是以连续量控制形式,使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一种理想的ABS控制方法[1]。
滑模控制和模糊控制都是基于滑移率的控制方式。滑模控制的最大优点是其滑动模态能够克服系统的不确定性,具有很强的鲁棒性,因此将滑模控制应用于对稳定性要求较高的汽车ABS中不乏为一种很好的控制策略。但由于滑模控制易引起不连续开关特性,却有着抖振的缺陷。因此,对于强鲁棒性的滑模控制来说,抖振的削减问题是其在实际中能否得以应用的关键。针对滑模控制的抖振问题,本文提出了一种用模糊控制器自适应调节基于指数趋近率的滑模控制器中符号函数增益参数的方法———模糊滑模控制方法。该方法既能保证滑模控制的鲁棒性,又可以有效地削弱抖振,而且控制器设计简单,易于实现。
1 车辆动力学模型
1.1 单轮车辆模型[1]
本文重点研究模糊滑模控制在ABS上的应用效果,所以不计空气阻力、轮胎滚动阻力等的影响,仅采用简化的单轮车辆模型,运动方程描述如下:
图6、图7分别给出了采用指数趋近率及模糊趋近率滑模控制的仿真结果。仿真结果表明:采用以上两种不同的滑模控制,制动过程中都能达到滑移率迅速跟踪目标滑移率的效果,且制动时间少,制动距离短。但由制动力矩仿真图形中可看出,采用指数趋近率的滑模控制,控制量制动力矩Tb的抖振较大。
这是因为,通过调整趋近率参数,增大Td减小Tc,虽然可以保证趋近运动的快速性,又可以降低抖振,但削弱抖振的程度有限。因为无限度的减小Tc,必然以牺牲系统克服摄动和外干扰的能力为代价;而采用模糊滑模控制方法,由于所设计的模糊控制器可以自适应调节指数趋近率参数Tc,因此可以进一步削弱常规指数趋近率滑模控制的抖振,降抖振效果最为理想,基本可以满足实际应用。
4 结论
本文采用将模糊控制和滑模控制相结合的混合控制方法,设计汽车ABS的模糊滑模控制器来实现对汽车滑移率的控制,并采用Burckhardtμ-S曲线和Kiecheμ-S近似曲线来模拟路面及识别最佳滑移率,在MATLAB/Smi ulink 6.5环境下进行了仿真。仿真结果表明:模糊滑模控制方法,能够稳定地将车轮的滑移率控制在由Kiecheμ-S模型采用带遗忘因子最小二乘法所识别出的理想滑移率附近,使车轮充分利用路面的附着条件,制动时间少,制动距离短,达到较好的制动效果;该控制方法结合了常规模糊控制和滑模控制的优点,不依赖于精确的数学模型,并能有效的削弱常规滑模控制的抖振;控制器设计简单,易于实现。因此,基于汽车ABS滑移率控制的模糊滑模控制方法是切实有效的。
参考文献
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【7】赵红超,顾文锦.滑模控制的模糊趋近率设计[J].战术导弹技术, 2004 (2): 50-53.
作者简介:王波(1980—),女,辽宁丹东东港人,西华大学在读硕士研究生,主要研究方向为汽车电子控制制动系统的研究。电话: 13618044493, 028 -87720533, E-mai:l bobo_0905@ sina.com。
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