汽車(chē)ASR的模糊控制

1、中文摘要摘要本文研究的是對(duì)開(kāi)路面驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)，采用驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)，也就是在發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪上施加制動(dòng)力矩，使車(chē)輪轉(zhuǎn)速降至最佳的滑轉(zhuǎn)率范圍內(nèi)。探討了基于pid控制和模糊pid控制這兩種控制理論的asr控制算法，使用matalb/simulink工具箱對(duì)這兩種控制算法進(jìn)行了仿真分析。本文主要分為以下四個(gè)部分：1介紹asr的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，工作原理以及目前常用的控制方式和控制算法。2車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型是汽車(chē)牽引力控制的仿真分析基礎(chǔ)，同時(shí)也對(duì)其理論分析具有一定的指導(dǎo)意義。動(dòng)力傳動(dòng)系模型可用來(lái)分析各子系統(tǒng)的響應(yīng)規(guī)律，并為整車(chē)動(dòng)特性分析提供必要的數(shù)值依據(jù)，它包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模型和輪

2、胎模型。本文建立了包括動(dòng)力傳動(dòng)系模型和整車(chē)模型的車(chē)輛系統(tǒng)simulink模型. 3. 從理論上探討了pid和模糊pid兩種控制理論下的asr控制算法，并設(shè)計(jì)了它們?cè)趯?duì)開(kāi)路面條件下的simulink模型。4根據(jù)所建立的控制算法，進(jìn)行了參數(shù)選擇，并在matalb/simulink環(huán)境下，分別在0.1/0.5、0.3/0.5對(duì)開(kāi)路面使用制動(dòng)控制對(duì)所建立的兩種控制算法進(jìn)行仿真分析，并且在驗(yàn)證算法適應(yīng)性的時(shí)候采用了路面附著系數(shù)改變的狀況進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明汽車(chē)asr系統(tǒng)能夠改善車(chē)輛的牽引性、操縱性和穩(wěn)定性，也驗(yàn)證了本文建立的基于pid控制和模糊pid控制兩種控制理論的汽車(chē)牽引力控制算法正確。關(guān)鍵字：a

3、sr系統(tǒng)，pid，模糊pid，仿真ivabstractthis paper studies the anti-slip regulation control system on-split road，use driving wheel braking torque regulation, it is imposed braking torque on the skid driving wheel, the speed of wheel lows to the best slip coefficient. this paper has discussed three control algori

4、thms that is based on pid control and fuzzy pid control, simulated these two control algorithms with matalb/simulink, and compared the performance with the situation without asr.this thesis mainly includes four parts:1. introducing the significance of asr system, the research status of domestic and

5、overseas, the principle of the working and the usually control algorithm presently.2. vehicle system dynamics simulation model is the basis of asr system simulation and analysis. automobile transmission model is used to analyze the response of each subsystems, it includes engine model, transmission

6、line model and the tire model. this paper established the simulink model of vehicle system.3. theoretically discussed asr control algorithm which under pid control and fuzzy pid control theory, and design their simulink model on -split road condition.4. the parameters in the algorithms are selected

7、and these algorithms are simulated with simulink, using active brake control on 0.1/0.5,0.3/0.5 split- road surface respectively, and use the situation of road adhesion coefficient changed to demonstrate algorithm adaptability and effectiveness.the results of the simulation has shown that asr system

8、 can effectively improve the vehicle traction、handling and stability. at the same time, it proves the control algorithms that are established are correct. key words: asr system; pid; fuzzy pid; simulation目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1asr系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.1.1 asr系統(tǒng)概述11.1.2 asr的發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.1.3 asr基本原理21.2本文研究

9、的意義31.2.1過(guò)度滑轉(zhuǎn)的危害31.2.2 asr的作用41.3asr系統(tǒng)的控制途徑41.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)41.3.2驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)51.3.3離合器或變速器控制51.4 asr系統(tǒng)的控制策略51.4.1 pid控制51.4.4模糊控制61.5本文研究的主要內(nèi)容6第二章 驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型82.1引言82.2 asr系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立82.2.1動(dòng)力傳動(dòng)系模型82.2.2制動(dòng)器數(shù)學(xué)模型112.3 本章小結(jié)11第三章 asr系統(tǒng)的控制算法研究123.1引言123.2 pid控制算法123.3模糊pid控制算法133.3.1模糊控制系統(tǒng)概述133.3.2 fuzzy pid控

10、制器的結(jié)構(gòu)組成143.3.3參數(shù)自整定思想153.3.4模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)163.5小結(jié)21第四章 asr系統(tǒng)的控制算法建模仿真224.1引言224.2 建立asr系統(tǒng)simulink模型224.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型224.2.3 輪胎模型234.2.4 制動(dòng)器模型234.3 asr系統(tǒng)的控制算法仿真244.3.1無(wú)asr控制直線(xiàn)加速仿真244.3.2基于pid算法的整車(chē)加速仿真254.3.3基于fuzzy pid算法的整車(chē)加速仿真294.4控制算法的比較344.4.1兩種算法在控制指標(biāo)上的比較344.4.2控制算法的適應(yīng)性比較35第五章 全文總結(jié)39參考文獻(xiàn)40致謝41致謝第一章 緒論“安全、

11、環(huán)保、節(jié)能”是當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展的三大方向。提高汽車(chē)的安全性是各汽車(chē)廠(chǎng)商增強(qiáng)其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。隨著制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(asr)也逐步被投入使用。目前，asr已經(jīng)成為汽車(chē)向電子化發(fā)展的一個(gè)重要方面【1】、【2】。1.1asr系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1 asr系統(tǒng)概述asr(acceleration slip regulation)，即驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)，它是根據(jù)車(chē)輛行駛行為，運(yùn)用數(shù)學(xué)算法和控制邏輯使車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪在惡劣的路面或復(fù)雜輸入條件下產(chǎn)生最佳縱向驅(qū)動(dòng)力的主動(dòng)安全系統(tǒng)。由于驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)是通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的牽引力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪防滑轉(zhuǎn)控制的，因此，也被稱(chēng)為牽引力控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)tcs(tracti

12、on control system)。asr的應(yīng)用對(duì)于驅(qū)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)起到了很好的抑制效果。汽車(chē)asr系統(tǒng)是伴隨著汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(abs)產(chǎn)品化而發(fā)展起來(lái)的，實(shí)質(zhì)上它是abs基本思想在驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展和推廣。汽車(chē)行駛時(shí)的車(chē)輪滑動(dòng)包括兩種情況，一種是汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)車(chē)輪抱死而產(chǎn)生的車(chē)輪滑移情況；另一種是車(chē)身不動(dòng)，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，或者是汽車(chē)的速度低于轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪的輪速，簡(jiǎn)稱(chēng)滑轉(zhuǎn)。abs控制前一種情況，asr控制后一種情況?；蛘哒f(shuō)，abs是減壓防滑移的過(guò)程，asr是加壓防滑轉(zhuǎn)的過(guò)程【1】、【2】。1.1.2 asr的發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自二十世紀(jì)七十年代起，車(chē)輪滑轉(zhuǎn)問(wèn)題開(kāi)始引起人們的重視，驅(qū)動(dòng)防滑控制

13、系統(tǒng)因此得到迅速發(fā)展。1972年，日本首次登記了通過(guò)停止發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制車(chē)輪滑轉(zhuǎn)的牽引力控制系統(tǒng)。1978年德國(guó)注冊(cè)了一種以減少氣缸供油來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制的裝置。1981年，日本又注冊(cè)了一種以調(diào)節(jié)離合器接合程度來(lái)限制汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制專(zhuān)利。1985年由瑞典volvo汽車(chē)公司試制生產(chǎn)的汽車(chē)電子驅(qū)動(dòng)防滑裝置安裝在volvo760 turbo汽車(chē)上，該系統(tǒng)被稱(chēng)為etc（電子牽引力控制），是通過(guò)調(diào)節(jié)燃油供給量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，從而控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率，產(chǎn)生最佳驅(qū)動(dòng)力的。此后，asr技術(shù)日益發(fā)展并逐漸成熟，進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，得到了迅速普及。國(guó)外asr的發(fā)展十分成熟，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，

14、將asr統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)或選裝裝備批量裝車(chē)。國(guó)外的一些高級(jí)轎車(chē)如：寶馬、凌志、皇冠、克爾維特、卡迪拉克等已將牽引力控制系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)或選裝裝備，其中包括一些性能優(yōu)良的牽引力控制系統(tǒng)，如：bosch abs/asr 2u，裝備于卡迪拉克多種型號(hào)的轎車(chē)上；寶馬abs/asc+t，裝備于bmw 850i轎車(chē)上；豐田abs/trac，裝備于lexus300、lexus 400轎車(chē)上；teves mk iv，裝備于福特、別克、卡迪拉克、克萊斯勒等多種型號(hào)的汽車(chē)上。由于牽引力控制系統(tǒng)能提高汽車(chē)的動(dòng)力性、主動(dòng)安全性，因而也受到了軍隊(duì)的重視。如：美軍在m998、m1043、m1045、m1097等“hummer”系列

15、軍用越野汽車(chē)上裝備了牽引力控制系統(tǒng)；卡迪拉克公司的escalade越野汽車(chē)裝備的stabilitrak牽引力控制系統(tǒng)可使該車(chē)060mph的加速時(shí)間降低到8.5秒，最大拖曳力達(dá)到8500磅。國(guó)內(nèi)對(duì)asr的研究，約始于20世紀(jì)90年代。一些科研單位如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、濟(jì)南重汽技術(shù)中心等對(duì)asr技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行跟蹤、研究并取得了階段性進(jìn)展。目前，我國(guó)科研人員主要針對(duì)asr控制系統(tǒng)的控制策略和控制算法、邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。由于受電控發(fā)動(dòng)機(jī)的限制，我國(guó)asr系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動(dòng)控制為主、發(fā)動(dòng)機(jī)控制為輔的控制方法。距離產(chǎn)品化研究還有一定的差距。目

16、前國(guó)內(nèi)尚無(wú)自主研發(fā)的abs/asr防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品【2】。1.1.3 asr基本原理車(chē)輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與附著力有重要關(guān)系，特別是在弱附著路面上更為明顯。車(chē)輪在路面上的縱向運(yùn)動(dòng)分為滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式，人們引入了車(chē)輪滑動(dòng)率s的概念來(lái)表征車(chē)輪縱向運(yùn)動(dòng)中滑動(dòng)成分所占的比例?；D(zhuǎn)率s定義為： 式中，vv為車(chē)速；vw為輪速。前輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)可能使汽車(chē)喪失轉(zhuǎn)向能力，而后輪發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)則會(huì)使汽車(chē)發(fā)生側(cè)滑而喪失方向穩(wěn)定性。asr系統(tǒng)就是通過(guò)防止驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)，在車(chē)輛起動(dòng)和加速時(shí)，根據(jù)路面和輪速情況控制驅(qū)動(dòng)輪的附著能力，而提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性。汽車(chē)在路面上行駛，其驅(qū)動(dòng)力取決于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，但要受到路面

17、附著條件的限制。輪胎與路面的附著系數(shù)與輪胎結(jié)構(gòu)、路面狀況、天氣情況、車(chē)速等因素有關(guān)，是一個(gè)不確定量，大量試驗(yàn)表明輪胎與地面之間的附著系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率s有直接關(guān)系。圖1-1是典型路面上附著系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系圖。由圖可知，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率從0開(kāi)始增加時(shí)，縱向附著系數(shù)也隨之增大，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到s0時(shí)，附著系數(shù)達(dá)到最大值h（稱(chēng)為峰值附著系數(shù)）。此后，隨著滑轉(zhuǎn)率的繼續(xù)增加，附著系數(shù)反而下降；當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到1時(shí)，即車(chē)輪發(fā)生純滑轉(zhuǎn)時(shí)，其滑動(dòng)附著系數(shù)要遠(yuǎn)小于h。在滑轉(zhuǎn)率0與縱向峰值附著系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率s0之間，即曲線(xiàn)的上升段為穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)可以保證穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，在峰值附著系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率s0與純滑轉(zhuǎn)之間，即曲線(xiàn)的下降段為非穩(wěn)

18、定區(qū)。所以從牽引性上考慮，驅(qū)動(dòng)輪的縱向滑轉(zhuǎn)率最好在s0處。同時(shí)考慮到輪胎與路面之間的側(cè)向附著系數(shù)隨縱向滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系（圖1-1中虛線(xiàn)所示），隨縱向滑轉(zhuǎn)率的增大，側(cè)向附著系數(shù)急劇減小，所以從側(cè)向穩(wěn)定性上考慮，車(chē)輪縱向滑轉(zhuǎn)率越小越好。由此可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)輪的縱向滑轉(zhuǎn)率最好控制在略小于s0的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)（圖1-1中陰影區(qū)域），以便充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪的牽引能力，同時(shí)又能保證車(chē)輛一定的側(cè)向穩(wěn)定。若以驅(qū)動(dòng)輪的縱向滑轉(zhuǎn)率s0作為被控目標(biāo)變量，那么控制汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)實(shí)質(zhì)上就是調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際縱向滑轉(zhuǎn)率與目標(biāo)縱向滑轉(zhuǎn)率（陰影區(qū)域）之間的差值，并使之趨近于0。驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)asr通過(guò)監(jiān)測(cè)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪打滑情況調(diào)節(jié)減

19、小控制施加到其上的驅(qū)動(dòng)力矩，從而將驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍之內(nèi)，在得到良好的縱向附著系數(shù)的同時(shí)也得到較大的側(cè)向附著系數(shù)，保證車(chē)輛在任何路面上都能獲得最佳的牽引通過(guò)性和行駛穩(wěn)定性【4】、【5】。1.2本文研究的意義1.2.1過(guò)度滑轉(zhuǎn)的危害驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)與制動(dòng)防抱死的機(jī)理類(lèi)似，危害也類(lèi)似。只不過(guò)制動(dòng)過(guò)程往往與交通事故聯(lián)系比較緊密，給人的印象較深，驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)的危害不太被人認(rèn)識(shí)。一方面驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)會(huì)降低汽車(chē)起步和加速能力。車(chē)輪完全滑轉(zhuǎn)時(shí)的附著系數(shù)小于峰值附著系數(shù)，尤其在比較光滑的路面上，相差比較大，因此驅(qū)動(dòng)輪會(huì)影響汽車(chē)在冰雪路面上的起步或加速能力。另一方面驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)會(huì)破壞汽車(chē)行使時(shí)的方向穩(wěn)定性。對(duì)于

20、前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)會(huì)使汽車(chē)喪失轉(zhuǎn)向能力，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)，在一定條件下會(huì)使汽車(chē)側(cè)滑、甩尾，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生急轉(zhuǎn)，甚至翻車(chē)。當(dāng)汽車(chē)以較高的車(chē)速在光滑或潮濕的路面上轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，如果后輪驅(qū)動(dòng)力過(guò)大，造成車(chē)輪滑轉(zhuǎn)，則汽車(chē)在離心力的作用下就會(huì)側(cè)滑，側(cè)滑的結(jié)果與離心力構(gòu)成正反饋，形成惡性循環(huán)。因此汽車(chē)后輪滑轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定工況，危害很大。當(dāng)汽車(chē)行駛在對(duì)開(kāi)路面時(shí)，兩驅(qū)動(dòng)輪的附著系數(shù)不同，有時(shí)甚至相差過(guò)大。除了影響起步加速能力外，汽車(chē)行駛時(shí)的方向穩(wěn)定性更加不容易控制。這就要求我們采用適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)加以控制。1.2.2 asr的作用asr在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)加速時(shí)發(fā)揮作用，以獲得盡可能高的加速度，使驅(qū)動(dòng)輪的

21、驅(qū)動(dòng)力不超過(guò)輪胎與地面的附著力，以防止車(chē)輪滑轉(zhuǎn)，從而改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性及加速性能，提高汽車(chē)的行駛平順性。有專(zhuān)家認(rèn)為在一定的范圍內(nèi)asr等裝置有取替4輪驅(qū)動(dòng)的可能。例如轎車(chē)，過(guò)去人們認(rèn)為提高轎車(chē)行駛性能最好是采用4輪驅(qū)動(dòng)，可是與4輪驅(qū)動(dòng)相比，asr等裝置更適合轎車(chē)。這是因?yàn)?輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，增加車(chē)重而且耗油，而asr等裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便，在一般城鎮(zhèn)道路上使用效果并不差。另外，裝備有驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的汽車(chē)在對(duì)開(kāi)路面上行使時(shí)，可以對(duì)處于低附著系數(shù)路面的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪施加一定的制動(dòng)力矩，使處于高附著系數(shù)路面的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪產(chǎn)生更大的驅(qū)動(dòng)力。1.3asr系統(tǒng)的控制途徑如何將驅(qū)動(dòng)輪在弱附著系數(shù)路面上滑轉(zhuǎn)率控制

22、在最佳范圍內(nèi)，以保證汽車(chē)的起步加速性及行駛穩(wěn)定性，從控制手段上看，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制主要有三種控制方式。1.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)汽車(chē)根據(jù)其驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率，即車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器，把信號(hào)送到ecu，由此控制其油門(mén)開(kāi)度、點(diǎn)火正時(shí)、混合氣濃度與數(shù)量來(lái)控制其發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制其車(chē)輪轉(zhuǎn)矩，從而使車(chē)輪滑動(dòng)率得到控制，并完成驅(qū)動(dòng)輪的正確牽引力分配。主要調(diào)節(jié)方式有：控制燃油噴射、點(diǎn)火時(shí)間及對(duì)節(jié)氣門(mén)的調(diào)節(jié)控制等。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)是最早應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)防滑控制方式，它在附著系數(shù)較小的冰雪路面上或在高速下，驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)時(shí)，該控制方式十分有效。而它的響應(yīng)較慢，而且只能同時(shí)對(duì)所有驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要用于

23、提高汽車(chē)行駛方向的穩(wěn)定性，對(duì)加速或爬坡中提高牽引力效果不大。另外，僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩不能解決汽車(chē)在對(duì)開(kāi)路面上起步加速問(wèn)題。1.3.2驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)就是在發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪上施加制動(dòng)力矩，使車(chē)輪轉(zhuǎn)速降至最佳的滑轉(zhuǎn)率范圍內(nèi)。制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，即干預(yù)制動(dòng)后要緊接著調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩，否則可能出現(xiàn)制動(dòng)力矩之間無(wú)意義平衡引起的功率損耗。制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)的主要功能是部分控制差速器作用。當(dāng)兩車(chē)輪處在對(duì)開(kāi)路面上時(shí)，普通輪間差速器由于平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使處在好路面上車(chē)輪的附著力不能充分發(fā)揮，從而導(dǎo)致?tīng)恳Σ蛔?。此時(shí)，可以對(duì)滑轉(zhuǎn)車(chē)輪施加制動(dòng)力矩，以增加好路面

24、上車(chē)輪的牽引力，從而提高車(chē)輛的牽引性。因制動(dòng)力矩直接作用在驅(qū)動(dòng)輪上，所以驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間較短，但作用時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免摩擦片過(guò)熱。考慮到舒適性，制動(dòng)力矩變化率不宜過(guò)大。1.3.3離合器或變速器控制離合器控制是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)時(shí)，減弱離合器的結(jié)合程度，使離合器主、從動(dòng)盤(pán)出現(xiàn)部分相對(duì)滑轉(zhuǎn)，從而減小傳輸?shù)桨胼S的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩；變速器控制是指通過(guò)減小傳動(dòng)比的辦法來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩，從而減小驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)程度的一種驅(qū)動(dòng)防滑控制方式。由于離合器和變速器控制反應(yīng)較慢，變化突然，所以一般不作為單獨(dú)的控制方式，而且由于壓力和磨損等問(wèn)題，其應(yīng)用也受到很大的限制【3】、【5】、【6】。1.

25、4 asr系統(tǒng)的控制策略1.4.1 pid控制pid（比例、微分、積分）控制是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的一種控制方法。其最大優(yōu)點(diǎn)是不需了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線(xiàn)整定，即可取得滿(mǎn)意的結(jié)果。實(shí)際控制中，可將實(shí)際車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率與理想的車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率構(gòu)成的誤差，由pid控制器算法算出控制牽引力值并反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)或制動(dòng)器，從而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩或者制動(dòng)器制動(dòng)力，使車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率接近或等于理想滑轉(zhuǎn)率。這種方法的不足之處是對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化比較敏感。1.4.4模糊控制模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)控制方法。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學(xué)，實(shí)現(xiàn)手段是

26、計(jì)算機(jī)。美國(guó)加州大學(xué)電氣工程系l.a.zadeh教授在1965年發(fā)表的fuzzy set論文中首次提出了表達(dá)事物模糊性的重要概念隸屬函數(shù)，突破了經(jīng)典集合理論的局限性，奠定了模糊理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1966年，p.n.marinos發(fā)表了模糊邏輯的研究報(bào)告，這一報(bào)告真正標(biāo)志著模糊邏輯的誕生，為計(jì)算機(jī)模仿人的思維方式來(lái)處理普遍存在的語(yǔ)言信息提供了可能。1973年l.a.zadeh又提出了用模糊語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)描述的方法，給出了模糊推理的理論基礎(chǔ)，為模糊控制提供了有效的手段。1974年，英國(guó)的e.h.mamdani和他的學(xué)生在queen mary學(xué)院首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的模糊控制實(shí)驗(yàn)，宣

27、告了模糊控制的問(wèn)世。模糊邏輯最重要的性質(zhì)之一，就是靜態(tài)模糊系統(tǒng)同啟發(fā)式規(guī)則相結(jié)合，從而具備了解決不確定問(wèn)題的能力。它首先將精確的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模糊集合的隸屬函數(shù)，然后根據(jù)控制器制定的模糊控制規(guī)則，進(jìn)行模糊邏輯推理，得到一個(gè)模糊輸出隸屬函數(shù)，最后根據(jù)推理得到的隸屬函數(shù)，用不同的方法找出一個(gè)具有代表性的精確值作為控制量，加到執(zhí)行器上實(shí)現(xiàn)控制【7】。1.5本文研究的主要內(nèi)容控制理論目前已越來(lái)越多的在汽車(chē)領(lǐng)域得到應(yīng)用，asr系統(tǒng)就是其中一個(gè)典型的例子。由于asr系統(tǒng)對(duì)于汽車(chē)行駛性能方面有著顯著的作用，因此，國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)都對(duì)這一系統(tǒng)的控制問(wèn)題展開(kāi)了研究。本文將參照國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域的一些先進(jìn)技術(shù)，提出

28、自己的研究方案。這里主要是針對(duì)汽車(chē)在平直對(duì)開(kāi)路面起步和直線(xiàn)加速階段，從以下幾個(gè)方面作以研究：（1）研究asr系統(tǒng)的工作實(shí)質(zhì)，即asr系統(tǒng)是如何通過(guò)控制滑轉(zhuǎn)率來(lái)優(yōu)化汽車(chē)的起步和防止汽車(chē)行駛中出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。選取仿真環(huán)境為左右輪分別為高附著和低附著的對(duì)開(kāi)路面直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，這個(gè)時(shí)候，由于未對(duì)車(chē)輪的加速進(jìn)行控制，因此理論上會(huì)出現(xiàn)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率偏大、汽車(chē)行駛方向偏移的情況，得出未加入asr各種調(diào)節(jié)方式時(shí)的車(chē)輪實(shí)際速度、車(chē)輪目標(biāo)速度、車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率、汽車(chē)偏移角度等仿真曲線(xiàn)圖。（2）研究asr系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)控制控制調(diào)節(jié)方式，建立驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)控制系統(tǒng)的simulink數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)路面的選通控制邏輯，即在起步加速階段，

29、當(dāng)某一驅(qū)動(dòng)輪或兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，asr制動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)兩個(gè)輪各自的附著系數(shù)情況加入適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力，保證車(chē)輛獲得盡可能高的加速度。（3）選取左右附著系數(shù)不同的對(duì)開(kāi)路面直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)為仿真環(huán)境，應(yīng)用pid、模糊控制等控制算法建立相應(yīng)控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別得出加入制動(dòng)控制調(diào)節(jié)方式之后的車(chē)輪實(shí)際速度、目標(biāo)速度和滑轉(zhuǎn)率，與未加入控制器時(shí)的仿真曲線(xiàn)作出比較，分析加入控制器之后對(duì)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)效果所產(chǎn)生的影響。并通過(guò)對(duì)比兩種不同的控制算法的仿真曲線(xiàn)，總結(jié)出兩個(gè)控制算法的優(yōu)劣。第二章 驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1引言汽車(chē)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，很難準(zhǔn)確建立汽車(chē)驅(qū)動(dòng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，但可以通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)

30、動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行機(jī)理辨識(shí)，受力分析，建立合理的近似數(shù)學(xué)模型，辨識(shí)系統(tǒng)的特性。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬汽車(chē)的特性，進(jìn)行仿真研究。 本文所包含的模型有動(dòng)力傳動(dòng)系模型、制動(dòng)器模型，其中動(dòng)力傳動(dòng)系模型又包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模型、輪胎模型【8】。2.2 asr系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.2.1動(dòng)力傳動(dòng)系模型汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、主減速器、半軸和輪胎等，為了盡可能簡(jiǎn)化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而有能反映出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系做如下假設(shè)：（1）各部件均以集中質(zhì)量形式存在；（2）不考慮各相關(guān)件的彈性阻尼；（3）忽略扭振、擺振等振動(dòng)的影響；（4）離合器、變速箱、傳動(dòng)軸和半軸只起傳遞扭矩的

31、作用；發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，差速器為對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器。下邊分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模型和輪胎模型【9】。1 發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型發(fā)動(dòng)機(jī)模型是由發(fā)動(dòng)機(jī)map曲線(xiàn)確定的，與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的map曲線(xiàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，通常是由點(diǎn)火提前角，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣壓力計(jì)算出來(lái)的。為了簡(jiǎn)化，采用進(jìn)氣節(jié)流閥開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為決定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的參數(shù)。這樣便于實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，用函數(shù)表達(dá)為式中:me發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩；n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；a發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。由于這一函數(shù)關(guān)系很難建立準(zhǔn)確的物理模型，而且不同發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出數(shù)據(jù)關(guān)系相差較大。一般是采用試驗(yàn)的方法測(cè)量me，n，a數(shù)據(jù)。根據(jù)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度a的變化，可以采用數(shù)據(jù)擬合方式將這些數(shù)據(jù)擬

32、合成一組組一維多項(xiàng)式表達(dá)，例如:式中:mi某一節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的輸出力矩;a0，a1，a2，a3方程擬合系數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)輸出力矩，可以采用插值的方式來(lái)決定，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)求出mi擬合方程，再由插值確定節(jié)氣門(mén)開(kāi)度所利用的方程，這樣就確定出最終的輸出力矩。2傳動(dòng)系數(shù)學(xué)模型半軸作用于驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系傳遞作用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的轉(zhuǎn)矩。汽車(chē)加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(主要指飛輪)也相應(yīng)有一角加速度，與驅(qū)動(dòng)輪角加速度之間的關(guān)系可由下式來(lái)決定：式中: 變速器傳動(dòng)比；主減速器傳動(dòng)比。顯然：式中：飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。所以：所以作用在驅(qū)動(dòng)輪上的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為：3輪胎數(shù)學(xué)模型輪胎與地面之間的相互作用力與滑轉(zhuǎn)

33、狀態(tài)、側(cè)偏角、垂直載荷、輪胎剛度以及地面種類(lèi)有關(guān)，輪胎模型則以數(shù)學(xué)函數(shù)描述了地面對(duì)輪胎的作用力。硬地面上一般采用理論模型或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算輪胎附著力【10】。本文研究的是對(duì)開(kāi)路面情況下的仿真分析，而硬地面轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)汽車(chē)軌跡則由地面與輪胎縱向和側(cè)向附著力決定，選擇gim輪胎模型。輪胎與地面的靜摩擦特性特征值： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪式中：為車(chē)輪縱向滑轉(zhuǎn)率取100時(shí)，車(chē)輪與地面間沿車(chē)輪動(dòng)坐標(biāo)系軸方向的縱向附著系數(shù)；為車(chē)輪與路面的靜摩擦系數(shù)。車(chē)輪沿車(chē)輪坐標(biāo)系軸方向的縱向滑轉(zhuǎn)率： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪 車(chē)輪沿車(chē)輪坐標(biāo)系軸方向的側(cè)向滑轉(zhuǎn)率： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪輪胎與地面的聯(lián)合附著系數(shù)： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪輪胎與地面間沿軸、

34、軸方向的縱向和側(cè)向附著系數(shù)分別為：令輪胎與地面接觸區(qū)的滾動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的臨界點(diǎn)為： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪gim理論輪胎模型中間變量：則輪胎與地面間沿軸縱向附著力： 上面兩式為驅(qū)動(dòng)輪，下式為非驅(qū)動(dòng)輪：輪胎與地面間沿軸側(cè)向附著力：2.2.2制動(dòng)器數(shù)學(xué)模型制動(dòng)器模型用于計(jì)算汽車(chē)各個(gè)車(chē)輪在一定條件下所輸出的制動(dòng)力矩。制動(dòng)器制動(dòng)力矩可由如下公式算出：式中：分泵氣壓管路壓力(mpa)；：推出制動(dòng)蹄使之于制動(dòng)鼓接觸的壓力損失(推出壓耗)(mpa)；：分泵效率；r：制動(dòng)鼓半徑(m)；i：左驅(qū)動(dòng)輪和右驅(qū)動(dòng)輪。由于鼓式制動(dòng)器的推出壓耗一般為管路壓力的幾十分之一，可以忽略不計(jì)，則上式可以寫(xiě)成：其中為一常數(shù)，對(duì)于常規(guī)制動(dòng)，氣壓

35、管路壓力為：上式中：踏板力（）；：踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比；：踏板桿系至總泵的效率；：總泵工作面積()【11】。2.3 本章小結(jié)本章建立了驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)中的所用數(shù)學(xué)模型為后面建立驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)的simulink仿真模型打下基礎(chǔ)。第三章 asr系統(tǒng)的控制算法研究3.1引言由第一章1.1.3節(jié)所示，asr系統(tǒng)的核心控制思想就是控制打滑車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率s，以便充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪的牽引力，同時(shí)又能保證車(chē)輛一定的側(cè)向穩(wěn)定，若以驅(qū)動(dòng)輪的實(shí)際滑轉(zhuǎn)率作為被控目標(biāo)變量，那么控制汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)實(shí)質(zhì)上就是調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際滑轉(zhuǎn)率與目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率0.1之間的差值，并使之趨近于0。本章針對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑（asr）系統(tǒng)采用pid及fuzzy pid

36、控制方法進(jìn)行控制算法研究。3.2 pid控制算法pid控制器（按閉環(huán)系統(tǒng)誤差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器）自20世紀(jì)30年代末期出現(xiàn)以來(lái)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)中，pid控制很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)，由于軟件系統(tǒng)的靈活性，pid控制算法可以得到修正和完善，從而使數(shù)字pid控制具有很大的實(shí)用性。pid控制主要是基于系統(tǒng)的誤差,它的控制性能依賴(lài)于pid控器的三個(gè)參數(shù)以及對(duì)系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)模型的精確性。pid控制器是一種線(xiàn)性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將系統(tǒng)的給定值r與實(shí)際輸出值y構(gòu)成的

37、控制偏差e =r -y的比例、積分、微分，通過(guò)線(xiàn)形組合構(gòu)成控制量（如圖31所示），所以簡(jiǎn)稱(chēng)p（比例）i（積分）d（微分）控制器。圖3-1 pid控制算法原理框圖連續(xù)控制系統(tǒng)中的模擬pid控制規(guī)律為： 式中，為控制器的輸出，為系統(tǒng)給定量與輸出量的偏差，為比例系數(shù), 為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮，比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器的作用如下：1比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，比例調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。比例調(diào)節(jié)器雖然簡(jiǎn)單快速，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制

38、對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)可以減小靜差，但過(guò)大，會(huì)使系統(tǒng)得動(dòng)態(tài)特性變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。2比例積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)解。積分調(diào)節(jié)具有累加成分，只要偏差e不為零，它將通過(guò)累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。積分時(shí)間常數(shù)大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大將減慢消除靜差的過(guò)程，但可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。3比例積分微分調(diào)節(jié)器：為了加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服

39、振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定【12】。3.3模糊pid控制算法3.3.1模糊控制系統(tǒng)概述1模糊控制基本思想：模糊控制是模糊集合理論中的一個(gè)重要方面，是以模糊集合化、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，從線(xiàn)性控制到非線(xiàn)性控制的角度分類(lèi)，模糊控制是一種非線(xiàn)性控制；從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇。模糊控制是建立在人類(lèi)思維模糊性基礎(chǔ)上的一種控制方式，模糊邏輯控制技術(shù)模仿人的思考方式接受不精確不完全信息來(lái)進(jìn)行邏輯推理，用直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)和啟發(fā)式思維進(jìn)行工作，是能涵蓋基于模型系統(tǒng)的技術(shù)。它不需用精確的公式來(lái)表示傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，而是利用具有模糊性的語(yǔ)言控制規(guī)則來(lái)描述控制過(guò)程?？刂埔?guī)則通

40、常是根據(jù)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)得出的，所以模糊控制的基本思想就是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)。2模糊控制的基本原理模糊控制的基本原理框圖如圖3-2所示.圖3-2 模糊控制基本原理框圖模糊控制器是控制部分的核心，如圖3-2線(xiàn)框中所示，其控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)?？刂扑惴ǖ倪^(guò)程為計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)采樣獲得控制量的參數(shù)精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差e，把誤差信號(hào)e進(jìn)行模糊化處理變成模糊量。誤差e的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集為（模糊矢量），再由和模糊控制規(guī)則（模糊算子）根據(jù)模糊決策，得到模糊控制量。為了被控對(duì)象的精確控制，需要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，經(jīng)輸出接口轉(zhuǎn)換為模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了被控對(duì)象的模糊控制。模糊控制

41、算法的處理過(guò)程為：根據(jù)本次采樣得到系統(tǒng)的輸入量；將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?；根?jù)輸入模糊量和模糊控制規(guī)則，進(jìn)行模糊判斷計(jì)算輸出模糊量；將得到的模糊量經(jīng)過(guò)計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量。模糊控制器的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：確定控制器的輸入變量和輸出變量；設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則；確定模糊化和非模糊化的計(jì)算方法；選擇模糊控制器的輸入/輸出變量的值域并確定控制器的參數(shù);編制模糊控制算法的應(yīng)用程序并進(jìn)行調(diào)試等。3.3.2 fuzzy pid控制器的結(jié)構(gòu)組成pid控制雖然算法簡(jiǎn)單，可靠性高，但缺乏自適應(yīng)性，由于汽車(chē)行駛始終處于變化的路面條件下，恒定的pid控制參數(shù)難以滿(mǎn)足全工況下系統(tǒng)性能要求，從而影響了其控制效果

42、的進(jìn)一步提高。而模糊控制可以充分利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，對(duì)pid控制參數(shù)實(shí)時(shí)的進(jìn)行整定，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)。控制結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-3 模糊pid控制框圖這里采用二維模糊控制器，設(shè)滑轉(zhuǎn)率誤差為e=s0-s其中s0為目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率，s為實(shí)際滑轉(zhuǎn)率；滑轉(zhuǎn)率誤差變化率為ec，則模糊控制器的輸入語(yǔ)言變量是滑轉(zhuǎn)率誤差e和其誤差的變化率ec，模糊控制器輸出的參數(shù)不是直接作為pid控制器的kp、ki和kd，而是作為修正量對(duì)原有pid控制器的模型進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)多變的路面狀態(tài)。定義kp、ki和kd參數(shù)調(diào)整算式如下：式中、是pid控制器的參數(shù)，、是、的初始參數(shù)，它們通過(guò)常規(guī)方法得到。在線(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)不斷的檢測(cè)

43、系統(tǒng)的輸出響應(yīng)值，并實(shí)時(shí)的計(jì)算出偏差和偏差變化率，然后將它們模糊化得到e和ec，通過(guò)查詢(xún)fuzzy調(diào)整矩陣即可得到、三個(gè)參數(shù)的調(diào)整量、，完成對(duì)控制器參數(shù)的調(diào)整【13】。3.3.3參數(shù)自整定思想模糊自整定pid控制首先選擇三個(gè)參數(shù)的初始值、，接下來(lái)找出比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理來(lái)對(duì)三個(gè)參數(shù)的增量進(jìn)行在線(xiàn)修改，以滿(mǎn)足在不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。一般來(lái)說(shuō)，pid控制器的結(jié)構(gòu)和算法已經(jīng)確定，控制品質(zhì)的好壞主要取決于控制參數(shù)選擇是否合理。通常，不同的偏差e和偏差變化率ec，對(duì)pid控制

44、參數(shù)、的整定要求不同：（1）當(dāng)e較大時(shí)，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，取較大的，但為了避免由于開(kāi)始時(shí)的偏差e的瞬時(shí)變大可能出現(xiàn)的微分飽和而使控制作用超出許可的范圍，應(yīng)取較小的；同時(shí)為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，要求取小值，一般取0。（2）當(dāng)e和ec為中等大小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取較小值，取值要適中，在這種情況下的取值對(duì)系統(tǒng)的影響較大，取值要大小適中以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（3）當(dāng)e較小時(shí)，為使系統(tǒng)保持良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增大、的值，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，當(dāng)ec較小時(shí)，可取值大些；當(dāng)ec較大時(shí)，應(yīng)取值小些【14】。3.3.4模糊控制規(guī)則的

45、設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則實(shí)質(zhì)上是人們對(duì)于一個(gè)受控對(duì)象實(shí)施控制過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。其輸入量e、ec是人們所觀(guān)察到的受控對(duì)象對(duì)于某種物理量的偏差、偏差變化率的大小的模糊量。輸出量是人們根據(jù)輸入量的大小，以往經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)所給予受控對(duì)象的干預(yù)量大小。1 模糊集合、量化與比例因子、論域的確定：（1）根據(jù)輸入變量e、ec和、的取值范圍和系統(tǒng)的要求，把ec、模糊化為7個(gè)等級(jí)，它們的模糊集均為：nb ,nm ,ns ,zo ,ps ,pm ,pb為了提高穩(wěn)態(tài)精度，滑轉(zhuǎn)率偏差e模糊化為8個(gè)等級(jí)，其模糊集為：nb ,nm ,ns ,no ,po ,ps ,pm ,pb（2）輸入輸出變量的變化范圍和變量論域不是同一概念，而量化與

46、比例因子分別是是它們之間轉(zhuǎn)換的橋梁，將實(shí)際變化范圍內(nèi)的輸入輸出值轉(zhuǎn)換成為論域范圍內(nèi)的有關(guān)等級(jí)值，這一過(guò)程叫做模糊化與反模糊化過(guò)程。量化與比例因子的選取對(duì)于控制系統(tǒng)非常重要，它將直接影響控制系統(tǒng)的性能，根據(jù)輸入輸出變量的變化范圍和控制系統(tǒng)的性能適當(dāng)選取量化與比例因子。（3）取e、ec的論域?yàn)?，控制量、的論域?yàn)?，并通過(guò)量化與比例因子的轉(zhuǎn)換將e、ec、的變化范圍轉(zhuǎn)到各自的模糊論域上。2確定模糊變量的賦值表及其隸屬度與函數(shù)模糊變量誤差e、誤差變化ec及控制量、的模糊集和論域確定后，須對(duì)模糊語(yǔ)言變量確定隸屬度函數(shù)，即所謂對(duì)模糊變量賦值，就是確定論域內(nèi)元素對(duì)模糊語(yǔ)言變量的隸屬度。模糊變量e、及ec及、的賦

47、值分別如表3-1、3-2及3-3所示，它們是根據(jù)不同對(duì)象的實(shí)際情況具體確定的。表3-1 模糊變量誤差e的賦值表ue-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6epb00000000000.10.40.71.0pm000000000.10.40.71.00.70.4ps000000000.51.00.5000po00000001.00.60.20000no00000.20.61.00000000ns0000.51.00.500000000nm0.40.71.00.70.40.100000000nb1.00.70.40.10000000000表3-2模糊變量誤差變化ec的賦值表uec-

48、6-5-4-3-2-1+0+1+2+3+4+5+6ecpb0000000000.10.40.71.0pm00000000.10.40.71.00.70.4ps00000000.51.00.70.40.10zo000000.51.00.500000ns00.10.40.71.00.50000000nm0.40.71.00.70.40.10000000nb1.00.70.40.1000000000表3-3模糊變量、的賦值表u k-7-6-5-4-3-2-1+0+1+2+3+4+5+6+7kpb0000000000000.20.61.0pm0000000000.20.61.00.60.20ps000

49、00000.41.00.60.20000zo0000000.51.00.4000000ns00000.20.61.00.40000000nm00.20.61.00.60.2000000000nb1.00.60.2000000000000根據(jù)模糊變量誤差e、誤差變化ec及控制量、的賦值表，得到其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，如圖3-4、3.5、3.6。圖3-4 模糊變量誤差e的隸屬度函數(shù)圖3-5 誤差變化ec的隸屬度函數(shù)圖3-6 控制量、的隸屬的度函數(shù)圖中，輸入量e的隸屬度函數(shù)采用靈敏度較高的三角形函數(shù)，變量等級(jí)是8級(jí)；輸入量ec和輸出量、的隸屬度函數(shù)也選用靈敏度較高的三角形函數(shù)，變量等級(jí)是7級(jí)。3模糊控制

50、規(guī)則語(yǔ)言控制規(guī)則形式為“if a and b then c”型，再根據(jù)參數(shù)自整定思想制成模糊控制表，如下表所示：表3-4 的模糊控制規(guī)則enbnmnsnopopspmpbecnbpmpmpspsnsnsnsnsnmpmpmpspsnszozonsnspspspspsnszozonszozozozozozozozozopsnsnsnsnspspmpmpmpmnszozonspspmpspspbzozozonspspmpsps表3-5 的模糊控制規(guī)則enbnmnsnopopspmpbecnbnbnbnbnmnmnmzozonmnbnbnmnmnmnszozonsnmnmnsnsnszopspszo

51、nmnsnszozopspspmpsnsnszopspspspmpmpmzozopspmpmpmpbpbpbzozopspmpmpbpbpb表3-6 的模糊控制規(guī)則enbnmnsnopopspmpbecnbpspszozozozopbpbnmnsnsnspsnszonspmnsnbnmnmpsnszopspmzonbnmnmpsnszopspmpsnmnmnspsnszopspspmnmnsnspsnszopspspbpszozozozozopbpb4建立模糊控制表上述描寫(xiě)模糊控制的模糊控制規(guī)則表中間的語(yǔ)句是或的關(guān)系，由表左上角四條語(yǔ)句所確定的規(guī)則為：if e=nb or nm and ec=

52、nb or nm then =pm由此語(yǔ)句所確定的模糊關(guān)系可以表示為：如果令此刻采樣所得到的實(shí)際誤差量為e且誤差的變化為ec，可以計(jì)算出控制量為：其中，符號(hào)“o，+，.”分別表示模糊集合的“合成，并，直積，交”運(yùn)算。同理，可由其余各條語(yǔ)句分別求出控制量，.。則控制量為模糊集合，表示為：kp=kp1+kp2+kp56采用類(lèi)似的方法可確定ki和kd【15】、【16】。5反模糊化模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊集合，它反映控制語(yǔ)言的不同取值的一種組合，而被控過(guò)程只能接收一個(gè)控制量，這就需要從輸出的模糊種類(lèi)判決出一個(gè)精確度控制量，也就是設(shè)計(jì)一個(gè)由模糊集合到普通集合的映射，這個(gè)映射稱(chēng)為判決，即去模糊化。本文采用重心法，“centroid”進(jìn)行反模糊化【17】。3.5小結(jié)本章著重從理論上以pid控制和模糊pid控制兩種控制理論為基礎(chǔ)，建立了基于滑轉(zhuǎn)率的對(duì)打滑車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)的asr系統(tǒng)的控制算法。第四章 asr系統(tǒng)的控制算法建模仿真4.1引言本章根據(jù)第二章內(nèi)容建立了驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)的simulink仿真模型，并且為了對(duì)上一章所設(shè)計(jì)的asr控制算法進(jìn)行驗(yàn)證和比較，本章用matlab/simulink，利