为输出,并将制动器制动力矩送入单轮车辆子系统进行仿真(如下图3-8)
轮胎模型子系统的
仿真模型,是根据式3-6的双线性数
为输出,
学模型建立起来的图形模块。它以滑移率s为输入,以纵向附着系数并将终向附着系数
送入单轮车辆子系统进行仿真(如图3-8所示)
3.4.3制动模型子系统
制动模型子系统的SIMULINK仿真模型,是根据式3-20、3-22的数学模型
建立起来的图形模块。它以控制器的控制信号为输入,以制动器的制动力矩为输出,并将制动器制动力矩几送入单轮车辆子系统进行仿真(如图3-9)。
滑移率计算子系统的SIMUL州K仿真模型,是根据滑移率S的定义式(式2-3)建立起来的图形功能模块。它以车身速度v和车轮线速度
为输入,
以滑移率S为输出,并将滑移率S送入轮胎模型子系统及控制器模型子系统进行仿真(如图3-10所示)
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汽车ABS系统的建模
以上各子系统SIMULINK仿真模型的参数选择同表3-l和表3-2
3.5本章小结
本章简述了车辆动力学建模的方法和模型概况,并建立了汽车防抱制动系统各个模块的数学模型(包括车辆模型、车轮模型及制动器模型等)和MATLAB/SIMULINK仿真模型。对无ABS的车辆模型进行了制动仿真研究和分析。
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第四章 ABS控制算法研究和仿真试验
4.1 ABS控制算法概述
汽车ABS系统的工作环境十分恶劣，要求系统本身抗干扰能力强，可靠性高。车轮在紧急制动中的抱死过程很快，约为0.2-0.5s，要求 ABS系统实时监控能力强，控制过程迅速，大部分系统的循环都要求毫秒量级。以上特点对研究可行的ABS控制算法有很大的限制，复杂的算法很难实现。如果采用高级的硬件设备，则系统硬件成本太高，无法满足要求。
传统的ABS控制方法是基于经验式的逻辑门限方法，每装配一种新的车型都需要通过大量的道路试验来确定经验参数。产品的发展往往经历了漫长的历史。由于这些因素，汽车电子学的实用化进展并不是像人们预料的那样快速。 随着硬件设备性能飞速提高，在ABS算法领域也出现了基于现代控制理论的方法，较为典型的有滑模变结构控制方法。它是一种非线性控制策略，是根据系统状态偏离滑模面的程度来变更控制器结构，使系统按照滑模面规定规律运行的一种控制方法。ABS过程中，车轮滑移率的变化也是一个非线性过程，为了达到控制滑移率的目的，可以用滑模变结构理论进行控制。
另一类方法是智能控制的方法，比较典型的方法是模糊控制方法。模糊控制是基于经验规则又可以结合数学过程的新型控制方法，它与系统的模型无关，不需要建立控制过程精确的数学模型，而是完全凭人的经验，将语言变量代替数字变量进行自动控制. ABS系统利用模糊逻辑可通过制动时车辆运动特征与路面特性间的关系估计路面特征，根据滑移率和滑移率误差的变化，确定防抱系统压力调节器的压力调节值。这种方法具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性，但调试设定参数比较困难，对设计人员经验依赖性很大. 虽然近年在ABS控制算法领域提出了许多新的方法，但这些方法在应用中并不顺利，这主要是由于车辆本身参数及行驶工况的复杂特性。因此在本文中，仍重点研究逻辑门限值方法极其应用。
4.2 ABS系统逻辑门限值控制算法研究
逻辑门限值方法的基本的原理是将车轮加减角速度门限及参考滑移率作为控制量，使滑移率在车轮峰值附着系数附近处波动，从而获得较大的车轮纵向
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ABS控制算法研究和仿真试验
和横向力，使车辆同时具有较短的制动距离和制动稳定性。 4.2.1逻辑门限值控制的墓本方法
1)在制动的初始阶段，制动压力上升，车轮产生制动减速度.当车轮达到某一减速度值，说明车轮已有抱死倾向，加速度车轮状态已处于不稳定的区域，此时则命令减小制动压力。
2)车轮由于惯性仍有一段制动减速度下降，随后制动减速度开始上升，最终产生车轮角加速度。这表明车轮已恢复到稳定的车轮特性区域，我们希望车辆尽可能多的时间内停留在这一区域内，所以保持制动压力.
3)车轮由于惯性的原因加速度会继续上升一段时间，然后呈下降趋势。这时如果维持保压，车轮减速度比较小，达不到峰值附着系数，所以当加速度下降到某一门限时，制动压力要重新开始增加。 为使制动状态能较长时间地停留在稳定区域内，则采用交替式的增压减压，/获得不同的压力增加速率，得到最优的制动效果。门限值控制法大多选择加、减速度门限作为主要门限，以滑移率作为辅助门限。 4.2.2控制量的选择
由上面分析可知，车轮的加减速度和滑移率都与控制有关。仅用加、减速度作为控制门限有很大的局限性。在初始紧急制动情况下，减速度取决于车辆初速度V，制动器制动系数a, μ-S曲线的斜率K.在高速、紧急制动及μ-S曲线斜率较小的情况下，在稳定区域车轮就可能达到减速度门限，而这时的滑移率很小。对于非驱动轮，如果制动时离合器没有及时脱开，则由于车轮系统的转动惯量较大，在许多情况下也会造成制动减速度达不到门限值就进入不稳定区域，最后导致过早抱死，使防抱死控制循环失效。 仅以滑移率作为防抱死控制门限时，由于路况的不同，最佳滑移率在5%-30%之间变化，选择一种固定的滑移率作为门限，就很难在各种路况下得到最佳的控制效果。因此，需要将两种门限结合起来，以辨识不同路况，进行自适应的控制。 4.2.3 典型的逻辑门限值控制过程
ABS控制过程的第一个循环过程如图4.1所示。在制动初始时，如果测得的车轮角减速度低于角减速度门限al时，取此刻车轮速度作为车体的初始参考
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速度。.此后，车体参考速度依据车体的减速度计算，即
，由此可算出任意时刻的参考滑移率。
在制动初始阶段，为使车辆避免在稳定区域内进入减压阶段，这时还要比较滑移率。如果S
由于减压，车轮角减速度开始回升。当车轮角减速度高于门限al时，电磁阀开启到保压位置进入第4阶段.由于制动系统的惯性及制动分泵所保持的压力，使此时车轮速度继续上升，角减速度由负值增加到正值，直至超过角加速度门限值al.为了适应高附着系数路面附着系数的突然增加，可以设定第二角加速度门限 a2。在给定的保压时间内，如果车轮角减速度不能超过门限值 al，则属于低附着系数路面的情况:如果超过门限值al,则继续保压，此时会出现两种情况，一是出现附着系数突然增加的情况，角减速度超过a2门限;二是减速度再次低于al门限。对于前者，要进行一次增压，以适应附着系数的增加，直至角减速度低于a2门限，再次保压至低于al门限。对于后者，说明车轮进入声μ-S曲线峰值附近稳定区域，并稍有制动不足。因此，两种情况的角减速度都可低于al门限，进入稳定区域。
由于μ-S曲线峰值附近的附着系数比较大，要使在这一区域内的制动时间尽量延长，因此制动压力采用小的上升梯度，通常较初始压力梯度小得多。电磁阀以增压一保压的方式不断切换，直到车轮减速度再次低于al门限。此时，不再考虑S1门限，进入下一循环的防抱制动，即这一循环结束.
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