D0I:10.13374/i.issn1001053x.2004.02.019 第26卷第2期 北京科技大学学报 VoL26 No.2 2004年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2004 汽车防抱制动系统自适应模糊控制算法 晏蔚光余达太李果毋茂盛 张卫冬 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要提出了一种基于自适应模糊算法的防抱制动系统控制方式.针对汽车纵向双轮模 型，设计了模糊控制器和滑移率校正器，校正器通过车辆的输入输出参数辨识最佳滑移率， 并调整系统控制参数，以提高系统的控制性能.仿真实验验证了控制算法的有效性， 关键词防抱制动系统；滑移率；模糊控制；自适应 分类号TP273:U463.5 汽车防抱制动系统(ABS)是一种在紧急制 1汽车制动的动力学模型 动情况下缩短汽车制动距离，同时保持汽车方向 稳定性的装置.它在各种车辆上已经得到广泛应 纵向附着系数与滑移率之间的关系采用双 用，并成为汽车主动安全控制的一个重要研究方 线性模型来表示，其函数可表示为： 向.目前，逻辑门限值控制算法是应用最广泛的 0≤1≤ 控制技术.这种控制方式不涉及控制数学模型， 4()= (1) 系统实时响应速度快，与其他控制方式相比有很 4-4(1-),,<≤1 4,-1-m 大的优势.但是，它的控制逻辑复杂，调试困难， 其中，4，为峰值附着系数，4，为滑移附着系数， 控制不够稳定，其开关控制方式使制动系统不能 为峰值附着系数对应的最佳滑移率. 连续利用地面的最大附着力. 设转向角为0°，忽略空气阻力、滚动阻力和 近几年，模糊控制成为国内外ABS控制算法 悬架系统的影响，仅考虑汽车的纵向运动，建立 研究的一个热点.模糊控制不需要控制对象的 汽车的纵向双轮模型，如图1所示，m为汽车质 精确数学模型，响应速度快，超调量小，对制动器 具体参数的敏感性降低，具有较好的鲁棒性和灵 活性，但是普通模糊控制本身消除系统稳态误差 ma 的性能比较差，控制参数需要经过反复的实验来 确定，同时，由于各种路面的峰值附着系数和最 佳滑移率都不相同，简单的模糊控制也很难满足 防抱制动系统对各种路况适应性的要求，因此， Fa 本文提出了一种基于自适应模糊控制的ABS控 制算法，在模糊控制器中增加了输入调整因子以 图1汽车制动的纵向双轮模型 Fig.1 Longitudinal vehicle brake model 改善系统的响应特性，设计了滑移率校正器以提 高对各种路面的适应能力，进一步缩短制动距 离 量，h为汽车重心距地面的高度，l,2为重心到前 轮和后轮的距离，0,0，分别为前、后轮的角速度， U,J,为前、后轮传动系等效到车轮上的等效转动 收稿日期2002-06-10晏蔚光男，30岁，博士研究生 惯量，FH,F,F,Fa分别为前、后轮载荷以及与地 *国家开发投资公司资助项目(No.THT02040011):河南省科 面之间的纵向摩擦力，T,T,为制动器作用在前、 技攻关资助项目(No.001140118) 后轮上的制动力矩，44，为前后轮的纵向附着系第 2 6 卷 第 2 期 2 0 0 4 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e r s yit o f S e el . e e a n d Te e h n o of gy B e ij ni g V b L2 6 N o . 2 A p .r 2 0 4 汽车防抱制动系统 自适应模糊控制算法 晏蔚光 余达 太 李 果 毋茂盛 张 卫冬 北京科 技大 学信息 工程学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 提 出了一种 基于 自适应 模糊 算法 的 防抱 制动 系统 控制 方式 . 针 对汽 车纵 向双轮 模 型 , 设计 了模 糊控制 器和 滑移 率校 正器 . 校 正 器通 过车 辆 的输入输 出参 数辨识 最佳 滑移率 , 并调整 系统控 制参 数 , 以提 高系统 的控制 性 能 . 仿真 实验验 证 了控 制算 法 的有效 性 . 关键词 防抱制 动系 统 ; 滑 移率 ; 模糊 控制 ; 自适 应 分 类号 T P 2 7 3 : U 4 6 3 · 5 汽 车 防抱制 动 系统 ( A B )S 是 一种 在 紧急 制 动情况 下缩 短汽 车制动 距 离 , 同时保 持汽 车方 向 稳定 性的装 置 . 它在 各种 车辆 上 已经 得 到广泛 应 用 , 并成 为汽车 主动 安全控 制 的一个 重要 研究 方 向 . 目前 , 逻辑 门限值 控制 算法 是 应用 最广 泛 的 控 制技 术 . 这 种 控制 方 式不涉 及 控制 数 学模 型 , 系统实 时响应 速度 快 , 与其 他控 制方式 相 比有很 大的优 势 . 但 是 , 它 的控 制逻 辑 复杂 , 调试 困难 , 控 制不够 稳 定 , 其 开关 控制 方式使 制动 系 统不 能 连 续利 用地 面 的最 大 附着 力 . 近 几 年 , 模糊 控制 成 为 国 内外 A B S 控制 算法 研 究 的一 个热 点`冈 . 模 糊控 制不 需要控 制对 象 的 精确 数学模 型 , 响应 速度 快 , 超 调量 小 , 对制 动器 具体 参数 的敏感 性 降低 , 具有 较好 的鲁 棒性 和灵 活性 . 但 是普通 模糊 控制 本身 消除 系统 稳态 误差 的性 能 比较 差 , 控制 参数 需要 经过 反复 的实验 来 确定 . 同 时 , 由于 各种 路面 的峰值 附着 系 数和 最 佳滑移 率都 不相 同 , 简单 的模糊 控制 也很 难满 足 防抱 制动 系统 对各 种路 况 适应 性 的要 求 . 因此 , 本文 提 出 了一种基 于 自适 应模 糊 控制 的 A B S 控 制算法 , 在 模糊控 制器 中增 加 了输入 调整 因子 以 改善系 统 的响应特 性 , 设计 了滑 移率 校正 器 以提 高对 各种 路 面 的适 应 能 力 , 进 一 步缩 短 制 动 距 离 . 1 汽车制 动 的 动 力学模型 纵 向 附着 系 数 与滑 移 率 之 间的 关系 采 用 双 线性 模 型来 表示 . 其 函数可 表 示为 : , 。 , 一 }气一 户一不灭林 0 ` 又` 凡 ( l ) 一吞) , 凡双` 1 其 中 沼 p 为 峰 值 附 着系 数 沼 : 为 滑 移 附 着系 数 , 凡 为峰值 附着系 数尸p对应 的最 佳滑 移 率 . 设 转 向角为 o0 , 忽 略空 气 阻力 、 滚 动 阻力和 悬 架系 统 的影 响 , 仅 考虑 汽 车 的纵 向运 动 , 建立 汽 车 的纵 向双轮 模 型 , 如 图 1 所 示 . m 为汽 车质 ` 罚. l ` mg 、 l - 凡 ’ , 乙 _ ! “ 尸 l 图 1 汽车制 动 的纵 向双 轮模 型 F ig . 1 L o n g i tu d in a l v e h ic l e b r a ke m o d e l 收稿 日期 2 0 02 一-6 10 晏蔚 光 男 , 30 岁 , 博 士 研究 生 * 国家开发 投 资公司 资助项 目( N o . T H T 02 04 0 01 1 ) ; 河 南省科 技攻 关资助项 目( N o 0 0 l l 4 0 1 18 ) 量 , h 为 汽 车重 心距 地 面 的 高度 , l : , 乙为 重心 到 前 轮 和后 轮 的距 离 , 。 。 助分 别为前 、 后 轮 的角速度 , 涛 , 苏为前 、 后轮 传 动 系等 效到 车轮 上 的等效 转 动 惯 量 , 凡 , 凡 , 凡 , xtF 分 别为前 、 后轮 载荷 以及 与 地 面 之 间 的 纵 向摩 擦 力 , rT , 不为 制 动器 作用 在 前 、 后 轮 上 的制 动 力矩 沼 。 产 r为 前后 轮 的纵 向附着系 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 02. 019