基于滑移率的汽车ABS模糊控制的研究
基于滑移率的汽车ABS模糊控制的研究[20200408212132]
摘 要
制动力矩的调节对于汽车防抱死系统来说是至关重要的核心思想，其目的是要把车轮和地面之间的摩擦力稳定在它最大值左右,这样车辆在行进过程中的行驶稳定性能就可以的到保障。当下主流的ABS都使用了以经验为基础的逻辑门限值控制法, 此种方式需要大量实验，价格高昂,产品开发周期长。
本文先是研究的是基于滑移率的ABS模糊控制的方法。首先介绍了ABS的研究目的和意义以及ABS的发展趋势，随后介绍了ABS的国内外发展现状。同时建立了单轮的车辆动力学模型、轮胎模型、制动器模型，研究了不同工况下的滑移率。在此基础上，应用MATALAB/SIMULINK建立了ABS系统的模糊控制器模型。仿真实验表明，该方法具有良好的制动效果，同时保证了制动的方向稳定性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:ABS滑移率附着系数模糊控制
目 录
第一章 ABS的介绍 1
1.1 ABS研究的意义和目的 1
1.2 ABS的发展状况及趋势 2
1.2.1国内外ABS系统发展情况的简介 2
1.2.2 ABS发展趋势 4
第二章 ABS的基本原理及控制方法概述 5
2.1 ABS的理论基础 5
2.1.1 制动时车轮与地面之间的附着特性 5
2.1.2附着系数和滑移率之间的关系 5
2.2 ABS的工作原理以及基本结构 6
2.2.1 ABS的基本结构 6
2.2.2 ABS的工作原理 7
2.3 ABS主要控制方法 8
2.3.1逻辑门限值控制 8
2.3.2 基于滑移率的控制 8
第三章 汽车ABS系统建模 11
3.1车辆动力学模型 11
3.2 轮胎模型 12
3.2.1 纯制动单一工况下纵向力学特性 13
3.2.2 纯转向单一工况下横向力学特性 14
3.2.3 制动以及转向联合工况下力学特性 14
3.3制动器模型 15
第四章 ABS模糊控制器的建模 16
4.1 模糊控制理论 16
4.2 常规模糊控制器 16
第五章 ABS模糊控制模型的建立与仿真 21
5.1模糊语言规则的设计 21
5.2汽车制动过程的建模 22
5.3仿真的结果与分析 23
第六章 结论 29
参考文献 30
致 谢 31
第一章 ABS的介绍
1.1 ABS研究的意义和目的
车辆行驶过程中因为急刹车而导致车辆轮胎抱死的情况很常见，车轮抱死会对轮胎造成巨大的磨损,前后轮抱死分别会导致失去对方向的控制和侧滑漂移，很容易造成危险事故，尤其是在高速行驶时或者路面附着状况不好的情况下特别严重。为了使纵向附着系数最大化并且充分利用起侧向附着系数让地面附着力达到最高值，ABS对于制动力的调控能够使车轮在制动过程中维持滚动的作用是巨大的，让车辆在刹车时有更高的稳定性，对于前方的物体也能够进行躲避，在弯道处还能够维持转向能力，提高制动器的制动力缩短制动的距离，极大地提高汽车行驶的安全，降低事故的发生率。据相关统料的分析：配备ABS的车辆降低了30％～40％的翻车状况；也能够避免约25％的车祸；处于湿滑路面时可降低15％的惨剧：非机动车辆和行人的事故也降低了30％左右。
参考欧洲的资料表明，安装了ABS之后，非机动车辆降低了9％的事故，小型的车辆降低了9％，大型车辆降低了10％，效果显著。ABS是全球范围内认可的提高安全的汽车主动安全的经典代表。
“十五”期间，汽车产业在中国迅猛发展，国内民众购买汽车的数量增加迅速。据有关部门估计，到2005年底中国民用汽车拥有量将超过三千万辆，比2000多出了一千四百万辆。我国的建设发展迅猛，高速公路里程已经成为世界第一，随着车辆车速的提高，交通事故的发生率也不断提高，造成了不可估量的损失。
2006年，全国各地的交通事故数量加起来达到了四十多万起，导致十万人失去了生命，四十六万人被伤害，损失19亿元人民币。中国以世界范围内4％的汽车数量却发生了15％的交通事故，全世界交通事故中，我国死亡人数最多。目前，我国的汽车数量和交通事故发生量同步增长，道路的交通安全在中国成为了一个大问题，社会各界对此越来越关注。国家制定了一系列有关车辆安全方面的法律法规，每辆汽车开始强制安装ABS这种主动安全装置。
在未来的汽车零件市场中，ABS将占据十分重要的地位。2005年，我国生产的汽车有四成安装了ABS，大约配备了220万套，在不久的将来我国对于ABS的需求量增长将超过32％，中国的ABS市场十分有潜力。
考虑到各方面因素，安装ABS可以极大地减少交通事故，增加车辆安全，保护乘客的安全；由于存在多与知识产权的保护等种种原因，国外的公司把持着各种ABS的核心技术，并不对外开放，我们也只能获取已经造好的产品。在欧美等地区，汽车在制造完成的时候就已经装配有了防抱死制动装置，相比之下，国内对于防抱死制动装置的研究以及普及还有待提高。尤其是关于ABS的理论依据不够健全，不能够满足生产的要求，所以目前没有自主知识产权的ABS供国内使用，绝大多数ABS是进口得来，因此国内汽车的生产花费巨大，性价比不高，比不过外国的车辆。由于改革开放，经济发展迅速，我国也成功的成为了WTO的成员之一，自古我国便是农业大国，在向工业大国的转型过程中，我国自主的汽车产业承受着前所未有的压力，这意味着我国具有自主知识产权的ABS研发工作更要加紧步伐。
1.2 ABS的发展状况及趋势
1.2.1国内外ABS系统发展情况的简介
早在二十世纪二十年代ABS就被装配在了火车和飞机上，博世公司早在三十年代便研究出了ABS制动系统并获得专利。汽车的ABS在二十世纪五十年代获得广泛关注。美国福特公司率先与1964年在汽车上装配机用ABS，虽然结果不理想，但这解开了ABS汽车化的序幕。同期，Kelse海因丝公司以及克莱斯勒公司产生兴趣，并进行了相关研究。在二十世纪六七十年代左右，世界上的电子技术已经有了极大的提高，这时的防抱死制动系统已经有了不少采用电子的控制方式。这时，Kelse海因丝以及克莱斯勒、博世等公司分别开发出了他们的首个电子控制ABS，模拟式电子控制反应不快，控制精度不高，容易被干扰，所以ABS都没有达到设想的效果。
1978年，博世公司先一步研制出数字式电子控制ABS-BOSCH ABS2，并在奔驰汽车上进行实用，使ABS产业得到了巨大的鼓舞，进入了类似一种竞赛模式。与老旧的防抱死装置相比，博世的ABS2在各种方面的性能都有了质的飞跃，具有十分优秀的控制效果。基于博世 ABS2防抱死装置，博世公司又于八十年代制造出了新型的ABS防抱死装置，因为技术的进步使得ABS达到量产的标准。因为造假高昂，一般只有高级轿车才会配备ABS防抱死装置，但从二十世纪八十年代起，ABS的发展目标转换为性价比的提高。1985年，博世公司对BOSCII ABS 2S进行相应的优化，提出了更经济适用的ABS。Delco公司在1990年推出了性价比更高的四轮ABS—Delco ABSVI型。不同公司之间的良性竞争使ABS的发展获得更好的条件。1986年，博世公司在奔驰轿车上装配了集不仅具有制动防抱死还同时能够驱动防滑的一体式控制系统-BOSCH ABS／ASR 2U。二十世纪九十年代，ABS的发展又极大地进步，世界上发达国家的汽车都配备了ABS，美国、德国、日本装配了56％、51％和32％的车辆：货车中ABS装配了大约51％、51％和 46％。
2002年，全球有64％的轿车装配了ABS，而各大著名汽车生产厂家都完全装配有ABS防抱死制动装置。
从ABS的理论被提出一直到如今ABS的普及，一共经历了约四个步骤：首先是完成了对于控制技术的研究；第二阶段时安全性能，可靠性得到了提升；第三阶段是对于性价比的提高，使ABS能够普及与汽车生产；第四题阶段则进一步提高性价比。当下市面上采用的最多的是普通的ABS以及能够防止驱动轮打滑的防抱死装置这两种。
摘 要
制动力矩的调节对于汽车防抱死系统来说是至关重要的核心思想，其目的是要把车轮和地面之间的摩擦力稳定在它最大值左右,这样车辆在行进过程中的行驶稳定性能就可以的到保障。当下主流的ABS都使用了以经验为基础的逻辑门限值控制法, 此种方式需要大量实验，价格高昂,产品开发周期长。
本文先是研究的是基于滑移率的ABS模糊控制的方法。首先介绍了ABS的研究目的和意义以及ABS的发展趋势，随后介绍了ABS的国内外发展现状。同时建立了单轮的车辆动力学模型、轮胎模型、制动器模型，研究了不同工况下的滑移率。在此基础上，应用MATALAB/SIMULINK建立了ABS系统的模糊控制器模型。仿真实验表明，该方法具有良好的制动效果，同时保证了制动的方向稳定性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:ABS滑移率附着系数模糊控制
目 录
第一章 ABS的介绍 1
1.1 ABS研究的意义和目的 1
1.2 ABS的发展状况及趋势 2
1.2.1国内外ABS系统发展情况的简介 2
1.2.2 ABS发展趋势 4
第二章 ABS的基本原理及控制方法概述 5
2.1 ABS的理论基础 5
2.1.1 制动时车轮与地面之间的附着特性 5
2.1.2附着系数和滑移率之间的关系 5
2.2 ABS的工作原理以及基本结构 6
2.2.1 ABS的基本结构 6
2.2.2 ABS的工作原理 7
2.3 ABS主要控制方法 8
2.3.1逻辑门限值控制 8
2.3.2 基于滑移率的控制 8
第三章 汽车ABS系统建模 11
3.1车辆动力学模型 11
3.2 轮胎模型 12
3.2.1 纯制动单一工况下纵向力学特性 13
3.2.2 纯转向单一工况下横向力学特性 14
3.2.3 制动以及转向联合工况下力学特性 14
3.3制动器模型 15
第四章 ABS模糊控制器的建模 16
4.1 模糊控制理论 16
4.2 常规模糊控制器 16
第五章 ABS模糊控制模型的建立与仿真 21
5.1模糊语言规则的设计 21
5.2汽车制动过程的建模 22
5.3仿真的结果与分析 23
第六章 结论 29
参考文献 30
致 谢 31
第一章 ABS的介绍
1.1 ABS研究的意义和目的
车辆行驶过程中因为急刹车而导致车辆轮胎抱死的情况很常见，车轮抱死会对轮胎造成巨大的磨损,前后轮抱死分别会导致失去对方向的控制和侧滑漂移，很容易造成危险事故，尤其是在高速行驶时或者路面附着状况不好的情况下特别严重。为了使纵向附着系数最大化并且充分利用起侧向附着系数让地面附着力达到最高值，ABS对于制动力的调控能够使车轮在制动过程中维持滚动的作用是巨大的，让车辆在刹车时有更高的稳定性，对于前方的物体也能够进行躲避，在弯道处还能够维持转向能力，提高制动器的制动力缩短制动的距离，极大地提高汽车行驶的安全，降低事故的发生率。据相关统料的分析：配备ABS的车辆降低了30％～40％的翻车状况；也能够避免约25％的车祸；处于湿滑路面时可降低15％的惨剧：非机动车辆和行人的事故也降低了30％左右。
参考欧洲的资料表明，安装了ABS之后，非机动车辆降低了9％的事故，小型的车辆降低了9％，大型车辆降低了10％，效果显著。ABS是全球范围内认可的提高安全的汽车主动安全的经典代表。
“十五”期间，汽车产业在中国迅猛发展，国内民众购买汽车的数量增加迅速。据有关部门估计，到2005年底中国民用汽车拥有量将超过三千万辆，比2000多出了一千四百万辆。我国的建设发展迅猛，高速公路里程已经成为世界第一，随着车辆车速的提高，交通事故的发生率也不断提高，造成了不可估量的损失。
2006年，全国各地的交通事故数量加起来达到了四十多万起，导致十万人失去了生命，四十六万人被伤害，损失19亿元人民币。中国以世界范围内4％的汽车数量却发生了15％的交通事故，全世界交通事故中，我国死亡人数最多。目前，我国的汽车数量和交通事故发生量同步增长，道路的交通安全在中国成为了一个大问题，社会各界对此越来越关注。国家制定了一系列有关车辆安全方面的法律法规，每辆汽车开始强制安装ABS这种主动安全装置。
在未来的汽车零件市场中，ABS将占据十分重要的地位。2005年，我国生产的汽车有四成安装了ABS，大约配备了220万套，在不久的将来我国对于ABS的需求量增长将超过32％，中国的ABS市场十分有潜力。
考虑到各方面因素，安装ABS可以极大地减少交通事故，增加车辆安全，保护乘客的安全；由于存在多与知识产权的保护等种种原因，国外的公司把持着各种ABS的核心技术，并不对外开放，我们也只能获取已经造好的产品。在欧美等地区，汽车在制造完成的时候就已经装配有了防抱死制动装置，相比之下，国内对于防抱死制动装置的研究以及普及还有待提高。尤其是关于ABS的理论依据不够健全，不能够满足生产的要求，所以目前没有自主知识产权的ABS供国内使用，绝大多数ABS是进口得来，因此国内汽车的生产花费巨大，性价比不高，比不过外国的车辆。由于改革开放，经济发展迅速，我国也成功的成为了WTO的成员之一，自古我国便是农业大国，在向工业大国的转型过程中，我国自主的汽车产业承受着前所未有的压力，这意味着我国具有自主知识产权的ABS研发工作更要加紧步伐。
1.2 ABS的发展状况及趋势
1.2.1国内外ABS系统发展情况的简介
早在二十世纪二十年代ABS就被装配在了火车和飞机上，博世公司早在三十年代便研究出了ABS制动系统并获得专利。汽车的ABS在二十世纪五十年代获得广泛关注。美国福特公司率先与1964年在汽车上装配机用ABS，虽然结果不理想，但这解开了ABS汽车化的序幕。同期，Kelse海因丝公司以及克莱斯勒公司产生兴趣，并进行了相关研究。在二十世纪六七十年代左右，世界上的电子技术已经有了极大的提高，这时的防抱死制动系统已经有了不少采用电子的控制方式。这时，Kelse海因丝以及克莱斯勒、博世等公司分别开发出了他们的首个电子控制ABS，模拟式电子控制反应不快，控制精度不高，容易被干扰，所以ABS都没有达到设想的效果。
1978年，博世公司先一步研制出数字式电子控制ABS-BOSCH ABS2，并在奔驰汽车上进行实用，使ABS产业得到了巨大的鼓舞，进入了类似一种竞赛模式。与老旧的防抱死装置相比，博世的ABS2在各种方面的性能都有了质的飞跃，具有十分优秀的控制效果。基于博世 ABS2防抱死装置，博世公司又于八十年代制造出了新型的ABS防抱死装置，因为技术的进步使得ABS达到量产的标准。因为造假高昂，一般只有高级轿车才会配备ABS防抱死装置，但从二十世纪八十年代起，ABS的发展目标转换为性价比的提高。1985年，博世公司对BOSCII ABS 2S进行相应的优化，提出了更经济适用的ABS。Delco公司在1990年推出了性价比更高的四轮ABS—Delco ABSVI型。不同公司之间的良性竞争使ABS的发展获得更好的条件。1986年，博世公司在奔驰轿车上装配了集不仅具有制动防抱死还同时能够驱动防滑的一体式控制系统-BOSCH ABS／ASR 2U。二十世纪九十年代，ABS的发展又极大地进步，世界上发达国家的汽车都配备了ABS，美国、德国、日本装配了56％、51％和32％的车辆：货车中ABS装配了大约51％、51％和 46％。
2002年，全球有64％的轿车装配了ABS，而各大著名汽车生产厂家都完全装配有ABS防抱死制动装置。
从ABS的理论被提出一直到如今ABS的普及，一共经历了约四个步骤：首先是完成了对于控制技术的研究；第二阶段时安全性能，可靠性得到了提升；第三阶段是对于性价比的提高，使ABS能够普及与汽车生产；第四题阶段则进一步提高性价比。当下市面上采用的最多的是普通的ABS以及能够防止驱动轮打滑的防抱死装置这两种。
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