摘 要：本文首先在MATLAB2023b/Simulink環(huán)境中搭建出基于滑移率控制的ABS動(dòng)力學(xué)模型，采用模糊PID控制與經(jīng)典的PID控制對(duì)車輛制動(dòng)過程仿真，通過對(duì)比兩者在干燥路面、潮濕路面上車速與輪速曲線、滑移率曲線、制動(dòng)減速度曲線以及制動(dòng)距離曲線，分析模糊PID控制對(duì)車輛制動(dòng)效果的提升。通過試驗(yàn)得出：模糊PID控制在干燥路面的制動(dòng)距離減少0.642m，潮濕路面減少1.55m。模糊PID控制在擾動(dòng)的干燥路面制動(dòng)距離減少1.562m，在擾動(dòng)的潮濕路面制動(dòng)距離減少1.6m，進(jìn)一步證明了模糊PID控制的有效性。

關(guān)鍵詞：ABS 模糊PID控制 滑移率 線控制動(dòng)

中汽協(xié)發(fā)布，我國(guó)2024年1-9月汽車產(chǎn)銷分別完成2147萬輛和2157.1萬輛，我國(guó)汽車保有量迅猛增長(zhǎng)，汽車主動(dòng)安全技術(shù)愈發(fā)重要，防抱死制動(dòng)系統(tǒng) （Anti-lock Braking System，簡(jiǎn)稱ABS）在緊急制動(dòng)時(shí)能防止車輪抱死，增強(qiáng)車輛操控穩(wěn)定性。卓圣文等[1]通過對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)中防抱死系統(tǒng)的分析，提出改進(jìn)措施。陳慶明[2]基于滑移率的整車 EMB 系統(tǒng)對(duì) ABS 控制進(jìn)行研究。毛湘文等[3]基于模糊免疫PID提出不同的控制策略，在制動(dòng)性能提升方面有較好的效果。楊坤等[4]提出了基于模糊PID的ABS控制策略，通過EBD實(shí)現(xiàn)前后軸間的制動(dòng)力分配。

1 仿真模型的建立

1.1 控制器模型

本試驗(yàn)采用的是PID控制模塊，參數(shù)不隨外界環(huán)境而變化[5]。模糊PID控制通過不斷監(jiān)測(cè)誤差和誤差變化率，并依據(jù)模糊推理規(guī)則動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1.2 制動(dòng)器模型

本文選用盤式制動(dòng)器，假設(shè)襯塊各處與制動(dòng)盤接觸均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力力矩[6]為。

其中：為摩擦因數(shù)；為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；R為制動(dòng)器作用半徑。

1.3 整車動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)以下公式建立整車動(dòng)力學(xué)模型[7]。

車輛運(yùn)動(dòng)方程：

車輪運(yùn)動(dòng)方程：

車輛縱向摩擦力：

式中：M為1/4車輛的質(zhì)量（kg），v為車輛行駛速度（m/s），I為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，F(xiàn)為縱向摩擦力（N），為車輪角加速度（rad/s），R為車輪半徑（m），N為地面支持力，為縱向附著系數(shù)，為制動(dòng)器制動(dòng)力矩（N·m）。

1.4 輪胎模型

輪胎模型有兩個(gè)線性方程[8]來表示，縱向附著系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，

式中：為縱向附著系數(shù)；S為滑移率；為峰值附著系數(shù)；為峰值附著系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑移率；為滑動(dòng)附著系數(shù)。

1.5 滑移率計(jì)算模型

汽車滑移率

式中，V為車輪中心速度（m/s），為車輪瞬時(shí)圓周速度（m/s）。

2 ABS制動(dòng)過程仿真試驗(yàn)

2.1 仿真參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)車輛參數(shù)如表1。

道路附著系數(shù)設(shè)置如表2。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)典PID制動(dòng)時(shí)間3.068s，制動(dòng)距離37.617m。模糊PID制動(dòng)時(shí)間為3.028s，制動(dòng)距離36.975m。制動(dòng)時(shí)間減少0.04s，制動(dòng)距離減少0.642m。

經(jīng)典PID制動(dòng)時(shí)間為4.91s，制動(dòng)距離為60.182m。模糊PID制動(dòng)時(shí)間為4.844s，制動(dòng)距離為58.632m。制動(dòng)時(shí)間減少0.066s，制動(dòng)距離減少1.55m。

經(jīng)典PID制動(dòng)時(shí)間3.188s，制動(dòng)距離39.124m。模糊PID制動(dòng)時(shí)間3.076s，制動(dòng)距離37.562m。制動(dòng)時(shí)間減少0.112s，制動(dòng)距離減少1.562m。

經(jīng)典PID制動(dòng)時(shí)間4.926s，制動(dòng)距離60.503m。模糊PID制動(dòng)時(shí)間4.858s，制動(dòng)距離58.903m。制動(dòng)時(shí)間減少0.068s，制動(dòng)距離減少1.6m。

參考文獻(xiàn)：

[1]卓圣文，阮錦妃.汽車制動(dòng)系統(tǒng)中防抱死系統(tǒng)的分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（10）：141-142.

[2]陳慶明. 基于滑移率的整車EMB系統(tǒng)ABS控制研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2019.

[3]毛湘文，李廣軍.基于模糊免疫PID控制的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)研究[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，26（04）：95-102.

[4]楊坤，李靜，李幼德，等.基于汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的EBD/ABS研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21（06）：1785-1788.

[5]李博通，謝天，李錦添，等.自適應(yīng)模糊PID高精度溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，40（02）：11-14+55.

[6]陳博，田廣東.汽車線控制動(dòng)的仿真與分析[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，24（03）：205-209.

[7]安永東，杜嘉勇，羅萌.基于Simulink的汽車ABS建模與仿真[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（02）：40-43.

[8]王凱凱，董琴琴，陳作.基于MATLAB下的制動(dòng)系統(tǒng)建模、仿真及ABS控制器設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2022（05）：11-13.