基于有限状态机理论的ABS模糊控制仿真研究

　　引 言

　　汽车防抱死制动系统(Antilock Braking System)简称ABS，是一种可以提高车辆制动安全性能的电子控制系统。它能将轮胎和地面接触的力学特性控制在峰值区域，使得车辆能充分利用路面峰值附着系数以获得最短的制动距离，同时保证制动时的方向稳定性。

　　目前在此系统基础上开发更全面的车辆稳定性控制系统已经成为发展趋势。FORD 公司提出了 VSC(VehicleStability Control)系统[1]，日本学者提出了 DYC(Direct Yawmoment Control)系统[2,3]，最为成功的是 Bosch 公司在 1995年推出的 VDC(Vehicle Dynamics Control)系统[4]，虽然在名称上有所差异，但是上述各系统具有类似的结构和功能。通过在车上加装方向盘转角传感器、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器，利用车轮的驱动力和制动力分配来实现车辆的稳定性控制。

　　由于 VDC 和 ABS 共用执行单元，因此两者的切换就成为了系统设计的最大难题。目前在产品中应用较广的 ABS算法是逻辑门限值控制方法，其控制效果对门限值的依赖性很强，需要通过大量的道路试验进行参数匹配，不仅工作量繁重，而且控制的适应性很差。因此依赖于门限值的 ABS控制算法很难与 VDC 系统结合在一起。国际上的研究趋势是将滑移率作为中间量[4-7]，将 VDC系统分为车身控制和滑移率控制两层，通过滑移率控制器将VDC 和 ABS 系统结合在一起。因此，有必要研究一种基于滑移率的 ABS 算法，能够将滑移率控制在任意给定的理想值附近。

　　随着模糊控制技术的不断发展以及模糊芯片的出现，使得模糊控制逻辑可以独立于系统 ECU 单独运算，大大提高了模糊逻辑的应用前景。基于模糊控制逻辑的新一代 ABS系统也成为了目前国内外的研究热点[8-10]。

　　本文在经过大量车辆动力学分析的基础上建立了基于滑移率的 ABS 模糊控制逻辑，该方法可以很好的将车轮滑移率控制在设定的任意理想值，不仅实现了 ABS 的控制，而且为今后的系统集成提供了接口。为了验证控制逻辑的性能，在 Simulink 中建立了 7 自由度车辆模型、非线性 Dugoff轮胎模型和液压调节器模型，利用 MATLAB 的模糊控制工具箱设计了模糊控制逻辑，并且利用基于有限状态机原理的Stateflow 建立了描述控制输出的动态模型。在此基础上进行了单一路面和对接路面的仿真。结果表明：利用上述模糊控制逻辑可以较好的利用路面峰值附着系数，在一定程度上降低了制动时间和制动距离;在对接路面仿真中还可以看到：在对接路面分界点处，车辆前轮出现短暂抱死的情况下，控制逻辑可以很好的控制车轮滑移率到稳定值，保证车辆的方向稳定性，体现了控制逻辑的良好适应性能。