CN104015711A - 一种汽车abs的双模糊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车ABS的双模糊控制方法，其采用“双模糊控制”策略，首先，通过采集信号及计算获得汽车的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差及滑移率误差变化率，并把滑移率误差及滑移率误差变化率作为其中一组模糊控制输入量，滑移率及车轮角加速度作为另一组模糊控制输入量；然后，对这两组模糊控制输入量进行模糊量化、模糊推理、模糊判决以获得两个模糊控制输出量；最后，通过对这两个模糊控制输出量进行合并以获得总模糊控制输出量，控制系统以该总模糊控制输出量作为最终的制动油压状态量来控制执行器调节制动油压的状态，从而使汽车获得良好的制动稳定性。本发明能够提高控制的定位精度和控制效果，以充分发挥汽车的制动性能。

Description

一种汽车ABS的双模糊控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电子控制技术的领域，特别涉及一种汽车ABS的双模糊控制方法。

背景技术

汽车制动防抱死系统(ABS)能显著改善汽车制动过程中的制动性、稳定性和可操作性,提高汽车的主动安全性，减少因紧急制动时的甩尾和不能转向导致的交通事故。目前，由于汽车运行的环境条件、道路条件及车况性能差别很大，同时汽车制动时的数学模型不能精确建立，使得经典控制理论的控制不能取得最佳的效果。而模糊控制属于智能控制，可以实现非线性控制,无须为对象建立确切的数学模型，具有较好的鲁棒性和灵活性。模糊控制方法主要有两种，一种是以滑移率误差及其变化率作为模糊控制参数；另一种是以滑移率和车轮角加速度作为模糊控制参数。由于滑移率是由轮速和车速计算得来，而车速(即轮心速度)是估算而来的，因此单从滑移率误差及其变化率来控制目标变量会存在一定的缺陷，而基于滑移率和角加速度的模糊方法,虽然引入了计算相对准确的车轮角加速度作为控制参数，但其只考虑滑移率的大小而忽略了滑移率变化信息，不便于迅速追踪最佳滑移率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车ABS的双模糊控制方法，其把以滑移率误差及其变化率作为模糊控制参数获得的输出量与以滑移率和车轮角加速度作为模糊控制参数获得的输出量进行结合，以提高控制的定位精度和控制效果，并最大限度地发挥汽车的制动性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种汽车ABS的双模糊控制方法，其中，包括以下步骤：(一)采集信号：利用车速传感器和轮速传感器获取汽车行驶、制动过程中的车速和轮速信号，并通过计算得到汽车制动过程中的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差及滑移率误差变化率；(二)模糊量化：把获得的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差以及滑移率误差变化率作为模糊控制输入量，利用隶属函数模糊量化以获得四个对应的模糊输入量；(三)模糊推理：对上述获得的四个模糊输入量根据模糊控制规则进行模糊推理，以获得对应的模糊输出量，其中，基于对滑移率误差以及滑移率误差变化率的两个模糊输入量进行模糊推理获得的模糊输出量为第一模糊输出量，基于对滑移率及车轮角加速度的两个模糊输入量进行模糊推理获得的模糊输出量为第二模糊输出量；(四)模糊判决：对上述的第一模糊输出量及第二模糊输出量进行模糊判决，以对应地获得第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量；(五)合并模糊控制输出量：将上述获得的第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量进行合并，以获得总模糊控制输出量，并把该总模糊控制输出量作为最终的制动油压状态量；(六)控制系统根据最终的制动油压状态量来控制执行器调节制动油压的状态，使制动油压处于增压、保压或减压状态，从而使汽车获得良好的制动稳定性。

优选地，上述技术方案中，所述滑移率误差和滑移率误差变化率的模糊语言值分别为：{NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)}及{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}；所述滑移率和车轮角加速度的模糊语言值分别为：{ZE(零)，S(较小)，M(适中)、L(很大)}及{NB(负大)，NS(负小)，ZN(负较小)，ZE(零)，ZP(正较小)，PS(正小)，PB(正大)}。

优选地，上述技术方案中，所述滑移率误差的隶属度函数采用ZMF、TRIMF和SMF函数，所述滑移率误差变化率的隶属度函数采用TRIMF函数；所述滑移率的隶属度函数采用TRAPMF和TRIMF函数，车轮角加速度的隶属度函数采用TRIMF函数。

优选地，上述技术方案中，所述第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量的模糊语言值均为：{JY(减压),BY(保压),ZY(增压)}。

优选地，上述技术方案中，采取权重结合的方法对所述第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量进行合并，以获得所述总模糊控制输出量。

优选地，上述技术方案中，在权重结合的方法中，所述第一模糊控制输出量在所述总模糊控制输出量中所占的比例范围为0.6-0.8。

优选地，上述技术方案中，用连续论域[-1,1]转化为所述制动油压状态量的减压、保压和增压三个状态量，具体转化方法为：把在-1至-0.2范围内的值转化为减压状态，把在-0.2至0.2范围内的值转化为保压状态，把在0.2至1范围内的值转化为增压状态。

优选地，上述技术方案中，采用一个总控制器来进行双模糊控制，该总控制器包括两个双输入单输出结构的模糊控制器，其中一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率误差及其变化率，另一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率和车轮角加速度，该总控制器把所述两个模糊控制器的模糊控制输出量进行合并后获得所述总模糊控制输出量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明以滑移率误差及其变化率作为模糊控制输入量获得的第一模糊控制输出量，以滑移率和车轮角加速度作为模糊控制输入量获得的第二模糊控制输出量，然后把这两个模糊控制输出量进行结合获得制动油压状态量，以提高控制的定位精度和控制效果，并充分发挥汽车的制动性能。且本发明通过权重结合的方法合并这两个模糊控制输出量以获得总模糊控制输出量，第一模糊控制输出量在总模糊控制输出量中所占的比例范围为0.6-0.8，其使汽车制动平稳可靠。

附图说明

附图1是根据本发明一种汽车ABS的双模糊控制方法的流程图；

附图2是根据本发明的滑移率误差e的模糊论域划分及隶属函数的设计图；

附图3是根据本发明的滑移率误差变化率ec的模糊论域划分及隶属函数的设计图；

附图4是根据本发明的滑移率s的模糊论域划分及隶属函数的设计图；

附图5是根据本发明的车轮角加速度a的模糊论域划分及隶属函数的设计图；

附图6是根据本发明的第一模糊输出变量u₁及第二模糊输出变量u₂的模糊论域划分及隶属函数的设计图；

附图7是根据本发明的模糊输入变量E及模糊输入变量EC的模糊规则表。

附图8是根据本发明的模糊输入变量S及模糊输入变量A模糊规则表。

附图9是根据本发明的p取不同值时进行模拟实验获得的制动时间及制动距离的统计表；

附图10是根据本发明的p＝0时，进行模拟实验的制动效果示意图；

附图11是根据本发明的p＝1时，进行模拟实验的制动效果示意图；

附图12是根据本发明采用双模糊控制进行模拟实验的制动效果示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图12所示，根据本发明具体实施方式的一种汽车ABS的双模糊控制方法，如图1所示，其包括以下步骤：

(一)采集信号：利用车速传感器和轮速传感器获取汽车行驶、制动过程中的车速和轮速信号，并通过计算得到汽车制动过程中的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差及滑移率误差变化率。

设：v为车轮的中心速度，ω为车轮的角速度，r为车轮的滚动半径，s为滑移率，a为车轮的角加速度，制动时车轮的滑移率计算公式为：

$s=\frac{v-\mathrm{r\ω}}{v}\×100\%$

车轮角加速度a的计算公式为：

a＝dω/dt

设：在路面的最佳滑移率为s₀(经验值)，车轮制动时的滑移率误差为e：滑移率误差变化率为ec：则：

e＝s-s₀

ec＝de/dt

(二)模糊量化：把获得的滑移率s、车轮角加速度a、滑移率误差e及滑移率误差变化率ec作为模糊控制输入量，利用隶属函数模糊量化以获得对应的四个模糊输入量。

滑移率误差e的模糊语言值为：{NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)}。滑移率误差e的隶属度函数采用ZMF、TRIMF和SMF函数，其模糊论域及隶属函数的设计如图2所示，设其得到的模糊输入量为E。

滑移率误差变化率ec的模糊语言值为：{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}。滑移率误差变化率ec的隶属度函数采用TRIMF函数，其模糊论域及隶属函数的设计如图3所示。设其得到的模糊输入量为EC。

滑移率s的模糊语言值为：{ZE(零)，S(较小)，M(适中)、L(很大)}。滑移率s的隶属度函数采用TRAPMF和TRIMF函数，其模糊论域及隶属函数的设计如图4所示。设其得到的模糊输入量为S。

车轮角加速度a的模糊语言值为：{NB(负大)，NS(负小)，ZN(负较小)，ZE(零)，ZP(正较小)，PS(正小)，PB(正大)}。车轮角加速度a的隶属度函数采用TRIMF函数，其模糊论域及隶属函数的设计如图5所示。设其得到的模糊输入量为A。

(三)模糊推理：对上述获得的四个模糊输入量根据模糊规则进行模糊推理，以获得对应的模糊输出量。其中：

基于滑移率误差e的模糊输入量E及滑移率变化率ec的模糊输入量EC的模糊规则表如图7所示,设其获得的模糊输出量为第一模糊输出量U₁。

基于滑移率s的模糊输入量S和车轮角加速度a的模糊输入量A的模糊规则表如图8所示，设其获得的模糊输出量为第二模糊输出量U₂。

(四)模糊判决：对上述的第一模糊输出量U₁和第二模糊输出量U₂分别进行模糊判决，以对应地获得第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量。

设对第一模糊输出量U₁进行模糊判决得到的值为第一模糊控制输出量u₁，对第二模糊输出量U₂进行模糊判决得到的值为第二模糊控制输出量u₂。u₁和u₂的模糊语言值均为：{JY(减压),BY(保压),ZY(增压)}，且隶属度函数均采用TRAPMF和TRIMF函数，且模糊论域及隶属函数的设计如图6所示。

(五)合并模糊控制输出量：将上述获得的第一模糊控制输出量u₁和第二模糊控制输出量u₂进行合并，以获得总模糊控制输出量，并把该总模糊控制输出量作为最终的制动油压状态量。第一模糊控制输出量u₁及第二模糊控制输出量u₂进行合并的算法结合车轮所处的状态及制动防抱死的相关理论进行设定。优选的是，本发明中采取权重结合的方法合并第一模糊控制输出量u₁及第二模糊控制输出量u₂，以获得最终的制动油压状态量，设最终的制动油压状态量为u，则：

u＝pu₁+(1-p)u₂

其中，参数p为u₁在u中所占的比例。

优选的是，本发明中参数p的范围为0.6-0.8：如图9所示，当P的范围为0.6-0.8时,其制动效果更好，且稳定，没有发生抱死现象，车速稳定下降，轮速变化只存在微小的波动，滑移率能快速地变化到理想值附近，同时制动时间和制动距离都更短，所以其制动效果更佳。

(六)控制系统根据最终的制动油压状态量u来控制执行器(电磁阀)调节制动油压的状态，使制动油压处于增压、保压或减压状态，从而使汽车获得良好的制动稳定性。如果用{-1、0、1}分别代表制动油压状态量的减压、保压和增压三个状态量，这种离散论域在实际控制中难于处理，所以此处用连续论域[-1,1]代替离散论域{-1、0、1}，具体转化方法为：把在[-1,0.2]范围内的值转化为减压状态，把[-0.2,0.2]范围内的值转化为保压状态，把在[0.2,1]范围内的值转化为增压状态。这样更方便执行器根据最终的制动油压状态量u来调节制动油压的状态。

进一步地，本发明采用一个包括两个双输入单输出(MISO)结构的模糊控制器的总控制器来进行双模糊控制，其中一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率误差及其变化率，另一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率和车轮角加速度。则这两个模糊控制器的模糊控制输出量分别为u₁和u₂，总控制器输出的总模糊控制输出量为u₁和u₂的综合值，即为最终的制动油压状态量u。

如图10-12所示，通过模拟实验对单模糊控制和双模糊控制的制动效果进行比较：

采用基于滑移率和车轮角加速度的单模糊控制时(p＝0)，制动过程中，如图10所示，其未出现抱死现象，车速和轮速的下降都比较稳定，轮速的波动非常小，滑移率的波动也很小，但其滑移率达到理想值附件的时间较长，滑移率趋于理想值所需的时间大于1.5秒，同时其制动时间和制动距离较长。

采用基于滑移率误差及其变化率的单模糊控制时(p＝1)，制动过程中，如图11所示，未出现抱死现象，车速的下降稳定，但轮速和滑移率的变化波动较大，其滑移率达到理想值附近所需的时间较长，大于1.5秒，且前1.5秒内滑移率的波动较大，同时其制动时间和制动距离较长。

采用双模糊控制时，制动过程中，如图12所示，未出现抱死现象，车速的下降稳定，轮速和滑移率的变化只存在微小的波动，与单模糊控制相比，其滑移率能更快地趋于最佳滑移率，滑移率趋于理想值所需的时间约为0.8秒，同时其制动时间和制动距离都更短。因此，双模糊控制的制动效果更好。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)采集信号：利用车速传感器和轮速传感器获取汽车行驶、制动过程中的车速和轮速信号，并通过计算得到汽车制动过程中的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差及滑移率误差变化率；

(二)模糊量化：把获得的滑移率、车轮角加速度、滑移率误差以及滑移率误差变化率作为模糊控制输入量，利用隶属函数模糊量化以获得四个对应的模糊输入量；

(三)模糊推理：对上述获得的四个模糊输入量根据模糊控制规则进行模糊推理，以获得对应的模糊输出量，其中，基于对滑移率误差以及滑移率误差变化率的两个模糊输入量进行模糊推理获得的模糊输出量为第一模糊输出量，基于对滑移率及车轮角加速度的两个模糊输入量进行模糊推理获得的模糊输出量为第二模糊输出量；

(四)模糊判决：对上述的第一模糊输出量及第二模糊输出量进行模糊判决，以对应地获得第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量；

(五)合并模糊控制输出量：将上述获得的第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量进行合并，以获得总模糊控制输出量，并把该总模糊控制输出量作为最终的制动油压状态量；

(六)控制系统根据最终的制动油压状态量来控制执行器调节制动油压的状态，使制动油压处于增压、保压或减压状态，从而使汽车获得良好的制动稳定性。

2.根据权利要求1所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，所述滑移率误差和滑移率误差变化率的模糊语言值分别为：{NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)}及{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}；所述滑移率和车轮角加速度的模糊语言值分别为：{ZE(零)，S(较小)，M(适中)、L(很大)}及{NB(负大)，NS(负小)，ZN(负较小)，ZE(零)，ZP(正较小)，PS(正小)，PB(正大)}。

3.根据权利要求2所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，所述滑移率误差的隶属度函数采用ZMF、TRIMF和SMF函数，所述滑移率误差变化率的隶属度函数采用TRIMF函数；所述滑移率的隶属度函数采用TRAPMF和TRIMF函数，所述车轮角加速度的隶属度函数采用TRIMF函数。

4.根据权利要求2所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，所述第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量的模糊语言值均为：{JY(减压),BY(保压),ZY(增压)}。

5.根据权利要求1所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，采取权重结合的方法对所述第一模糊控制输出量及第二模糊控制输出量进行合并，以获得所述总模糊控制输出量。

6.根据权利要求5所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，在权重结合的方法中，所述第一模糊控制输出量在所述总模糊控制输出量中所占的比例范围为0.6-0.8。

7.根据权利要求1所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，用连续论域[-1,1]转化为所述制动油压状态量的减压、保压和增压三个状态量，具体转化方法为：把在-1至-0.2范围内的值转化为减压状态，把在-0.2至0.2范围内的值转化为保压状态，把在0.2至1范围内的值转化为增压状态。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的汽车ABS的双模糊控制方法，其特征在于，采用一个总控制器来进行双模糊控制，该总控制器包括两个双输入单输出结构的模糊控制器，其中一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率误差及其变化率，另一个模糊控制器的两个模糊控制输入量为滑移率和车轮角加速度，该总控制器把所述两个模糊控制器的模糊控制输出量进行合并后获得所述总模糊控制输出量。