CN113460007B - 基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法 - Google Patents

基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统，包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元、区间二型模糊逻辑ABS控制器、电子控制单元ECU、电子液压制动系统EHB、四个车轮的制动轮缸和四个车轮的制动盘，区间二型模糊逻辑ABS控制器接收车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd信号，输出制动防抱死轮缸压力到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU通过电流信号控制制动轮缸出液电磁阀打开、保持或关闭操作，实现制动防抱死功能。本发明提供了一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法，提高汽车制动防抱死控制精度和稳定性。

Description

基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车制动防抱死系统(ABS)控制技术领域，尤其是涉及一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法。
背景技术
现代汽车行驶速度不断加快，对汽车制动性能提出了越来越高的要求。汽车制动防抱死系统作为汽车上的一种主动安全装置，在汽车制动时避免车轮抱死拖滑，可进一步增强汽车制动时的转向能力以及方向稳定性并缩短制动距离，有效提高汽车制动效能。ABS控制从本质上分为两类：一种是基于车轮加减速度和参考滑移率的门限值控制方式；一种是基于车轮滑移率的控制方式。第一种由于门限值的控制，制动过程中车轮滑移率在最佳滑移率附近波动，并且控制方式简单，不需要测量车速，所以广泛应用在汽车上，但其调试较为困难，各车型不能通用，制动过程轮速波动较大。以滑移率为控制目标的ABS控制方法以连续量为控制形式，使制动过程中保持最佳的和稳定的滑移率，且车轮在制动过程中速度波动较小，因此以滑移率为目标的ABS控制是汽车ABS的发展趋势。现代控制理论中广泛应用于ABS中的有较为传统的控制如PID控制、最优控制，滑模控制等，智能控制理论中包括神经网络、模糊控制、遗传算法等智能控制算法，其中模糊控制发展较为成熟且不依赖于对象的数学模型，应用于ABS具有较为理想的控制效果，在所有路面上都能确保车轮旋转恢复到稳定区域，有较强的鲁棒性和自适应性。专利号201810820460.7提出一种一型模糊控制的防抱死制动控制方法，基本将滑移率控制在理想滑移率附近，但是其设定的滑移率为定值，且隶属度函数为传统三角形隶属函数，针对不同路面最佳滑移率不同的问题，传统一型模糊逻辑控制算法处理不确定信息的能力较弱，抗干扰能力较差，因此在利用传统一型模糊集合针对不同路面时进行ABS控制存在一定局限性。
传统一型模糊逻辑控制中，其隶属函数的形状及论域中各点所对应的隶属度大小是确定的，在处理多重不确定信息的能力方面较弱，二型模糊集合在传统集合的基础上进行了扩维处理，使一个单一的模糊变量由两个不同层次的隶属函数来描述，其中区间二型模糊集合既具有二型模糊集合描述不确定性问题的优势，同时又避免了二型模糊集合运算量过大的问题。
不同路面的最佳滑移率有一定差异，而且车轮在不同路面处于相同滑移率时，与理想滑移率的差值针对不同的制动系统和制动工况在模糊逻辑中有着不同的隶属度，提高了ABS模糊控制中不确定度，并且驾驶员针对不同的驾驶速度的行驶工况所采取的制动操作造成的制动系统状态多变如主缸压力的大小也加大了ABS控制的不确定性，因此在ABS控制中采用区间二型模糊逻辑控制有着重要意义。
发明内容
为了克服现有的一型模糊逻辑ABS控制在不同驾驶工况适应性较差的技术问题，本发明提供了一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统及方法，提高汽车制动防抱死控制精度和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统，包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元、区间二型模糊逻辑ABS控制器、电子控制单元ECU、电子液压制动系统EHB、四个车轮的制动轮缸和四个车轮的制动盘，所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元和电子控制单元ECU连接，所述车轮滑移率计算单元分别与路面最佳滑移率识别单元和区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述路面最佳滑移率识别单元与区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述区间二型模糊逻辑ABS控制器与电子控制单元ECU连接，所述电子控制单元ECU与电子液压制动系统EHB连接；每个车轮的制动轮缸分别通过进液电磁阀与电子液压制动系统EHB连接，并且每个车轮的制动轮缸分别通过出液电磁阀与电子控制单元ECU连接，每个车轮的制动轮缸还通过制动钳与相应的制动盘连接；
所述传感器单元包括用于测量制动踏板位移的制动踏板位移传感器、用于测量车轮转速的轮速传感器、用于测量汽车速度的车速传感器和用于测量制动轮缸压力的制动轮缸压力传感器；
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器包括模糊器单元、推理机单元、规则库单元、降型器单元和解模糊单元，所述车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元均与模糊器单元连接，模糊器单元与推理机单元连接，所述规则库单元也与推理机单元连接，所述推理机单元与降型器单元连接，所述降型器单元与解模糊单元连接，所述解模糊单元与电子控制单元ECU连接；
传感器单元将采集到的数据输入电子控制单元ECU，电子控制单元ECU确定驾驶员所需制动力矩Tb，输出电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立制动主缸压力P和控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)；传感器单元将车轮轮速ωri(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元，将制动轮缸压力pi输入到电子控制单元ECU，车轮滑移率计算单元输出此时此刻的车轮实际滑移率λi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)到路面最佳滑移率识别单元，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd，区间二型模糊逻辑ABS控制器接收车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd信号，输出制动防抱死轮缸压力pbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU通过电流信号控制制动轮缸出液电磁阀打开、保持或关闭操作，实现制动防抱死功能。
一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制方法，包括以下步骤：
传感器单元采集制动踏板位移信号d，并输入到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU计算得到驾驶员所需制动力矩Tb，并发送电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立主缸压力P，发送电信号控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)；同时电子控制单元ECU根据车速信号v、踏板位移信号d及其变化率
Figure BDA0003134022640000041
判断是否是紧急制动工况，若是紧急制动工况，则传感器单元输出车速信号v和轮速信号ωri(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)到车轮滑移率计算单元，车轮滑移率计算单元计算出每个车轮的车轮实际滑移率λi并将结果输入到路面最佳滑移率识别单元，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd，车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出车轮实际滑移率λi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)和路面最佳滑移率λd到区间二型模糊逻辑ABS控制器，区间二型模糊逻辑ABS控制器经过输入量模糊化、模糊推理、模糊降型、解模糊化四个步骤得到制动防抱死轮缸压力pbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，并将结果发送到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据制动轮缸压力pi和制动防抱死轮缸压力pbi的差值调整制动轮缸出液电磁阀电流大小，其中
Figure BDA0003134022640000051
直至汽车减速停止；
若不是紧急制动工况，则保持制动轮缸压力pi不变直至汽车减速停止。
进一步，所述区间二型模糊逻辑ABS控制器的设计过程包括以下步骤：
1)确定模糊控制器类型
采用Mamdani型二型模糊逻辑控制器；
2)确定输入变量和输出变量及其基本论域、模糊集数和隶属度函数
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器的输入为车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd及其变化率
Figure BDA0003134022640000052
输出为制动防抱死轮缸压力pbi；模糊控制器中s的论域为[-0.2,0.2]，量化因子为kei(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，其中ke1＝50，ke2＝50，ke3＝10，ke4＝10；
Figure BDA0003134022640000053
的论域为[-0.2,0.2]，量化因子为keci(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，其中kec1＝50，kec2＝50，kec3＝10，kec4＝10；制动防抱死轮缸压力pbi的论域为[-10,10]，比例因子为1；
s的模糊集为
Figure BDA0003134022640000054
NM，NS，ZE，PS，PM，PB},其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小,PM代表正中，PB代表正大；
Figure BDA0003134022640000055
的模糊集为
Figure BDA0003134022640000056
NM，NS，ZE，PS，PM，PB},其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小，PM代表正中,PB代表正大；单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集为
Figure BDA0003134022640000057
Figure BDA0003134022640000058
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小，PM代表正中,PB代表正大；
输入输出变量的隶属度函数均采用高斯型隶属度函数；
3)确定模糊控制规则
当车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为负值时且绝对值较大时，需要增大制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力增大，从而使车轮滑移率增大接近路面最佳滑移率；车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为正值时且绝对值较大时，需要减小制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力减小，从而使车轮滑移率减小接近路面最佳滑移率；采用规则为：如果车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s的模糊集是
Figure BDA0003134022640000061
并且车轮实际滑移率与路面最佳滑移率的差值变化率
Figure BDA0003134022640000062
的模糊集是
Figure BDA0003134022640000063
那么单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集是
Figure BDA0003134022640000064
4)模糊降型
对模糊推理的二型模糊集合输出进行降型，降型方法采用Karnic-Mendel(KM)算法；
5)解模糊
对模糊降型的得到的输出[pbl,pbr]采用均值法进行解模糊化得到单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb,其中pbl表示区间二型模糊集合输出左端点，pbr表示区间二型模糊集合输出右端点。
本发明的有益效果主要表现在：
1)本发明针对汽车制动中的复杂的、动态的车轮防抱死制动过程，以及其非线性、时变性以及参数不确定性等特点，采用基于区间二型模糊逻辑控制方法，提高汽车制动防抱死控制精度高和稳定性；
2)采用基于区间二型模糊逻辑使车轮跟踪路面最佳滑移率的控制方法，充分利用和体现模糊逻辑控制中的规则性和精确性，使制动过程在不同的路面和驾驶员不同的制动操作能时刻满足环境的变化实现较好的控制，并且采用闭环控制能提高控制过程的实时性。
附图说明
图1为基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统原理框图。
图2为基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统工作流程图。
图3为区间二型模糊逻辑ABS控制器单元原理框图。
图4为高附路面下一型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图5为高附路面下一型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图6为高附路面下区间二型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图7为高附路面下区间二型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图8为低附路面下一型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图9为低附路面下一型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图10为低附路面下区间二型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图11为低附路面下区间二型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图12为变附路面下一型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图13为变附路面下一型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图14为变附路面下区间二型模糊逻辑前轮制动防抱死滑移率控制效果图。
图15为变附路面下区间二型模糊逻辑后轮制动防抱死滑移率控制效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图15，一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统，其特征在于：包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元、区间二型模糊逻辑ABS控制器、电子控制单元ECU、电子液压制动系统EHB、四个车轮的制动轮缸和四个车轮的制动盘，所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元和电子控制单元ECU连接，所述车轮滑移率计算单元分别与路面最佳滑移率识别单元和区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述路面最佳滑移率识别单元与区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述区间二型模糊逻辑ABS控制器与电子控制单元ECU连接，所述电子控制单元ECU与电子液压制动系统EHB连接；每个车轮的制动轮缸分别通过进液电磁阀与电子液压制动系统EHB连接，并且每个车轮的制动轮缸分别通过出液电磁阀与电子控制单元ECU连接，每个车轮的制动轮缸还通过制动钳与相应的制动盘连接。
如图1所示，电子液压制动系统EHB分别通过进液电磁阀与四个车轮的制动轮缸连接，电子控制单元ECU分别通过出液电磁阀与四个车轮的制动轮缸连接，从而控制制动轮缸的进出液。
所述传感器单元1包括制动踏板位移传感器用于测量制动踏板位移d，轮速传感器用于测量车轮转速ωri(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，车速传感器用于测量汽车速度v，制动轮缸压力传感器用于测量制动轮缸压力pi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)。
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器包括模糊器单元、推理机单元、规则库单元、降型器单元和解模糊单元，所述车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元均与模糊器单元连接，模糊器单元与推理机单元连接，所述规则库单元也与推理机单元连接，所述推理机单元与降型器单元连接，所述降型器单元与解模糊单元连接，所述解模糊单元与电子控制单元ECU连接；
传感器单元将采集到的数据输入电子控制单元ECU，电子控制单元ECU确定驾驶员所需制动力矩Tb，输出电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立制动主缸压力P和控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)。传感器单元将车轮轮速ωri、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元，将制动轮缸压力pi输入到电子控制单元ECU。车轮滑移率计算单元输出此时此刻的车轮实际滑移率λi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)到路面最佳滑移率识别单元，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd。区间二型模糊逻辑ABS控制器接收车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd信号，输出制动防抱死轮缸压力pbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU通过电流信号控制制动轮缸出液电磁阀打开、保持或关闭操作，实现制动防抱死功能。
所述基于区间二型模糊逻辑制动防抱死控制系统工作流程如图2所示。传感器单元采集制动踏板位移信号d，并输入到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU计算得到驾驶员所需制动力矩Tb，并发送电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立主缸压力P，发送电信号控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)。)同时电子控制单元ECU根据车速信号v、踏板位移信号d及其变化率
Figure BDA0003134022640000091
判断是否是紧急制动工况，若是紧急制动工况，则传感器单元输出车速信号v和轮速信号ωri到车轮滑移率计算单元，车轮滑移率计算单元计算出每个车轮的车轮实际滑移率λi并将结果输入到路面最佳滑移率识别单元，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd，车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd到区间二型模糊逻辑ABS控制器，区间二型模糊逻辑ABS控制器经过输入量模糊化、模糊推理、模糊降型、解模糊化四个步骤得到制动防抱死轮缸压力pbi(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，并将结果发送到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据制动轮缸压力pi和制动防抱死轮缸压力pbi的差值调整制动轮缸出液电磁阀电流大小，其中
Figure BDA0003134022640000101
直至汽车减速停止。
若不是紧急制动工况，则保持制动轮缸压力pi不变直至汽车减速停止。
区间二型模糊逻辑ABS控制器的输入为车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd及其变化率
Figure BDA0003134022640000102
输出为制动防抱死轮缸压力pbi。
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器设计过程为：
1)确定模糊控制器类型
采用Mamdani型二型模糊逻辑控制器。
2)确定输入变量和输出变量及其基本论域、模糊集数和隶属度函数
区间二型模糊逻辑ABS控制器的输入为车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd及其变化率
Figure BDA0003134022640000103
输出变量为制动防抱死轮缸压力pbi。模糊控制器中s的论域为[-0.2,0.2],量化因子为kei(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，其中ke1＝50，ke2＝50，ke3＝10，ke4＝10；
Figure BDA0003134022640000104
的论域为[-0.2,0.2]，量化因子为keci(i＝1，2，3，4；其中1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮)，其中kec1＝50，kec2＝50，kec3＝10，kec4＝10；制动防抱死轮缸压力pbi的论域为[-10,10]，比例因子为1。
s的模糊集为
Figure BDA0003134022640000105
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大。隶属度函数采用高斯型隶属度函数(gaussmf)，高斯型隶属度函数表达式为
Figure BDA0003134022640000111
其中，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度。
其中二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000112
u表示次变量，Js表示主隶属度，其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000113
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000114
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000115
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000116
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000117
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000118
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000119
二型模糊集合
Figure BDA00031340226400001110
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000121
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000122
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000123
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000124
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000125
Figure BDA0003134022640000126
的模糊集为
Figure BDA0003134022640000127
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小，PM代表正中,PB代表正大。隶属函数采用高斯型隶属度函数(gaussmf)。
其中二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000128
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000129
二型模糊集合
Figure BDA00031340226400001210
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA00031340226400001211
二型模糊集合
Figure BDA00031340226400001212
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000131
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000132
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000133
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000134
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000135
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000136
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000137
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000138
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000139
单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集为
Figure BDA00031340226400001310
Figure BDA00031340226400001311
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小,PM代表正中,PB代表正大。隶属函数采用高斯型隶属度函数(gaussmf)。
其中二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000141
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000142
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000143
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000144
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000145
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000146
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000147
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000148
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000149
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA00031340226400001410
二型模糊集合
Figure BDA00031340226400001411
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000151
二型模糊集合
Figure BDA0003134022640000152
其上、下隶属度函数分别为：
Figure BDA0003134022640000153
3)确定模糊控制规则
制动防抱死控制的目的是将车轮实际滑移率控制在路面最佳滑移率，因此当车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为负值时且绝对值较大时，需要增大制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力增大，从而使车轮滑移率增大接近路面最佳滑移率；车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为正值时且绝对值较大时，需要减小制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力减小，从而使车轮滑移率减小接近路面最佳滑移率。因此采用规则为：如果车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s的模糊集是
Figure BDA0003134022640000154
并且车轮实际滑移率与路面最佳滑移率的差值变化率
Figure BDA0003134022640000155
的模糊集是
Figure BDA0003134022640000156
那么单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集是
Figure BDA0003134022640000157
并设计表1模糊控制规则表，共49条规则。
表1模糊控制规则表
Figure BDA0003134022640000158
Figure BDA0003134022640000161
对于给定输入s,
Figure BDA0003134022640000162
模糊推理过程如下：
先分别计算滑移率误差s及其变化率
Figure BDA0003134022640000163
在各自的所有区间二型模糊集合上的隶属度区间
Figure BDA0003134022640000164
再融合规则前件，针对每一条规则n(n＝1,2…,49)，求出每条规则对应的激活度区间ωLn，ωUn；
Figure BDA0003134022640000165
式中ωLn表示激活度区间下界，ωUn表示激活度区间上界。上式使用了最小值t-norm。最后融合规则后件，计算每条规则的
Figure BDA0003134022640000166
得到一个区间二型模糊集合的输出。
4)模糊降型
对模糊推理的二型模糊集合输出进行降型，降型方法采用Karnic-Mendel(KM)算法。模糊推理结果可表示为
Ycos(x′)＝[pbl,pbr] (24)
Figure BDA0003134022640000167
式中，pbl表示区间二型模糊集合输出左端点，pbr表示区间二型模糊集合输出右端点，a，b分别为为区间二型模糊输出区间在模糊集合论域的上界和下界，L为左转换点，R为右转换点。
5)解模糊
解模糊法采用均值法，解模糊计算公式如下：
Figure BDA0003134022640000171
图4、5是选取初始车速108km/h，路面附着系数为0.8的高附路面下采取紧急制动的一型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图；
图6、7是选取初始车速108km/h，路面附着系数为0.8的高附路面下采取紧急制动的区间二型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图；
从图4、5、6、7中可得出在高附着系数路面的制动防抱死过程中，基于区间二型模糊逻辑制动防抱死的滑移率控制较一型模糊逻辑控制有更好的控制效果，区间二型模糊逻辑防抱死控制过程中滑移率控制曲线更加平稳，波动远小于一型模糊逻辑控制，因此在制动防抱死过程中滑移率控制精度更高，稳定性更好，安全性更高。
图8、9是选取初始车速108km/h，路面附着系数为0.3的低附路面下采取紧急制动的一型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图；
图10、11是选取初始车速108km/h，路面附着系数为0.3的低附路面下采取紧急制动的区间二型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图；
从图8、9、10、11中可得出在低附着系数路面下的制动防抱死过程中，基于区间二型模糊逻辑的制动防抱死滑移率控制优势体现在后轮滑移率控制，其中基于区间二型模糊逻辑的制动防抱死过程中后轮滑移率控制曲线较一型模糊逻辑制动防抱死控制更加平稳，无较大波动，具有更好的制动防抱死能力和后轴防侧滑能力。
图12、13是选取初始车速108km/h，路面附着系数为在制动减速2秒时从0.8突变到0.3的变附路面下采取紧急制动的一型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图；
图14、15是选取初始车速108km/h，路面附着系数为在制动减速2秒时从0.8突变到0.3的变附路面下采取紧急制动的区间二型模糊逻辑制动防抱死控制前后车轮滑移率控制效果图。
从图12、13、14、15中可得出在变附着系数路面下的制动防抱死过程中，基于区间二型模糊逻辑的制动防抱死较一型模糊逻辑制动防抱死有更好的抵抗扰动的能力，其中区间二型模糊逻辑制动防抱死过程中，在路面滑移率从高附着系数路面突变到低附着系数路面的情况下，前路滑移率控制曲线在高附路面较为平稳，且后轮滑移率控制在突变后仍然保持良好的控制效果，曲线更加平稳，无较大波动，充分保证制动防抱死的效果和制动安全性，体现基于区间二型模糊逻辑制动防抱死控制抵抗外界干扰的能力优于一型模糊逻辑制动防抱死控制。

Claims (3)

1.一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统，其特征在于：包括传感器单元、车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元、区间二型模糊逻辑ABS控制器、电子控制单元ECU、电子液压制动系统EHB、四个车轮的制动轮缸和四个车轮的制动盘，所述传感器单元分别与车轮滑移率计算单元和电子控制单元ECU连接，所述车轮滑移率计算单元分别与路面最佳滑移率识别单元和区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述路面最佳滑移率识别单元与区间二型模糊逻辑ABS控制器连接，所述区间二型模糊逻辑ABS控制器与电子控制单元ECU连接，所述电子控制单元ECU与电子液压制动系统EHB连接；每个车轮的制动轮缸分别通过进液电磁阀与电子液压制动系统EHB连接，并且每个车轮的制动轮缸分别通过出液电磁阀与电子控制单元ECU连接，每个车轮的制动轮缸还通过制动钳与相应的制动盘连接；
所述传感器单元包括用于测量制动踏板位移的制动踏板位移传感器、用于测量车轮转速的轮速传感器、用于测量汽车速度的车速传感器和用于测量制动轮缸压力的制动轮缸压力传感器；
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器包括模糊器单元、推理机单元、规则库单元、降型器单元和解模糊单元，所述车轮滑移率计算单元、路面最佳滑移率识别单元均与模糊器单元连接，模糊器单元与推理机单元连接，所述规则库单元也与推理机单元连接，所述推理机单元与降型器单元连接，所述降型器单元与解模糊单元连接，所述解模糊单元与电子控制单元ECU连接；
传感器单元将采集到的数据输入电子控制单元ECU，电子控制单元ECU确定驾驶员所需制动力矩Tb，输出电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立制动主缸压力P和控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮；传感器单元将车轮轮速ωri、汽车速度v输入到车轮滑移率计算单元，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮；将制动轮缸压力pi输入到电子控制单元ECU，车轮滑移率计算单元输出此时此刻的车轮实际滑移率λi到路面最佳滑移率识别单元，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd，区间二型模糊逻辑ABS控制器接收车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd信号，输出制动防抱死轮缸压力pbi到电子控制单元ECU，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮；电子控制单元ECU通过电流信号控制制动轮缸出液电磁阀打开、保持或关闭操作，实现制动防抱死功能。
2.一种如权利要求1所述的基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
传感器单元采集制动踏板位移信号d，并输入到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU计算得到驾驶员所需制动力矩Tb，并发送电信号控制电子液压制动系统EHB电机工作建立主缸压力P，发送电信号控制制动轮缸进液电磁阀打开，制动轮缸进液产生制动轮缸压力pi，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，制动钳挤压制动盘产生所需制动力矩Tb和各轮制动力Fbi，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮；同时电子控制单元ECU根据车速信号v、踏板位移信号d及其变化率
Figure FDA0003621480460000021
判断是否是紧急制动工况，若是紧急制动工况，则传感器单元输出车速信号v和轮速信号ωri到车轮滑移率计算单元，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，车轮滑移率计算单元计算出每个车轮的车轮实际滑移率λi并将结果输入到路面最佳滑移率识别单元，路面最佳滑移率识别单元输出当前路面最佳滑移率λd，车轮滑移率计算单元和路面最佳滑移率识别单元分别输出车轮实际滑移率λi和路面最佳滑移率λd到区间二型模糊逻辑ABS控制器，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，区间二型模糊逻辑ABS控制器经过输入量模糊化、模糊推理、模糊降型、解模糊化四个步骤得到制动防抱死轮缸压力pbi，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，并将结果发送到电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据制动轮缸压力pi和制动防抱死轮缸压力pbi的差值调整制动轮缸出液电磁阀电流大小，其中
Figure FDA0003621480460000031
直至汽车减速停止；
若不是紧急制动工况，则保持制动轮缸压力pi不变直至汽车减速停止。
3.如权利要求2所述一种基于区间二型模糊逻辑的汽车制动防抱死控制系统的控制方法，其特征在于：所述区间二型模糊逻辑ABS控制器的设计过程包括以下步骤：
1)确定模糊控制器类型
采用Mamdani型二型模糊逻辑控制器；
2)确定输入变量和输出变量及其基本论域、模糊集数和隶属度函数
所述区间二型模糊逻辑ABS控制器的输入为车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd及其变化率
Figure FDA0003621480460000032
输出为制动防抱死轮缸压力pbi；模糊控制器中s的论域为[-0.2,0.2]，量化因子为kei，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，其中ke1＝50，ke2＝50，ke3＝10，ke4＝10；
Figure FDA0003621480460000041
的论域为[-0.2,0.2]，量化因子为keci，其中i＝1，2，3，4；1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示右后轮，其中kec1＝50，kec2＝50，kec3＝10，kec4＝10；制动防抱死轮缸压力pbi的论域为[-10,10]，比例因子为1；
s的模糊集为
Figure FDA0003621480460000042
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小,PM代表正中，PB代表正大；
Figure FDA0003621480460000043
的模糊集为
Figure FDA0003621480460000044
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小，PM代表正中,PB代表正大；单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集为
Figure FDA0003621480460000045
Figure FDA0003621480460000046
其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表零，PS代表正小，PM代表正中,PB代表正大；
输入输出变量的隶属度函数均采用高斯型隶属度函数；
3)确定模糊控制规则
当车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为负值时且绝对值较大时，需要增大制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力增大，从而使车轮滑移率增大接近路面最佳滑移率；车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s＝λi-λd为正值时且绝对值较大时，需要减小制动防抱死轮缸压力pbi使车轮制动力矩增大导致路面制动力减小，从而使车轮滑移率减小接近路面最佳滑移率；采用规则为：如果车轮实际滑移率λi与路面最佳滑移率λd的差值s的模糊集是
Figure FDA0003621480460000047
并且车轮实际滑移率与路面最佳滑移率的差值变化率
Figure FDA0003621480460000048
的模糊集是
Figure FDA0003621480460000049
那么单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb的模糊集是
Figure FDA00036214804600000410
4)模糊降型
对模糊推理的二型模糊集合输出进行降型，降型方法采用Karnic-Mendel(KM)算法；
5)解模糊
对模糊降型的得到的输出[pbl,pbr]采用均值法进行解模糊化得到单个车轮的制动防抱死轮缸压力pb,其中pbl表示区间二型模糊集合输出左端点，pbr表示区间二型模糊集合输出右端点。
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