文档介绍：商用车气制动 ABS 鲁棒控制方法研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:张炳超
指导教师:邓兆祥教授
专业:动力机械及工程
学科门类:工学

重庆大学机械工程学院
二 O 一一年五月
A Study of Robust Control Method for
Pneumatic Brake ABS mercial
Vehicles

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Zhang Bingchao

Supervised by Prof. Deng Zhaoxiang
Major:Power machinery and engineering

College of Mechanical Engineering
Chongqing University
May. 2011
中文摘要

摘要

防抱死系统(ABS)作为汽车的主动安全性重要车载设备,保证了汽车的良
好制动性、可操控性和方向稳定性,已成为商用车的强制性配置。但是气压制动
系统的动态特性以及轮胎的强非线性和时变性等因素,给 ABS 的控制带来了困难。
因此积极发展商用车气制动 ABS 鲁棒控制方法有着重大的现实意义。
在分析制动过程中整车受力的基础上,根据力学原理,建立了适合控制系统
分析与设计的单轮车辆模型,作为研究商用车气制动 ABS 鲁棒控制方法的基础,
然后在其基础上建立了四轮车辆模型;通过对比分析常用的轮胎模型,选择了适
合商用车动态模拟的“魔术公式”轮胎模型;针对气动系统理论建模的弊端,采用实
验辨识的方法建立了气压制动系统模型。
通过对基于滑移率的商用车 ABS 控制方法进行研究,提出了一种鲁棒性较好
的非线性连续预测控制方法,设计了基于滑移率的 ABS 非线性预测控制器。利用
泰勒级数展开对系统状态进行适当的截尾处理,获得了系统预测模型,并将 ABS
路面识别算法引入参考轨迹设计了多路面下参考轨迹模型,当路况发生变化时,
参考轨迹也发生相应的变化,而且在系统中还引入了滑移率积分反馈,采用改进
的二次型预测控制律,以增强系统的鲁棒性。仿真结果表明,当 ABS 存在建模误
差、负载变化和路面突变时,该非线性预测控制器仍能够获得良好的动态响应和
鲁棒性,控制效果要明显由于逻辑门限控制。
从 ABS 的工作原理和控制目标出发,研究了理想状态下的制动规律,分析了
电磁阀的动态特性,针对电磁阀的动态特性以及制动过程中出现的路面突变等非
线性问题,提出了一种实用性较强、且鲁棒性较好的自调整控制算法:只需测量
轮速,无需车速估计模块,避免了车速估计带来的误差;而且针对电磁阀在制动
过程中的非线性特性,设置了补偿环节;能够自动寻找最佳滑移率点,对负载变
化有很好的适应性和鲁棒性;考虑了轮胎的非线性特性,其路面辨识环节能够克
服路面变化的影响。
通过以上两种算法跟逻辑门限控制的对比,基于成本低、实用性强的自调整
控制和常用的逻辑门限控制,设计了单轮商用车 ABS 硬件在环仿真平台,选择干
沥青高附着系数路面和冰雪低附着系数路面两种典型工况,进行了 ABS 半实物仿
真,并与 Matlab/Simulink 环境下的离线仿真进行对比。结果表明,建立的单轮汽
车模型比较准确,能够反映车辆的运行工况;在只考虑电磁阀的动态特性的情况
下,自调整控制比逻辑门限控制有更好的适应性和鲁棒性,门限设置更加方便。
最后为了进一步验证自调整控制算法的实用性和鲁棒性,设计了 ABS 的整车
I
重庆大学硕士学位论文
布置形式,将自调整控制器应用到整车四轮车辆制动模型上,进行了自调整控制、
逻辑门限控制 ABS 在不同制动工况下的整车仿真对比分析。研究表明,在整车 ABS
控制中,自调整控制器能够获得良好的制动性和操纵稳定性,同逻辑门限控制器
相比,有较好的适应性和鲁棒性。

关键词:商用车,防抱死控制系统,鲁棒性,预测控制,自调整控制

II
英文摘要

ABSTRACT

Anti-lock brake system (ABS) as active safety carborne equipments of autom