【正文】 輪胎模型 制動(dòng)器模型當(dāng)兩車(chē)輪處在對(duì)開(kāi)路面上時(shí)，普通輪間差速器由于平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使處在好路面上車(chē)輪的附著力不能充分發(fā)揮，從而導(dǎo)致?tīng)恳Σ蛔恪?．反模糊化模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊集合，它反映控制語(yǔ)言的不同取值的一種組合，而被控過(guò)程只能接收一個(gè)控制量，這就需要從輸出的模糊種類(lèi)判決出一個(gè)精確度控制量，也就是設(shè)計(jì)一個(gè)由模糊集合到普通集合的映射，這個(gè)映射稱(chēng)為判決，即去模糊化。圖34 模糊變量誤差E的隸屬度函數(shù)圖35 誤差變化EC的隸屬度函數(shù)圖36 控制量、的隸屬的度函數(shù)圖中，輸入量E的隸屬度函數(shù)采用靈敏度較高的三角形函數(shù)，變量等級(jí)是8級(jí)；輸入量EC和輸出量、的隸屬度函數(shù)也選用靈敏度較高的三角形函數(shù)，變量等級(jí)是7級(jí)。（3）取e、ec的論域?yàn)椋刂屏?、的論域?yàn)?，并通過(guò)量化與比例因子的轉(zhuǎn)換將e、ec、的變化范圍轉(zhuǎn)到各自的模糊論域上。其輸入量e、ec是人們所觀察到的受控對(duì)象對(duì)于某種物理量的偏差、偏差變化率的大小的模糊量。通常，不同的偏差e和偏差變化率ec，對(duì)PID控制參數(shù)、的整定要求不同：（1）當(dāng)e較大時(shí)，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，取較大的，但為了避免由于開(kāi)始時(shí)的偏差e的瞬時(shí)變大可能出現(xiàn)的微分飽和而使控制作用超出許可的范圍，應(yīng)取較小的；同時(shí)為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，要求取小值，一般取＝0。定義KP、KI和KD參數(shù)調(diào)整算式如下：式中、是PID控制器的參數(shù)，、是、的初始參數(shù)，它們通過(guò)常規(guī)方法得到。編制模糊控制算法的應(yīng)用程序并進(jìn)行調(diào)試等。誤差E的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集為（模糊矢量），再由和模糊控制規(guī)則（模糊算子）根據(jù)模糊決策，得到模糊控制量。它不需用精確的公式來(lái)表示傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程，而是利用具有模糊性的語(yǔ)言控制規(guī)則來(lái)描述控制過(guò)程。3．比例積分微分調(diào)節(jié)器：為了加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。積分調(diào)節(jié)具有累加成分，只要偏差e不為零，它將通過(guò)累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮，比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和微分調(diào)節(jié)器的作用如下：1．比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，比例調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)中，PID控制很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)，由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID控制算法可以得到修正和完善，從而使數(shù)字PID控制具有很大的實(shí)用性。第三章 ASR系統(tǒng)的控制算法研究，ASR系統(tǒng)的核心控制思想就是控制打滑車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率S，以便充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪的牽引力，同時(shí)又能保證車(chē)輛一定的側(cè)向穩(wěn)定，若以驅(qū)動(dòng)輪的實(shí)際滑轉(zhuǎn)率作為被控目標(biāo)變量，并使之趨近于0。車(chē)輪沿車(chē)輪坐標(biāo)系軸方向的縱向滑轉(zhuǎn)率： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪 車(chē)輪沿車(chē)輪坐標(biāo)系軸方向的側(cè)向滑轉(zhuǎn)率： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪輪胎與地面的聯(lián)合附著系數(shù)： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪輪胎與地面間沿軸、軸方向的縱向和側(cè)向附著系數(shù)分別為：令輪胎與地面接觸區(qū)的滾動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的臨界點(diǎn)為： 驅(qū)動(dòng)輪 非驅(qū)動(dòng)輪GIM理論輪胎模型中間變量：則輪胎與地面間沿軸縱向附著力： 上面兩式為驅(qū)動(dòng)輪，下式為非驅(qū)動(dòng)輪：輪胎與地面間沿軸側(cè)向附著力：制動(dòng)器模型用于計(jì)算汽車(chē)各個(gè)車(chē)輪在一定條件下所輸出的制動(dòng)力矩。所以：所以作用在驅(qū)動(dòng)輪上的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為：3．輪胎數(shù)學(xué)模型輪胎與地面之間的相互作用力與滑轉(zhuǎn)狀態(tài)、側(cè)偏角、垂直載荷、輪胎剛度以及地面種類(lèi)有關(guān)，輪胎模型則以數(shù)學(xué)函數(shù)描述了地面對(duì)輪胎的作用力。發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)輸出力矩，可以采用插值的方式來(lái)決定，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)求出Mi擬合方程，再由插值確定節(jié)氣門(mén)開(kāi)度所利用的方程，這樣就確定出最終的輸出力矩。由于這一函數(shù)關(guān)系很難建立準(zhǔn)確的物理模型，而且不同發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出數(shù)據(jù)關(guān)系相差較大。下邊分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模型和輪胎模型【9】。第二章 驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，很難準(zhǔn)確建立汽車(chē)驅(qū)動(dòng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，但可以通過(guò)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行機(jī)理辨識(shí)，受力分析，建立合理的近似數(shù)學(xué)模型，辨識(shí)系統(tǒng)的特性。（2）研究ASR系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)控制控制調(diào)節(jié)方式，建立驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)控制系統(tǒng)的Simulink數(shù)學(xué)模型。由于ASR系統(tǒng)對(duì)于汽車(chē)行駛性能方面有著顯著的作用，因此，國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)都對(duì)這一系統(tǒng)的控制問(wèn)題展開(kāi)了研究。1974年， Mary學(xué)院首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的模糊控制實(shí)驗(yàn)，宣告了模糊控制的問(wèn)世。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學(xué)，實(shí)現(xiàn)手段是計(jì)算機(jī)。其最大優(yōu)點(diǎn)是不需了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果?？紤]到舒適性，制動(dòng)力矩變化率不宜過(guò)大。制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)的主要功能是部分控制差速器作用。而它的響應(yīng)較慢，而且只能同時(shí)對(duì)所有驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要用于提高汽車(chē)行駛方向的穩(wěn)定性，對(duì)加速或爬坡中提高牽引力效果不大。如何將驅(qū)動(dòng)輪在弱附著系數(shù)路面上滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍內(nèi)，以保證汽車(chē)的起步加速性及行駛穩(wěn)定性，從控制手段上看，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制主要有三種控制方式。有專(zhuān)家認(rèn)為在一定的范圍內(nèi)ASR等裝置有取替4輪驅(qū)動(dòng)的可能。當(dāng)汽車(chē)行駛在對(duì)開(kāi)路面時(shí)，兩驅(qū)動(dòng)輪的附著系數(shù)不同，有時(shí)甚至相差過(guò)大。另一方面驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)會(huì)破壞汽車(chē)行使時(shí)的方向穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)與制動(dòng)防抱死的機(jī)理類(lèi)似，危害也類(lèi)似。同時(shí)考慮到輪胎與路面之間的側(cè)向附著系數(shù)隨縱向滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系（圖11中虛線所示），隨縱向滑轉(zhuǎn)率的增大，側(cè)向附著系數(shù)急劇減小，所以從側(cè)向穩(wěn)定性上考慮，車(chē)輪縱向滑轉(zhuǎn)率越小越好。由圖可知，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率從0開(kāi)始增加時(shí)，縱向附著系數(shù)也隨之增大，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到S0時(shí)，附著系數(shù)達(dá)到最大值μh（稱(chēng)為峰值附著系數(shù)）。ASR系統(tǒng)就是通過(guò)防止驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)，在車(chē)輛起動(dòng)和加速時(shí)，根據(jù)路面和輪速情況控制驅(qū)動(dòng)輪的附著能力，而提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性。 ASR基本原理車(chē)輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與附著力有重要關(guān)系，特別是在弱附著路面上更為明顯。目前，我國(guó)科研人員主要針對(duì)ASR控制系統(tǒng)的控制策略和控制算法、邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。由于牽引力控制系統(tǒng)能提高汽車(chē)的動(dòng)力性、主動(dòng)安全性，因而也受到了軍隊(duì)的重視。1985年由瑞典VOLVO汽車(chē)公司試制生產(chǎn)的汽車(chē)電子驅(qū)動(dòng)防滑裝置安裝在Volvo760 Turbo汽車(chē)上，該系統(tǒng)被稱(chēng)為ETC（電子牽引力控制），是通過(guò)調(diào)節(jié)燃油供給量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，從而控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率，產(chǎn)生最佳驅(qū)動(dòng)力的。 ASR的發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自二十世紀(jì)七十年代起，車(chē)輪滑轉(zhuǎn)問(wèn)題開(kāi)始引起人們的重視，驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)因此得到迅速發(fā)展。汽車(chē)ASR系統(tǒng)是伴隨著汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)產(chǎn)品化而發(fā)展起來(lái)的，實(shí)質(zhì)上它是ABS基本思想在驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展和推廣。目前，ASR已經(jīng)成為汽車(chē)向電子化發(fā)展的一個(gè)重要方面【1】、【2】。 fuzzy PID。4．根據(jù)所建立的控制算法，進(jìn)行了參數(shù)選擇，并在MATALB/SIMULINK環(huán)境下，、并且在驗(yàn)證算法適應(yīng)性的時(shí)候采用了路面附著系數(shù)改變的狀況進(jìn)行仿真。本文主要分為以下四個(gè)部分：1．介紹ASR的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，工作原理以及目前常用的控制方式和控制算法。探討了基于PID控制和模糊PID控制這兩種控制理論的ASR控制算法，使用MATALB/SIMULINK工具箱對(duì)這兩種控制算法進(jìn)行了仿真分析。本文建立了包括動(dòng)力傳動(dòng)系模型和整車(chē)模型的車(chē)輛系統(tǒng)Simulink模型. 3. 從理論上探討了PID和模糊PID兩種控制理論下的ASR控制算法，并設(shè)計(jì)了它們?cè)趯?duì)開(kāi)路面條件下的Simulink模型。 PID。隨著制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR)也逐步被投入使用。ASR的應(yīng)用對(duì)于驅(qū)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)起到了很好的抑制效果?；蛘哒f(shuō)，ABS是減壓防滑移的過(guò)程，ASR是加壓防滑轉(zhuǎn)的過(guò)程【1】、【2】。1981年，日本又注冊(cè)了一種以調(diào)節(jié)離合器接合程度來(lái)限制汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制專(zhuān)利。國(guó)外的一些高級(jí)轎車(chē)如：寶馬、凌志、皇冠、克爾維特、卡迪拉克等已將牽引力控制系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)或選裝裝備，其中包括一些性能優(yōu)良的牽引力控制系統(tǒng)，如：BOSCH ABS/ASR 2U，裝備于卡迪拉克多種型號(hào)的轎車(chē)上；寶馬ABS/ASC+T，裝備于BMW 850i轎車(chē)上；豐田ABS/TRAC，裝備于LEXUS300、LEXUS 400轎車(chē)上；TEVES MK IV，裝備于福特、別克、卡迪拉克、克萊斯勒等多種型號(hào)的汽車(chē)上。一些科研單位如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、濟(jì)南重汽技術(shù)中心等對(duì)ASR技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行跟蹤、研究并取得了階段性進(jìn)展。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)自主研發(fā)的ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品【2】。前輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)可能使汽車(chē)喪失轉(zhuǎn)向能力，而后輪發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)則會(huì)使汽車(chē)發(fā)生側(cè)滑而喪失方向穩(wěn)定性。圖11是典型路面上附著系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系圖。所以從牽引性上考慮，驅(qū)動(dòng)輪的縱向滑轉(zhuǎn)率最好在S0處。驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR通過(guò)監(jiān)測(cè)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪打滑情況調(diào)節(jié)減小控制施加到其上的驅(qū)動(dòng)力矩，從而將驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍之內(nèi)，在得到良好的縱向附著系數(shù)的同時(shí)也得到較大的側(cè)向附著系數(shù)，保證車(chē)輛在任何路面上都能獲得最佳的牽引通過(guò)性和行駛穩(wěn)定性【4】、【5】。車(chē)輪完全滑轉(zhuǎn)時(shí)的附著系數(shù)小于峰值附著系數(shù)，尤其在比較光滑的路面上，相差比較大，因此驅(qū)動(dòng)輪會(huì)影響汽車(chē)在冰雪路面上的起步或加速能力。因此汽車(chē)后輪滑轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定工況，危害很大。 ASR的作用ASR在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)加速時(shí)發(fā)揮作用，以獲得盡可能高的加速度，使驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力不超過(guò)輪胎與地面的附著力，以防止車(chē)輪滑轉(zhuǎn)，從而改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性及加速性能，提高汽車(chē)的行駛平順性。另外，裝備有驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的汽車(chē)在對(duì)開(kāi)路