1、現(xiàn)代控制理論在汽車防抱死系統(tǒng)中的應(yīng)用近十年來，由于修訂機的發(fā)展和高質(zhì)量控制的需求，現(xiàn)代控制理論得到了很大的發(fā)展。 不僅在宇宙飛行、航空、航海等領(lǐng)域，在各工業(yè)部門和汽車行業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)代控制理論已成為現(xiàn)代汽車修訂不可缺少的方法。 汽車防抱死制動系統(tǒng)是典型的最佳控制系統(tǒng)設(shè)置修正問題，本文重點討論了其狀態(tài)變量的選擇、狀態(tài)方程的建立和性能指標的確定等與實際系統(tǒng)相關(guān)的問題，對于最佳控制規(guī)則的修正運算和系統(tǒng)的設(shè)置修正，直接引用現(xiàn)代控制理論的龐特里金極小值原理進行了公布1 .汽車防抱死制動系統(tǒng)的原理汽車防抱死制動系統(tǒng)(簡稱ab ) s實質(zhì)上是一種制動器自動調(diào)整裝置。 該裝置使汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生

2、了質(zhì)的變化，充分發(fā)揮了制動器的制動性能，不僅提高了制動減速度，縮短了制動距離，還有效地提高了汽車制動時的方向穩(wěn)定性，大幅度改善了汽車的行駛安全性。 汽車在制動過程中，在車輪鎖死之前，路面制動力總是與制動制動力相等，此時制動制動力全部變換為路面制動力，車輪鎖死后的制動力與路面附著力相等，不會隨著制動制動力的增大而增大。 路面的附著力是F=Z式中Z-路面對輪胎的法向反作用力-附著系數(shù)理論和試驗研究表明，附著系數(shù)和輪胎滑動率s的變化關(guān)系可以用圖1所示的曲線表示。 由圖可知，s為20%左右時，輪胎縱向的附著系數(shù)達到最大值，純滾動時橫向的附著系數(shù)最大，另一方面，車輪鎖定時，側(cè)方附著系數(shù)迅速降低到零，縱向

3、附著系數(shù)也降低。 因此，如果車輪在汽車制動時完全鎖定，則不僅縱向附著力降低而無法得到最佳的制動性能，而且抵抗轉(zhuǎn)向和橫向力的作用消失，制動時的方向穩(wěn)定ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器和壓力調(diào)節(jié)閥等三部分組成(圖2 )，各部分的作用原理如下：(1)輸出電壓脈沖，向控制器發(fā)送而成為車輪角減速度信息的車輪速度傳感器(2)根據(jù)從控制器發(fā)送來的信息控制電閥的動作，調(diào)節(jié)制動力的強弱，使車輪的打滑率接近最大值的自動壓力調(diào)整器(3)電子控制器實質(zhì)上是微型計算機，工作時不斷地從傳感器跟蹤車輪速度信息，通過修正計算和比較檢查異常的車輪速度條件，在此基礎(chǔ)上做出電磁閥操作所需的決定，調(diào)節(jié)制動壓力阻止制動器的鎖定，解除

4、控制2 .汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法當前，ABS系統(tǒng)多采用以下三種控制方式：邏輯門限值控制(或稱為2比特控制)、最佳控制和滑動結(jié)構(gòu)控制。2.1邏輯門限制值控制方式這是一種通用的控制方法，采用加減速度閾值控制，不管特定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如何，都添加一些輔助閾值。 這是控制系統(tǒng)非線性控制的有效控制方法。 但是，系統(tǒng)的控制邏輯復(fù)雜且波動大。 在建立ABS自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，比較量的選擇極為重要，是根據(jù)哪個殘奧儀表將車輪打滑率控制在20%左右。 以滑移率為直接比較量的ABS系統(tǒng)是一種時變調(diào)節(jié)系統(tǒng)，處理難度大，不適合工程應(yīng)用。 一般多采用以車輪的角速度為比較競爭的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，有時將滑移率作為比較量

5、來輔助共同控制。 車輪的角速度變化(角加速度或角減速度)對制動扭矩附著系數(shù)和打滑率的變化有很強的敏感性。 實驗表明，在制動過程中，車輪的鎖定始終出現(xiàn)在相當大的do/dt時刻，因此，預(yù)先選擇一個角減速度閾值，當實測的角減速度超過該閾值時，控制器發(fā)出指令，釋放制動壓力，使車輪加速旋轉(zhuǎn)的另一個角加速度閾值因此，通過將一個車輪角速度傳感器作為單信號輸入者，并且在電子控制器中設(shè)置合理的加減角速度閾值，就能夠?qū)崿F(xiàn)防抱死制動的循環(huán)。2.2滑動模式變形結(jié)構(gòu)控制方式滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是基于經(jīng)典的數(shù)學(xué)控制理論的控制。 該控制提高了系統(tǒng)的不確定性，提高了控制器抗干擾能力，具有較強的內(nèi)在適應(yīng)性。 滑動結(jié)構(gòu)的控制是一種

6、特殊的非線性控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當時的狀態(tài)偏差及其導(dǎo)數(shù)，在不同的控制區(qū)域以理想的開關(guān)方式切換控制量的大小和符號，使得系統(tǒng)在滑動曲線小的附近以滑動變換曲線滑動。 系統(tǒng)由受控對象和變型控制器組成。 控制器包含操縱控制器結(jié)構(gòu)變更的邏輯環(huán)節(jié)，如果人滑動節(jié)曲線，則與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或干擾無關(guān)。3 .現(xiàn)代控制理論在汽車防抱死系統(tǒng)中的應(yīng)用邏輯門限值控制方法是一種常用的方法，但其控制邏輯比較復(fù)雜，波動較大，且控制系統(tǒng)中各種閾值保壓時間都是經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沒有充分的理論依據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性質(zhì)量難以評價。 針對這些缺點，近年來，以最佳控制理論的方式處理ABS系統(tǒng)中的控制問題正在發(fā)展。 最優(yōu)控制是基于狀態(tài)空間法的現(xiàn)代控制理論方

7、法。 基于車輛路面系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以利用狀態(tài)空間概念在時域內(nèi)研究ABS系統(tǒng)。 這是一種基于模型的解析型控制系統(tǒng)，根據(jù)防抱死系統(tǒng)的每個控制要求，按照優(yōu)化原理求出控制系統(tǒng)的最佳控制指標。 現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用是否成功，重要的是數(shù)學(xué)模型是否正確。 為此，首先必須研究用狀態(tài)變量表示的防抱死系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 為了便于分析，首先假設(shè)如下：(1)車輪承受的負荷是常數(shù)(2)無視空氣阻力和滾動阻力(3)附著系數(shù)。 滑移率s變化所伴隨的規(guī)則由圖4所示的兩條直線構(gòu)成，其公式為汽車在制動中各個車輪受力的情況如圖5所示。 根據(jù)理論力學(xué)的知識和以上的假設(shè)，可以寫出車輪平面運動的運動微分方程式：mv=ftfv=-z(s )

8、j=RFT-MF-MB=-mbz(s ) r分配給公式中的m-車輪的汽車質(zhì)量j-車輪轉(zhuǎn)動慣量v-車輛速度-車輪的角速度mf-路面對車輪的滾動阻力矩mb-制動器制動力矩Z(S)路面對車輪的水平作用力z-車輪的法線反作用力(S)附著系數(shù)一般來說，制動扭矩可以表示為以下時間函數(shù)根據(jù)現(xiàn)代控制理論的要求，需要選擇車輪角加速度。 和角加速度山除了是狀態(tài)變量外，為了制作閉環(huán)控制還應(yīng)該附加系數(shù)。 與滑移率s的關(guān)系曲線的峰值處的車輪速度v .作為系統(tǒng)的期望值而輸出。 顯然，由于制動過程中隨時間變化，所以建立跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)實際輸出的是要跟蹤的輸出值，而跟蹤輸出器采用二次積分的形式，即在研究中，為了便于比較車輛速

9、度v和峰值車速v，使用車輪角速度和角加速度這兩個狀態(tài)變量車速v1。 可以作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量取代r和加速度v的證明寫成矩陣：由此，能夠得到汽車防抱死制動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式的正則表達式用現(xiàn)代控制理論的方法修訂A B S裝置，實質(zhì)上是修訂了最好的控制系統(tǒng)，使它能夠在防抱的全過程中預(yù)報一個控制函數(shù)，防抱系統(tǒng)在防抱過程中以最好的方法工作，使預(yù)先設(shè)定的目標函數(shù)達到最小值。 為了使液壓或氣壓控制系統(tǒng)消耗的能量最小，使實際輸出和所希望的輸出的誤差最小，使用具有二次型的目標函數(shù)，即對于這種線性狀態(tài)方程的系統(tǒng)，其性能指標是狀態(tài)變量和控制變量的二次型函數(shù)的最佳控制問題，被稱為線性自動調(diào)節(jié)問題。 系統(tǒng)配置可以在圖6中示出的方框圖表示。 從最佳控制理論中很難求出該系統(tǒng)的最佳控制規(guī)則。在表達式中，這被稱為反饋控制的線性反饋系數(shù)，其中l(wèi)可以從恢復(fù)方程式中求出4、結(jié)束語A B S是一個簡單實用的系統(tǒng)，質(zhì)量和功能不斷完善。 A B S系統(tǒng)是國際、國內(nèi)各車輛所必需的設(shè)備，因此有必要研究A B S系統(tǒng)。 在本文介紹的3種控制方法中，邏輯閾