【doc】车辆联合制动模糊控制研究
车辆联合制动模糊控制研究
引一制动型液力变矩减速器产生的制动力矩大于地面 所提供的最大制动力时,制动轮发生滑移使制动轮转 速下降,牵引一制动型液力变矩减速器产生的制动力 矩也随着下降,直到和地面所提供的最大制动力相平 衡.当平衡点过后,牵引制动型液力变矩减速器产 生的制动力矩小于地面所提供的最大制动力,这时的 制动力由液力减速器来决定.图2所示的是地面提 供的最大制动力和牵引制动型液力变矩减速器在最 高档位时产生的制动力曲线关系示意图. 牵引制动型
液力变矩减速器一
般安装在发动机和
变速机构之问,在
各个挡位的最高车
速时发动机的输出
转速相同,此时它
本身产生的扭矩相
同,经过传动系统
的调制后传递到制
动轮,挡位越低,在
匿
_R
雌
一
/
…/地面提供制动力/,
/
图2牵引一制动型液力变矩
器的制动力特性
制动轮上产生的制动扭矩越大;另一方面,液力减速 器的制动力矩和动轮转速的平方成正比,不能起到 停车制动的作用.所以液力减速器满足高速制动的 要求,由机械制动器补偿低速时不足的制动力矩. 这样就需要控制液力减速器和机械制动器的制动力 矩,使之不仅协调匹配,还要满足车辆恒力矩制动的 需求.
2联合制动的力矩模型建立
由于液力减速器的制动力矩系数和其腔内 压力成线性关系,即和其充液量有关,可以控制减速 器腔体内的充液量进行恒力矩控制.而这种新型液 力变矩减速器工作在制动工况的时候,腔体内 1O0充液,制动力矩系数在理论上为一定值,仿 真过程中值的计算是在泵轮转速为3268r/ min,最大扭矩不大于制动离合器允许最大摩擦力 矩4688.4N?m的条件下,由式(1)可以得到制动 扭矩系数T一1.98×10min./r.?m,且为定值 液力减速器的制动力矩可根据相似原理得出I. T=2rpgnD(1)
式中:-工作液体的密度(830kg/m.); /'/R~液力减速器转子的转速(r/min); g…重力加速度(9.81m/s);
D…,液力减速器循环圆的有效直径(m). 液力减速器转子转速"如下式所示
一
(2)一一
式中:…制动过程中车辆的实际速度(m/s); r主动轮半径(m);
一
侧传动,前传动,汇流排,变速机构的传
动比.
对于正常的制动过程,为了使车辆以驾驶员要 求的减速度稳定减速,即恒力矩制动的实现是通过 对湿式多片机械制动器制动力矩的控制来实现的, 所以把机械制动器的控制压力作为控制对象.湿式 多片制动器摩滑力矩T的计算方程为
丁一RzF(3)
式中:一一摩擦元件的动摩擦因数;
R…摩擦片当量摩擦半径(ITI);
z一摩擦副数;
F一摩擦衬面上的法向总压力(N).
试验数据
表
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明,摩擦片相对滑动速度对湿式多 片摩擦制动器的摩擦因数影响非常大.动摩擦因数 是主,被动部分相对转速(相对滑动速度)的函数. 模型中所涉及的湿式片式机械制动器摩擦因数根据 台架试验拟合得出,由如下表达式求出I.1. 一
0.130879exp(--0.000570486??")(4) 式中:?一主被动零件滑摩转速差(r/rain). 在仿真模型中,通过比较液力减速器实际提供 的制动力矩和根据制动要求设置的所需整车制动力 矩值,控制电液比例阀的电流,增大或者减小湿式多 片制动器的制动力矩,使之与设定的制动力矩一致,
湿式多片制动器的控制压力采用模糊逻辑控制. 3模糊控制器的设计和模糊规则选择
3.1模糊控制器的结构选择
模糊控制是应用模糊集合理论和模糊语言变 量,以模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制, 属于非线性控制范畴,是目前智能控制的一种重要 形式.模糊控制迅速发展并在现实中得以成功应用 的原因在于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信 息并将其转化为控制策略的一种系统而有效的推理 方法,它将系统信息经过模糊化处理,通过模糊关系 的推理合成,产生相应的模糊决策.
模糊控制器的结构选择主要是确定模糊控制器 的输入变量和输出变量(控制量),选择是否合理直接 影响到模糊控制器性能的好坏.一般来说,在控制过 程中,人们能够获取的信息量有误差,误差的变化和 误差变化的变化率;人控制动作的信息量就是控制 量.根据控制系统的需要,仿真中选取减速度误差F 与减速度误差变化Ec作为模糊控制器的输入变量, ?52?《新技术新工艺》?信息化应用技术2006年第4期 燃燃瓣辩薯0譬一蕊辫
以机械制动器的控制压力F变化量U为控制变量. 这样设计的二维模糊控制器为双输入单输出的常用 模糊控制器.其逻辑结构简图如3所示.
r一一一一一一一一一-_一一一一一1
:模糊拧制:
lI
图3服输入单输出模糊逻辑控制系统结构 3.2模糊规则的选择和模糊推理
模糊规则的选择是设计模糊控制器的核心.模 糊规则的选择过程可以简单分为3个部分,即选择 适的模糊语言变量,确定各语言变量的隶属函数, 最后建立模糊控制规则.
3.2.1选择模糊语言变量
按照人的思维方式,往选择语占变量时,选择 {负大,负中,负小,零,正小,正中,正大}7个语言 值.即{NB,NM,NS.Z(),PS,PM,PB}.语言变量 的语言值越多,对事物的描述就越精确,可能得到的 控制效果就越好,但同时过细的划分也使得控制系 统过于复杂.对于模糊变量的模糊子集,它们之间 的相互关系对控制性能c,l有影响,在选择描述某一 模糊变量的模糊子集时,要使它们在论域卜的分布 合理,也就是要较好的覆盖整个论域.在定义模糊 子集时,要使沦域中仟意一点对应的模糊子集的隶 属度的最大值不能太小,否则在这些点附近容易出 现不灵敏区,造成l,人控,使模糊控制性能变坏.模糊 子集重叠程度较小时,控制灵敏度较高;重叠程度较 大时,模糊控制器鲁棒性较好,即控制器具有较好的 适应埘象参数变化的能力.所以论域的选择对模糊 控制器的动,静态性能有较大的影响,一般是通过试 验的方法来确定,而且量化等级要适当.这里输入 晕减速度误差F的基本论域选为[5,5];减速度 误差的变化Fc的基本论域选为[60,60];输出量 控制乐力变化量U的基本论域选为[一1.5,1.5]. 3.2.2确定语言变量的隶属函数
模糊语言值实际f:是一个模糊子集,而语占值 最终是通过隶属函数来描述的常用的隶属函数有 三角形,梯形和高斯等.隶属函数曲线的形状不同
对模糊拧制性能的影响比较明显.形状越陡,分辨 率越高,控制灵敏度也比较高;相反,若隶属函数变 化很缓慢,则控制特性比较平缓,系统的稳定性好. 为了使系统具有良好的鲁俸性,所以这里输入量 '
'
与输出晕的隶属函数均取为高斯函数Y—}, 隶属函数的曲线如图4所示
图4减速度误差的隶属数I
3.2.3建立模糊控制规则
模糊控制是人类控制行为的一利一语言描述,其 规则的建立也是一种归纳和提炼的过程.常用的方 法有检验归纳法和推理合成法.这里采川的是 Mamdani控制规则,其主要思想是根据已有的输入 输出数据,通过模糊推理合成被拄系统的模糊控制 规则.如减速度误差负大,减速度误差变化为负大, 则控制压力变化为负大.这样,可得到盘I1表1所示 的模糊控制规则.
表1模糊控制规IJ{iJ表
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
该模糊逻辑控制模块系统是双输入单输出系 统,设计了49条控制规则.
4仿真结果分析
由此建立了某型车辆联合制动系统的MAT I.AB模糊控制仿真模',如图5所示.
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一.液玎?jf矩厂—叫r——l.L减速测l一区-_Jlm'II"1Nt'型堇警半ljdu‰-lIl".
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《新技术新工艺》?信息化应用技术2OO6年第4期?53?
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S.
,初始车速为65km/h,制动初始挡位为6挡,相 当于给系统一个阶跃响应.设定模糊控制系统扫描 周期为0.2S.从图6车辆联合制动减速度仿真结 果图可以看出,减速度达到峰值时间大约为0.5S, 最大超调量为5.3,当制动时间为1S时,车辆减 速度基本达到5m/s.,并在此后的整个制动过程中 基本保持不变.
根据减速度误差和减速度误差变化得出控制压 力变化三维信号如图7所示.
图6车辆联合制动减速度图7三维控制压力变化 仿真结果信号
图8为液力变矩减速器和湿式多片机械制动器
制动力矩在制动过程中随时间的变化,当制动时间约为1S的时候,车辆联合制动力矩基本达到所要
图8车辆联合制动的制图9输出变量控制压力 动力矩图变化图
求的稳定值,保证了车辆恒力矩制动.图9为输出 变量控制压力变化示意图.
5结语
在某型车辆传动系统中,和原有液力减速器相 比,这种新型牵引一制动型液力变矩减速器的使用简 化了车辆传动部分的结构尺寸,不仅提高了机械制 动器的使用寿命,而且车辆的高速制动性能和稳定 性都能够满足车辆的使用要求.模糊控制器的设计 和使用,对于联合制动的控制效果不错.控制系统 的快速性和稳定性很好,实现了液力变矩减速器和 机械制动器之问的协调和车辆整车制动的恒力矩控 制.对于液力变矩减速器和机械制动器的匹配具有 现实的参考意义.
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*国防科工委"十五"预研基金(K154-02FMF/ 87ZW60018RU)资助项目.
责任编辑吕菁
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54?《新技术新工艺》?信息化应用技术2006年第4期