摘 要：本設計提出的一種電子機械制動系統電機控制方法, 該控制方法采用模糊控制器, 以車輪實際滑移率S與系統設定最佳期望滑移率S0的誤差E, 以及誤差E的變化率EC作為模糊控制器的參數, 通過模糊控制查表法, 得到電機電流的變化量U。本設計的電機控制方法響應速度快, 超調量小, 可以提高電子機械制動系統對路面的適應能力。

　　關鍵詞：電子機械制動; 模糊控制

　　0 引言

　　電子機械制動系統的制動力矩, 是通過安裝在4個輪胎上的制動機構產生, 與傳統的液壓制動系統相比, 可以簡化制動系統結構、便于布置、裝配和維修。而由于制動過程中車況多變及輪胎的非線性控制, 需要對電子機械制動系統的電機提供一種響應速度快、超調量小且可以提高對各種路面的適應能力的控制算法。

　　1 總體設計

　　本設計所要解決的技術問題, 在于提供一種電子機械制動系統的電機控制方法, 其響應速度快、超調量小且可以提高電子機械制動系統對各種路面的適應能力[1]。所以本設計的工作原理如圖1所以, 包括以下幾個步驟。

　　1.1 數據采集

　　控制器采集安裝在車輪上的輪速傳感器脈沖信號, 得到各車輪輪速角速度信號。通過車輪輪速信號及計算公式S=1-ωr/V, 計算車速V。其中ω代表輪速角速度, V代表車速, 得到整車實際的滑移率S。

　　控制器根據實際滑移率S與最佳期望滑移率S0的誤差值E, 及誤差值E求微分后得到誤差變化率EC。將誤差值E和誤差變化率EC作為模糊控制器的輸入量, 通過模糊控制查表法得到輸出量U, 所述U為電子機械制動系統中力矩電機電流的變化量。當誤差E越大時, 輸出量U應盡可能快的減少;而當誤差E越小時, 輸出量U的控制由EC主導, EC越大, 輸出U越小。這種模糊推理控制規則是根據本領域專家的手動控制規則制定的, 原則是:當誤差較大時, 控制量應當盡可能減少誤差;當誤差較小時, 除了消除誤差外, 還必須考慮系統的穩定性, 以避免不需要的超調和震蕩。

　　1.3 模糊控制推理計算方式

　　本設計對模糊控制推理過程輸出模糊子集的反模糊化, 可通過重心法進行精確化計算, 得到模糊控制器的精確輸出量U, 模糊控制器的反模糊化計算公式如下。

　　為對應模糊控制器輸出量U的模糊子集論域值。所述電機可選用脈寬調控 (PWM) 電機, 執行調控的電機選用脈寬調控電機。本設計模糊控制的輸出量U為百分比, 輸出量作為脈寬調控電機的脈寬調控占空比。根據本設計提出的一種電子機械制動系統的電機控制方法, 關鍵在于該控制方法采用模糊控制器, 以車輪實際滑移率S與系統設定的最佳期望滑移率S0的誤差E, 以及誤差E的變化率EC作為模糊控制器的雙輸入, 通過模糊控制查表法得到控制輸出, 輸出量為電機電流的變化量U。使用本設計, 可以利用模糊控制系統, 不需要控制對象的精確數學模型, 具有響應速度快及超調量小的特性, 提高對各種路面的適應能力。

　　2 具體實施

　　電子機械式制動系統的主要控制目標是, 在整個制動過程中讓實際滑移率S始終跟蹤期望滑移率S0, 以產生最大的路面附著系統, 從而在不同路面情況下均能得到較好的制動性能。本實施例的模糊控制的數學控制模型如圖2所示。

　　通過加減器實際滑移率S與期望滑移率S0相減得到誤差值E, E通過微分得到誤差變化率EC, E和EC作為模糊控制器的控制表 (2-D) 的兩個輸入。通過查表得到輸出U, 本例的輸出U為脈寬調控 (PWM) 電機的脈寬調控占空比 (PWM) [2]。模糊控制器的工作原理如下:選擇系統的輸入量、輸出量;將輸入變量的精確值變為模糊量;根據輸入變量 (模糊量) 及模糊控制規則, 按模糊推理合成規則計算模糊控制量;由上述得到的模糊控制量計算精確的控制量。模糊控制系統的輸入量為電子機械制動系統的實際滑移率S與期望滑移率S0的誤差值E, 以及誤差值E的變化率EC;輸出量U為實際電子機械制動系統中力矩電機電流的變化量。E、EC和輸出量U的隸屬度函數如圖3所示。

　　其中[a, b]為模糊控制器輸入變量的實際范圍, [m, n]為模糊子集論域, 將實際輸入量E和EC轉化到模糊子集論域中的變量Y1和Y2, 再通過三角形隸屬函數轉化成輸入變量E和EC的模糊值, 模糊化過程的輸出量U的隸屬函數也采用三角形隸屬函數。這里三角形隸屬函數的變量等級均為5級, 并且輸入變量E、EC和輸出變量U的隸屬度函數是均勻分布的。模糊推理形式如下。

　　其中Ai為誤差模糊子集, Bi為誤差變化模糊子集, Ci為輸出量模糊子集。根據手動控制策略, 總結出25條模糊控制規則, 如表1所示。其中, 手動控制策略的設計原則為:當誤差較大時, 控制量應當盡可能減少誤差;當誤差較小時, 除了消除誤差外, 還必須考慮系統的穩定性, 以避免不需要的超調和震蕩。具體為:當誤差E較大時, 輸出量U應盡可能減少誤差;而當誤差E較小時, 輸出量U的控制由EC主導, EC越大, 輸出量U越小。由上述過程求出控制表, 置于模糊控制器中, 對應不同的實際滑移率誤差及其誤差變化率, 通過查表即可得到模糊控制器的輸出量U, 輸出量U為百分比形式, 也就是電機的控制量。本例中的輸出量為脈寬調控電機的脈寬調控占空比 (PWM) , 脈寬調控電機通過控制電機輸入電流的大小來控制電機的輸出轉矩, 再通過行星齒輪、皮帶輪、螺桿螺母, 使螺母產生壓緊力, 最終得到制動力矩[3]。

　　3 結束語

　　實驗證明, 使用本設計可以利用模糊控制系統, 不需要控制對象的精確數學模型, 響應速度快, 超調量小的特性, 改善電子機械制動系統的響應特性, 提高對各種路面的適應能力。

　　參考文獻

　　[1]劉志勇.智能交通控制理論及其應用[M].北京:科技出版社, 2003.[2]張文匯.模糊控制理論淺析[J].伊犁教育學院院報, 2002, 15 (4) .[3]李友善, 李軍.模糊控制理論及其在過程控制中的應用[M].北京:國防工業初版社, 1996.