基于PID控制算法的ABS系统设计

2018-11-09 02:49曾小宝
山西电子技术 2018年5期
关键词:轮速轮子路况

曾小宝

(张家界航空工业职业技术学院,湖南 张家界 427000)

1 概念介绍

当制动力作用于滚动的轮子时,轮子就开始滑动,即轮子实验滚动的速度Vw小于车身本身的速度,滑动系数λ可以定义为车身速度减去轮子速度比上车身速度即[1,2]:

如果有足够的制动力,轮滑动和轮子很快减速,轮子发生死锁,死锁的轮子将发生侧移,滑动系数,车身速度和摩擦系数之间的关系很复杂,并且伴随着不同的路况,车子速度,轮胎类型发生着变化[3,4]。

2 基于PID控制算法的ABS系统模型设计

基于PID控制器的ABS系统设计包括液压系统,制动系统[5],动力学系统[6],传感器系统和反馈PID控制器[7,8]。组成框图如图1所示。

3 仿真模型

根据PID控制ABS系统模型图搭建的仿真模型如图2所示[9,10]。输入变量是期望的滑移率,这里假设的是0.2,经过PIK控制器,车身动力系统,反馈环节等系统,输出有滑行距离,车速和轮速,滑移率。

图2 系统模型图

4 仿真结果

根据仿真模型在Matlab的Simulink环境下进行仿真,分别在无PID控制器和有PID控制器的作用下进行仿真,仿真的结果进行比对,从仿真结果可以看出利用PID控制器对ABS系统进行控制表现出良好的性能。如图3所示在PID控制器的作用下滑行距离下降明显。

图3 滑行距离对比图

图4和图5分别表示了在没有PID和有PID控制器作用下得到车速和轮速对比图,由图所示看出车速和轮速曲线比较靠近,滑移率保持在较好的范围内,在2秒时车速和轮速有变化,原因是在仿真时设置在2秒时进行有路况的切换。

图4 无PID时车速和轮速图

图5 有PID时车速和轮速图

在PID控制作用于滑移率跟随设定期望值的曲线图,可以看出表现出了良好的性能,同理因为切换路况,在2秒时有微小的波动。

5 结论

本文通过搭建PID控制ABS系统模型框图,构建车身动力学,液压动力学,在Matlab/Simulink环境下仿真,从仿真图可以看出加入了PID控制后滑行距离明显缩短,与没有加入PID控制器相比,滑移率更接近期望效果,滑移率在0.5秒内迅速上升到0.2左右,接近最佳的取值,在2秒时滑移率,车速和轮速都有微小的波动,是因为在仿真时切换了路况,通过对有无PID控制器两种情况下仿真结果对比,采用 PID算法设计的ABS系统表现较好的性能。

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