基于PID控制算法的ABS系统设计

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。