增益轮滑动控制在汽车制动系统中的应用
摘要：车轮滑移控制器的开发实验是在汽车上安装有机电式制动器作动器和一个制动系统的测试。增益调度的方法是：采用LQR方法设计矩阵，获得对不同操作条件下，在车辆的速度慢时变参数和模型线性化的名义下的滑移。通过李诺夫理论，频率分析和实验，使用测试车辆的稳定性和鲁棒性的控制器进行了研究。
关键词——防抱死制动，汽车控制，增益调度，非线性控制，最优控制。 一、介绍
防抱死制动系统（ABS）通过控制车辆的每个车轮的滑移来防止锁定，从而获得高摩擦和驾驭能力。ABS制动器具有鲁棒自适应行为因此就具有高度不确定性的轮胎特性和快速变化的路面性能，他们在市场上应用已经超过20年。 它引进先进的功能，如电子稳定程序（电除尘器），由导线驱动的，更为精密执行器和传感器提供了新的机会。但和需要—个更精确的控制汽车的方法和灵活的制动系统。制动系统不再是独立的，唯一的目的是产生稳定和高效的系统制动，但被视为一个子系统，每个车轮可以从更高级别控制单元接收单个制动命令系统。例如，电除尘系统可以实现横向指挥制动力矩或目标滑到稳定位置。目标滑移也可以自动监测道路条件等等。这使车轮滑移率的控制的成为一个替代传统的问题。控制逻辑通常不包括明确的车轮滑动控制器。
本文的贡献是以一个模型为基础，研究车轮滑移控制的符号。根据延伸的初步结果，我们认为，机电执行机构，而不是传统的液压制动器，允许夹紧力的精确连续调整。尽管事实上，车轮滑移动力学是高度非线性的，我们的控制设计依赖于局部线性化和增益调度。但为了分析这种简化的影响，我们开发一个有点理想化的基于李的非线性稳定性，鲁棒性分析，考虑到不确定轮胎摩擦非线性。为了探讨影响采样，通信延迟，执行器的动态，和根本的局限性的表现。这种分析是复杂的利用经典的频率分析。实验使用试验车辆。
其他贡献为基于模型的车轮打滑控制在文献中可以找到。一种自适应控制李李诺夫方法的建议，和类似的想法在桑塔格的公式的运用，追求的是应用自适应控制李李诺夫方法，其中包括车辆速度与试验检测的增益调度相结合的反馈线性化方法。相比之下，我们的控制器不包含显式摩擦模型，并依赖于积分行动，而不是适应以消除稳态的不确定性。这简化了设计，并可能提高鲁棒性由于摩擦很难准确地模拟为一个宽轮胎和表面的范围。车轮打滑的控制方法控制被认为是在我们的工作是基于一个增益调度控制的设计方法与LQ分析，并且是唯一包含详细的实验评估，使用测试车辆。在[ 20 ]中最佳的寻求方法是采取确定的最大摩擦，使用滑动模式。滑模控制也考虑[ 21 ]和[ 22 ]。
二、建模
在这一节中，我们回顾了一个数学模型的车轮滑动动力学，见[ 1 ]，[ 10 ]，[ 20 ]，车轮问题滑动控制是最好的解释，看着1/4车模型如图1所示。该模型包括一个单一的车轮连接到一个质量块m。当车轮转动时，由于速度v的方向上的质量的惯性，轮胎表面和路面将产生轮胎的反应力。轮胎的反应力
将产生一个转矩，结果在一个滚动运动的车轮引起的角速度。一种应用于车轮的制动力矩将有所行动反对旋转的车轮造成一个负角加速度。四分之一汽车的运动方程
图1 四分之一汽车的力量和力矩
车辆行驶时的纵向速度；车轮的角速度，制动力矩；
是垂直力，
轮胎摩擦
车轮半径；车轮惯性。给出了轮胎摩擦力：
其中纵向轮胎打滑的摩擦系数是一个非线性函数；在轮胎和路面之间的最大摩擦系数是车轮的滑动角。纵向滑移的定义：
描述了车辆之间的标准差速度v和车轮周长的速度wr。滑移值特点，自由运动的车轮在那里没有施加摩擦力。如果滑到了值后轮子被锁住（
）。
的，然
摩擦系数可以跨越很宽的范围，但通常是一个可微函数与其属性
和。对其滑移有典型的依赖，
如图2所示。上半部分是错误值的摩擦系数增大。达到最大值。更高的滑移
值，摩擦系数降低到最小，车轮被锁，只有滑动摩擦作用于车轮。摩擦对道路条件的依赖是在图2的中间部分。在潮湿或结冰的道路，最大摩擦力曲线的右半部分是平坦的。轮胎摩擦曲线也将取决于轮胎的类型，如图2所示的下部。特别是冬季轮胎，曲线将不再有明显的峰值。
在这的情况下，如果车轮的运动扩展到两个维度，然后轮胎的侧摩阻力也必须加以考虑。图3的上部显示的依赖摩擦系数对侧滑角，这是角车轮轴承和汽车速度矢量之间的。侧向力很大程度上取决于侧滑角，在图3的下半部分显示。大侧滑移角和纵向车轮打滑，侧向力变小。这一物理现象是主要目的是为了ABS刹车，因为避免高纵向滑移值将维持较高的可控性和横向稳定性。在制动过程中。实现这一目标的手动控制导致滑移动力学是快速和开环不稳定时工作。在车轮滑移值摩擦曲线我们观察到一个合理的权衡之间实现高纵向摩擦力
和侧向摩擦力
在各种路况下的纵向滑移接近在纵向滑
移曲线峰值。此后，为简化—研究的目的，除非另有说明，侧滑角被认为是