基于模糊邏輯的車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于模糊邏輯的車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12020 年 4 月 19 日文檔僅供參考基于模糊邏輯的車速控制設(shè)計(jì)摘要： 汽車巡航控制系統(tǒng)具有強(qiáng)非線性、時(shí)變不確定性，并受到外界擾動(dòng)、復(fù)雜的運(yùn)行工況等影響，采用傳統(tǒng)PID控制很難取得滿意的效果。本文設(shè)計(jì)了一種基于模糊 PI和模糊 PD控制算法的汽車巡航控制系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)的仿真結(jié)果。研究結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的巡航控制系統(tǒng)算法可行有效，性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定工程實(shí)用要求。關(guān)鍵詞： 巡航控制；模糊控制；PI控制； PD控制一、概述汽車巡航控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 COS(Cruise Control System)。它實(shí)際上是一種輔助駕駛系統(tǒng)。在裝備巡航控制系統(tǒng)的汽車上，當(dāng)汽車行

2、駛速度超過(guò)一定值 (一般為 40 kmh)時(shí)，如果駕駛員利用巡航控制開關(guān)設(shè)定一個(gè)車速，那么在巡航控制期間，隨著道路坡度的變化以及汽車行駛中所可能遇到的阻力，車輛自動(dòng)變換節(jié)氣門開度或自動(dòng)進(jìn)行檔位轉(zhuǎn)換，以按存儲(chǔ)在微機(jī)內(nèi)的最佳燃料經(jīng)濟(jì)性規(guī)律或動(dòng)力性規(guī)律穩(wěn)定行駛。汽車巡航控制系統(tǒng)能夠減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，減少了不必要的車速變化，最大限度地節(jié)省燃料，降低排氣污染，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率，并可在一定程度上提高汽車的動(dòng)力性能和乘坐的舒適性。當(dāng)前，很多車輛，特別是高級(jí)轎車已經(jīng)把巡航控制系統(tǒng)作為22020 年 4 月 19 日文檔僅供參考配備設(shè)備或備選設(shè)備。由于國(guó)內(nèi)對(duì)汽車巡航的研究起步較晚，而且技術(shù)相對(duì)落后，因此國(guó)內(nèi)

3、對(duì)汽車巡航控制系統(tǒng)的研究應(yīng)用主要是以單車定速控制為主。雖然國(guó)內(nèi)的一些規(guī)構(gòu)已經(jīng)開始了對(duì)電子式巡航控制裝置的研究，但從總體上來(lái)說(shuō)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)汽車巡航控制系統(tǒng)的研究還不是很成熟。當(dāng)前，發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)在不斷增加，這有助于改進(jìn)燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放，提高駕駛安全性以及降低生產(chǎn)成本?？墒?，車輛系統(tǒng)環(huán)境惡劣：特別是在高溫、潮濕、振動(dòng)強(qiáng)烈、充滿電子干擾的發(fā)動(dòng)機(jī)室，會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)各種形式的失效，進(jìn)而甚至導(dǎo)致交通事故和人員傷亡。本文應(yīng)用模糊控制邏輯設(shè)計(jì)了車速控制器，調(diào)節(jié)車輛速度到設(shè)定值并保持恒定。二、車輛模型構(gòu)建根據(jù)研究角度選擇汽車動(dòng)力學(xué)模型如式(1)所示：& t1A2 (t ) d f (t )m

4、pf&(t )1 (f (t)u(t)式 (1)式 中 ： u(t) 為 控 制 輸 入（ u(t) 0 代表油門輸入，Ap32020 年 4 月 19 日文檔僅供參考u(t) 0 代表剎車輸入）；車輛質(zhì)量m 為 1300Kg；空氣阻力系數(shù)=0.3；恒定摩擦力d =100N； f (t) 為驅(qū)動(dòng) / 制動(dòng)力；=0.2s。應(yīng)用模糊控制方法的目標(biāo)為快速調(diào)節(jié)車輛速度達(dá)到駕駛員設(shè)定值并保持恒定。三、基于模糊邏輯的速度控制器設(shè)計(jì)及仿真試驗(yàn)?zāi)：刂婆c神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是控制工程師為了應(yīng)對(duì)十分復(fù)雜的系統(tǒng)而提出的控制方法論，模糊控制在巡航控制領(lǐng)域有著優(yōu)良的應(yīng)用。3.1 模糊 PI 控制器設(shè)計(jì)假如我們想精確的跟蹤駕駛員設(shè)

5、定的階躍或傾斜車速變化，將應(yīng)用圖1 所示的 PI 模糊車速控制器。圖中，g0、 g1、 g2 為信號(hào)增益， b(t) 為積分器輸入。圖 1 模糊 PI 車速控制系統(tǒng)框圖由于車輛系統(tǒng)為一階常微分方程，因此能夠用龍格庫(kù)塔方法進(jìn)行閉環(huán)仿真試驗(yàn)。實(shí)施以下不同參考輸入下的仿真分析：1)當(dāng) 0t10 時(shí)，初始車速設(shè)定為18m/s ；當(dāng) 10t30 時(shí)，目標(biāo)車速設(shè)定為 22m/s42020 年 4月 19 日文檔僅供參考2)當(dāng) 0t10，目標(biāo)車速在 25s 內(nèi)由 18m/s 至 22m/s 線性傾斜變化；當(dāng)25t30 時(shí)，目標(biāo)車速保持 22m/s 。3) 當(dāng) 0t 時(shí)，靜止車輛目標(biāo)車速設(shè)定為22m/s 。模

6、糊控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：超調(diào)量小于2%，上升時(shí)間為5 至7 秒，穩(wěn)定時(shí)間小于8 秒。仿真參數(shù)設(shè)置為：積分步長(zhǎng)為0.01秒，求解器為龍格庫(kù)塔算法。三次仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖 3、圖4 所示。Vehicle Speed(solid) and desired speed (dashed)24222018051015202530Time(sec)Output of fuzzy controller (input to the vehicle)150010005000051015202530Time(sec)圖 2 測(cè)試輸入一響應(yīng)曲線在實(shí)驗(yàn)一中能夠看出，速度上升時(shí)間為7.2 秒，穩(wěn)定時(shí)間小52020 年 4 月 19 日文檔僅供參考于 8 秒，超調(diào)量為 0.9%，遠(yuǎn)小于 2%的要求，證明控制器設(shè)計(jì)滿足預(yù)定設(shè)計(jì)要求，性能良好。Vehicle Speed(solid) and desired speed (dashed)24222018051015202530Time(sec)Output of