研
究与开发
机电工程技术
２００７
年第
$%
卷第
"&
期
!""#
３６
０４
基于
Ｍ½½½½½ ／Ｓ½½½½½½½
的电子感应½½制动系统
控制规则的研究与仿真
甘乃添
１
，
２
，
陈凌珊
２
，
３
（
１．
广东工业大学，
广东广州
５１００９０
；
２．
广东工贸职业技术学院，
上海
广东广州
５１０５１０
；
３．
上海工程技术大学，
２０１６２０
）
摘要： 本文利用
ＭＡＴＬＡＢ ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ
½件建立单½½辆的电子感应½½制动系统仿真模型及普通
ＡＢＳ
的仿真模型， 研究模糊控制
规则， 比较分析两者的仿真情况， 结果显示电子感应½½制动系统制动性½优于普通
ＡＢＳ
。
关键词： 电子感应； 制动系； 控制规则； 仿真
中图分类号：
ＴＰ３９１．９
Ｕ４６３．５
文献标识码：
Ａ
文章编号：
１００９－ ９４９２ （２００７） ０４－ ００６２－ ０４
１
前言
目 前
，
½ 辆 安 装 了 防 抱 死 制 动 系 统
（
ＡＢＳ
）
后
，
因 充
分利用了½胎与路面之间 的 最 大 附 着 力
，
½ ½ 辆 的 制 动 稳
定性得到了显著的提高， 从 而 有 效 地 避 免 了 ½ ½ 抱 死 而 易
出现的交通事故。然而， 由 于 主 观 和 客 观 原 因
，
驾 驶 员 在
实际操½过程中并不½达到预期的最½效果
，
主要表现
在
：
（
１
）
驾 驶 员 制 动 时 有 打 脚 的 感 觉
，
干 扰 了 驾 驶 员 的
（
２
）
制 动 机
注意力
，
错过了驾驶员最½制动反应时间
；
加了制动反应时间。
针对以 上 不 足
，
本 文 研 究 一 种 新 的 制 动 系 统 —电 子
——
感应½½制动系统
制规则进行研究。
［
１
½
每个½½½½分别平稳减速以达到最½的行驶稳定性和
最短的制动距离。
２．２
电子感应制动系统的控制规则及½用
为简化控制模块， 本研究采用两级模糊控制
［
２
½
。一是
制动踏板加速度模糊化， 只要 对 制 动 踏 板 有 相 同 特 征 的 操
½， 即可得到相同的制动效果
，
电 子 感 应 制 动 系 统 控 制 器
根据踏板加速度的大小控制输 出 初 始 制 动 压 力
：
制 动 踏 板
受力越大
，
踏板加
速度越大、初始制
动压力越大
，
反
之
，
初始制动压力
越小
；
二是根据½
½滑移率
［
３
½
械传动系统中的铰链连接 副
，
要 求 有 一 定 的 自 由 行 程
，
增
进行解决
，
文中主要对系统中的控
大小
２
电子感应½½制动系统的组成、原理及控
制器控制规则的½用
２．１
电子感应制动系统的组成及工½原理
其组成主要包括 制 动 踏 板 加 速 度 传 感 器 、 ½ ½ ½ 速 传
感器、制动管道压力传感器、微处理器
（
控制器
） ，
高压
储½器及电控阀装½等。
其工½原理是
：
½驾驶员踏下制动踏板时
，
通过传
感器来测量制动踏板运动的加速度
，
用电子脉冲的½式
传送到电子感应制动系统的控制器中
，
此外
，
电子感应
制动系统控制器还接收½½传感器、制动管道压力传感
器提供的½速等信息
，
控制器运算结果将产生快速制动
指令
，
四个½缸制动压力调节器接到指令后迅速响应
，
收稿日期：
２００６
—
１２
—
１９
及变化趋势模糊控
制制动½缸油压
，
根据滑移率调整输
向½½制动器液压
½缸的油压
，
得出
理想的制动力½½
½滑移率
Ｓ
保持在理想滑移率
Ｓ
Ｔ
附近。
图
１
单½½辆模型
３
控制规则的研究和仿真
３．１
控制规则与滑移率
Ｓ
的关系
本文以单½½ 辆 为 例
，
在 建 立 该 ½ 直 线 制 动 过 程 的 数
学模型后， 建立基于实际滑移率
Ｓ
和理想滑移率
Ｓ
Ｔ
之 差
Ｅ
及 其 变 化 率
ＥＣ
和 制 动 ½ 缸 油 压 的 改 变 量
Ｕ
为 输 出 语 言 变
量的规则库， 即控制规则表。
６２
机电工程技术
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期
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３６
研究与开
发
图
２
单½½辆模型的
Ｓ½½½½½½½
实现
３．２
滑移率在制动中的½响
理想的制动滑移率½得 ½ ½ 制 动 时 保 持 良 ½ 的 方 向 操
纵性、稳定性及最½的制动性½。实验证明
［
３
½
滑移率的响应与½用在½½上的制动压力的变化是一致
的。可见， 该模型½代表真实的½辆系统。
，
制动时偏
３．４
电子感应制动系统模糊控制器的设计
［
７
½ ［
８
½
本 文 采 用
Ｍ½½½½½½
极 大 极 小 模 糊 推 理 法 进 行 模 糊 运
算， 采用
Ｃ½½½½½½½
重心法进行反模糊运算。根据实际情况，
将 控 制 器 输 入 变 量 、 输 出 变 量 均 分 为 七 个 等 级
：
ＮＢ
（
负
大）
；
ＮＭ
（
负中
） ；
ＮＳ
（
负 小
） ；
Ｚ
（
零
） ；
ＰＳ
（
正 小
） ；
ＰＭ
（
正中）
；
ＰＢ
（
正大） 。
（
１
）
制动踏板加速度模糊控制器的设计
输入变量
Ｅ
为制动踏板加速度， 输出变量
Ｕ
为控制系
数。
Ｕ
的变化近似
Ｅ
的线性 变 化
，
控 制 规 则 如 表
１
，
Ｅ
、
Ｕ
隶属½数曲线和响应曲线分别如图
４½
所示。
６
表
１
制动踏板加速度模糊控制规则
离理想的滑移率， 将导致地面附 着 系 数 变 小
，
即 地 面 附 着
力极限值下降
，
容易引起½½抱死
，
½响制动性½。
３．３
单½½辆的建模及仿真
由于½½滑移率与附着 系 数 关 系 是 非 线 性 的
，
而 ½ ½
滑移率的控制是½其稳定在最½ 值
，
也 就 是 附 着 系 数 最 大
时的滑移率
，
所以根据½辆基本参数
（
单½模型质量
：
３９０½½
，
重 力 加 速 度
：
１０½ ／½
，
½ ½ ½ 动 惯 量
：
１．７½½ ／½
，
２
２
½ ½ 滚 动 半 径
：
０．３½
，
峰 值 附 着 系 数 对 应 的 滑 移 率
：
０．２
，
峰 值 附 着 系 数
：
０．８
，
抱 死 时 的 附 着 系 数
：
０．７
，
初 始 ½ ½
角 速 度
：
１００½½½ ／½
，
制 动 器 因 数
和单½½辆的动力学方程
［
５
½
［
４
½
・
Ｃ
：
０．０２１Ｎ ½ ／Ｐ½
等
）
，
采取分段线性化的方法， 用
Ｅ
Ｕ
Ｓ½½½½½½½
［
６
½
建立单½½辆模型， 如图
２
所示。
为验证单½½辆模型是 否 代 表 真 实 的 ½ 辆 系 统
，
给 其
½ 加 一 制 动 压 力
：
从
０ＭＰ½
开 始
，
在
０．２½
内 均 匀 升 至
ＮＢ
ＮＢ
ＮＭ
ＮＭ
ＮＳ
ＮＳ
Ｚ
Ｚ
ＰＳ
ＰＳ
ＰＭ
ＰＭ
ＰＢ
ＰＢ
０．５ＭＰ½
，
并 以
０．５ＭＰ½
维 持 至
１½
，
如 图
３
所 示
，
左 图 显 示
制 动 压 力
（
单 ½
：
１ＭＰ½
）
和 滑 移 率 关 系
，
右 图 显 示 ½ 速
（
单½：
½½½ ／½
）
和½速
（
单½：
½ ／½
）
关系。½速、½速和
图
４
制动踏板加速度
Ｅ
隶属½数
（
２
）
½辆制动滑移率模糊控制器的设计
(
设滑移率误差为
Ｅ＝Ｓ－ Ｓ
Ｔ
，
滑移率误差变化率为
ＥＣ＝Ｅ
，
图
３
制动压力与滑移率
（
左） 及½速与½速响应曲线
（
右）
控制制动压力为
Ｕ＝△Ｐ
。 构 造 二 维 模 糊 控 制 器
，
输 入 变 量
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０４
为滑移率误差
Ｅ
和滑移率误差变化率
ＥＣ
，
输出变量为控制
制动压力
Ｕ
。本文模糊控制规则的基本做法是： ½滑移率
Ｓ
误差
Ｅ
负大
（
ＮＢ
）
时， 无 论
ＥＣ
如 ½
，
½ 应 该 ½ 量 先 消 除
图
７
滑移率误差
Ｅ
隶属½数
图
５
制动踏板加速度输出
Ｕ
隶属½数
图
８
滑移率误差变化率
ＥＣ
隶属½数
图
６
制动踏板加速度控制器响应曲线
已 有 的 负 大 误 差
，
因 此
Ｕ
的 输 出 为 正 大
（
ＰＢ
） ；
½
Ｅ
增 大
时，
Ｕ
要适½减小为正中
（
ＰＭ
）
或正小
（
ＰＳ
） ；
½
Ｅ
接近
０
（
Ｚ
）
时
，
Ｕ
应 该 为
０
（
Ｚ
） ，
正 负 随
ＥＣ
变 化 而 变 化
（
½
ＥＣ
为 负 时
，
系 统 有 增 大 误 差 的 趋 势
，
Ｕ
应 为 正
，
½
ＥＣ
为 正
时， 系统有减少误差的趋势，
Ｕ
应该减小， 防止造成超调产
生正误差）
；
同理， ½
Ｅ
为正时，
Ｕ
的变化与上面相反。根
据获得的½½实际制动过程 中 的 输 入 、 输 出 语 言 变 量 之 间
的经验关系， 结合滑移 率 特 性 及人 工 控 制 经 验
，
可 以 制 定
出输入、输出语言变量的滑移率模糊控制规则如表
２
所示；
其隶属度½数和输出响应曲线分别如图
７½
所示。
１０
表
２
滑移率模糊控制规则表
图
９
输出变量
Ｕ
隶属½数
Ｕ
ＥＣ
Ｅ
ＮＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＮＭ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＭ
ＰＭ
ＰＭ
ＰＭ
ＮＳ
ＰＢ
ＰＢ
ＰＭ
ＰＳ
ＰＳ
ＰＳ
ＰＳ
Ｚ
ＰＢ
ＰＭ
ＰＳ
Ｚ
ＮＳ
ＮＭ
ＮＢ
ＰＳ
ＮＳ
ＮＳ
ＮＳ
ＮＳ
ＮＭ
ＮＢ
ＮＢ
ＰＭ
ＮＭ
ＮＭ
ＮＭ
ＮＭ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＰＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＢ
ＮＭ
ＮＳ
Ｚ
ＰＳ
ＰＭ
ＰＢ
图
１０
输出响应曲线
３．５ ＡＢＳ
及电子感应½½制动系统仿真和结果分析
（
１
）
建立电子感应制动系统
Ｓ½½½½½½½
模型
①
制动踏板加速度计的设计
加 速 度 计 模 型 如 图
１１
所 示
，
可 用 于 检 测 制 动 踏 板 运
６４
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研究与开
发
（
２
）
仿真和结果分析
假定采集的数据如下：
①ＡＢＳ
制 动 管 道 压 力
Ｐ
：
从
０½
开 始 以
１ＭＰ½ ／½
的 速 率
持续增加
０．５½
，
并维持
０．５ＭＰ½
至
１½
。
②
制 动 踏 板 受 力
Ｆ
：
从
０Ｎ
开 始 上 升 并 在
０．１½
处 升 至
图
１１
加速度计模型
最 高 为
１８０Ｎ
，
之 后 下 降 并 于
０．５½
处 降 至
０Ｎ
，
通 过 传 递 ½
数½换为制动踏板加速度送入模糊控制器。
动 的 加 速 度
，
其 质 量
½
１
的 ½ 移
½
几 乎 与 制 动 踏 板
½
½
的
③
电 子 感 应 制 动 系 统 制 动 管 道 压 力
Ｐ
：
采 用 高 ½ 蓄 ½
器， 接收制动踏板制动信号后
０．１½
内达到
０．５ＭＰ½
。
¨
加 速 度
½
成 正 比
，
加 速 度 计 输 出
Ｙ
与 制 动 踏 板 的 ½ 用 力
Ｆ
之 间 的 动 力 学 关 系 可 由 参 考 文 献
［
９
½
得 出
，
其 传 递 ½ 数
④
制动时½½½速初始值
ω
为
１００½½½ ／½
。
０
⑤
½辆质量
½
为
１５６０½½
。
分 别 在 建 立 的 普 通
ＡＢＳ
及 电 子 感 应 ½ ½ 制 动 系 统 仿
真 模 型 中 输 入 以 上 相 关 数 据
，
得 出 如 图
１５
的 滑 移 率 仿 真
结果。对比两个模型的仿真 结 果 曲 线 可 知
，
由 于 采 集 了 制
动 踏 板 加 速 度 数 据
，
电 子 感 应 ½ ½ 制 动 系 统 模 型 比
ＡＢＳ
模 型 的 滑 移 率 更 快 达 到 理 想 滑 移 率
０．２
附 近
，
时 间 提 前 了
约
０．４½
。
Ｙ
（
½
）
／Ｆ
（
½
）
为：
－ １
Ｙ
（
½
）
＝
½
１
Ｆ
（
½
）
½
２
＋ ½ ½＋ ½
½
１
½
１
型：
（
１
）
设
½ ／½
１
＝３
，
½ ／½
１
＝２
，
１ ／½
½
＝３
，
可得该系统的
Ｍ½½½½½
模
－３
½
２
＋３½＋２
②
建立电子感应制动系统
Ｓ½½½½½½½
模型
（
２
）
侧重研究制动踏板 加 速 度 模 糊 控 制 器 在 制 动 压 力 调 节
及½½滑移率控制上的 应 用 效 果
，
其 它 因 素 不 考 虑
，
由 ½
½滑移率与附着系数的关系
加速度计动力学关系
［
９
½
［
３
½
、单½½辆的动力学方程
［
４
½
、
等 得 出 仿 真 模 型
，
如 图
１２½
所
１４
示。去掉电子感应制动系统 中 制 动 踏 板 加 速 度 模 糊 控 制 器
等即可得到普通
ＡＢＳ
的
Ｓ½½½½½½½
模型， 如图
１３
所示。
图
１４
普通
ＡＢＳ
的
Ｓ½½½½½½½
实现
图
１２
电子感应½½制动系统
ＪＩＡＳＵＤＵ＿Ｓ
子模块
图
１５
电 子 感 应 制 动 系 统
（
左
）
和 普 通
ＡＢＳ
（
右
）
的 滑 移
率仿真结果对比
４
结语
由以上研究结果表 明
，
电 子 感 应 ½ ½ 制 动 系 统 对 制 动
系机械传动铰接所引起的制 动 反 应 时 间 过 长 的 问 题 有 所 解
决， 通过优化控制规则， 可 以 较 ½ 地 缩 短 制 动 距 离
，
提 高
½½制动性½， 增加½½制 动 的 主 动 安 全 性 ½
；
另 外
，
通
过给制动踏板加速度模糊控 制 器 赋 予 加 权 系 数
，
可 以 调 整
控制程度， 从而½达到理想 制 动 压 力 的 时 间 提 前
，
更 ½ 地
图
１３
电子感应½½制动系统的
Ｓ½½½½½½½
实现
缩短制动距离。
（
下½第
８５
页）
６５
机电工程技术
２００７
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３６
应用技
术
另一自动穿丝装½如图
７
所示
，
线电极
１
的前端利
用以一定速度控制旋½的主动½
２
送出
，
同时导管
３
下
降。其端部达到上部线电极导½的附近
，
利用主动½的
送丝动½
，
线电极的前端通过导管
，
再通过上部线电极
导½及喷嘴
７
后
，
通过被加工物的加工起始孔
，
达到下
部线电极导½
，
期间利用由喷嘴喷出的水柱加以约束。
再利用辊½将方
向 改 变
９０
度 后
，
通过回收管
，
到
达卷绕辊时
，
自
动连接完成。这
种自动穿丝装½
除了自动连接的
功½外
，
还具有
自动切断功½。
在图中
，
４
为切
断通电设备
，
７
排丝及废丝处理机构
排丝机构的½用是½ 张 力 ½ 与 排 丝 ½ 之 间 的 电 极 丝 产
生恒定的张力和恒定运丝速度
，
并 将 用 过 的 电 极 丝 排 到 废
丝箱内， 排丝机构后面通常装 有 废 丝 处 理 机 构 。 近 来 也 有
把废丝处理机构直接安装
在下导丝嘴后
，
切碎的废
丝用冲水管道排出
，
非常
简单。如图
８
所示。
８
结语
综上所述
，
½速走丝
电火花线切割机床的走丝
系统的机械原理和结构½
然各不相同
，
½½在寻求
一个共同的目标
：
½电极
丝在加工区½精确定½
，
½保持恒定张力
，
½恒速
运行
，
½自动穿丝。现有
的很多高精度的线切割机床的走丝系统½½达到这些要
求， 随着更粗或者更细的电极 丝 的 应 用
，
对 走 丝 系 统 将 提
出更高的要求， 其创新也将不断的进行下去。
参考文献：
［
１
½
Ｋ．Ｈ． Ｈ½
，
Ｓ．Ｔ． Ｎ½½½½½
，
Ｓ． Ｒ½½½½½½½½½
，
Ｒ．Ｄ． Ａ½½½½． Ｓ½½½½ ½½
图
８
废丝处理装½简图
６
为切断用主动½
，
５
为切断用夹紧
½
，
在需要切断
时
，
一方面在主
动½与切断用主
图
７
第二种自动穿丝装½简图
动½及夹紧½之
间加上张力
，
另
½½½ ½½½ ½½ ½½½½ ½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½
（
ＷＥＤＭ
）
［
Ｊ
½
．
Ｉ½½½½½½½½½½½½ Ｊ½½½½½½ ½½ Ｍ½½½½½½ Ｔ½½½½ ＆ Ｍ½½½½½½½½½½
，
一方面在切断通电单元的一对馈电部件之间流过电流
，
通过这样将电极丝在切断通电单元附近熔断
［
３
½
４４
（
２００４
） ：
½１２４７－ ½１２５９．
。
［
２
½
Ｂ．
麦 迪 西
；
Ｐ．
韦 尔 勒
．
电 火 花 线 切 割 机 床 的 走 丝 系 统
［
Ｐ
½
．
中½专利：
ＣＮ１１６８３０６Ａ
，
１９９７－ ０２－ ２８．
［
３
½
山 田 久
；
真 柄 卓 司
；
寺 田 裕
．
线 电 极 放 电 加 工 装 ½ 的 线 电 极
自动供丝装½
［
Ｐ
½
．
中½专利：
ＣＮ１４１８１４０Ａ
，
２００２－ ０９－ １６．
［
４
½
沈洪
．
½速走丝电火花线切割机走丝系统的现状和发展
［
Ｊ
½
．
电加工与模具，
２００２
，
（
６
） ：
１７－ １９．
［
５
½
曹 凤 ½
．
电 火 花 加 工 技 术
［
Ｍ
½
．
北 京
：
化 学 工 业 出 版 社
，
６
双丝全自动切换走丝系统
双丝全自动走丝系统是指在同一台机床上按不同加工要
求， 无需停机更换， 自动切换两种不同直径或不同材质的电
极丝， 犹如加工中心换刀一样， 提高了½速走丝机床的加工
效率。这种走丝系统在进入上导丝嘴之前是两套走丝， 后面
部分和常规结构一样。走丝系统具有互锁的结构， 两套系统
切换时间不到
４５½
。一般初加工时用直径
０．２５½½
的电极丝，
可提高电极丝的张力， 加大加工峰值电流， 切割效率大大提
高； 精加工时选择直径
０．１０½½
的电极丝， 用精规准、小电
流提高工件的加工精度和表面粗糙度。实践证明， 用双丝系
统进行粗、精加工时， 生产效率可提高
３０％
。
（
上接第
６５
页）
参考文献：
［
１
½
吴文怀
． ＳＢＣ
制动系统
［
Ｊ
½
．
实用½½技术，
２００５
，
社，
２００５．
［
３
½
方 泳 龙
．
½ ½ 制 动 理 论 与 设 计
［
Ｍ
½
．
北 京
：
½ 防 工 业 出 版
社，
２００５．
［
４
½
刘惟信
．
½½制动系的结构分析与设计计算
［
Ｍ
½
．
北京： 清
华大学出版社，
２００４．
［
５
½
李林， 李仲兴， 陈昆山
．
½ ½
ＡＢＳ
模 糊 控 制 方 法 的 分 析 与 仿
真
［
Ｊ
½
．
江苏大学学报
（
自然科学版）
，
２００３
，
２４
（
３
）
．
［
６
½
王 正 林 等
． ＭＡＴＬＡＢ ／Ｓ½½½½½½½
与 控 制 系 统 仿 真
［
Ｍ
½
．
北 京
：
（
８
）
．
［
２
½
诸静， 等
．
模糊控制原理与应用
［
Ｍ
½
．
北京： 机械工业出版
２００５．
［
６
½
Ｙ½½½½ Ａ½½½½½½
，
Ｏ½½½½½
［
Ｊ½½½½
½
． Ｗ½½½ Ｆ½½½ Ｄ½½½½½
［
Ｐ
½
．
５２８１７８７
，
１９９１－ １０－ １１．
第 一 ½ 者 简 介
：
陈 玉 娟
，
女
，
１９７６
年 生
，
湖 南 人
，
硕 士 研 究 生 。
研究领域： 慢走丝线切割技术。
（
编辑： 向
飞
）
电子工业出版社，
２００５．
［
７
½
吴 晓 莉
，
等
． ＭＡＴＬＡＢ
辅 助 模 糊 系 统 设 计
［
Ｍ
½
．
科技大学出版社，
２００２．
［
８
½
王正林， 等
． ＭＡＴＬＡＢ ／Ｓ½½½½½½½
与控制系统仿真
［
Ｍ
½
．
电子
工业出版社，
２００５．
［
９
½
刘 ½ 雁
，
等
．
机 电 系 统 动 态 仿 真 —基 于
ＭＡＴＬＡＢ ／Ｓ½½½½½½½
——
［
Ｍ
½
．
机械工业出版社，
２００５．
第一½者简介： 甘乃添， 男，
１９６６
年生， 广东五华人， 硕士研究
生， 高级讲师。研究领域： ½½安全、环保等。已发表论文
４
篇。
西安电子
（
编辑： 梁
玉
）
８５
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