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自適應(yīng)模糊控制尾翼設(shè)計及其制動性能研究
汽車尾翼在提高汽車車速及車輛的操縱穩(wěn)定性方面有著重要的意義。近年來除了賽車和超級跑車，越來越多的乘用車也加裝尾翼來提高汽車性能。通過在汽車行駛過程中不斷改變尾翼攻角，可以改善汽車在高速行駛過程中的空氣阻力和氣動升力，進而提高汽車的操縱穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟性。除了良好的穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟性外，良好的制動性能也是決定車輛性能的重要參數(shù)。大多數(shù)制動系統(tǒng)的研究都集中在先進的現(xiàn)有技術(shù)上，如主動懸架系統(tǒng)、自動防抱死裝置和制動盤的熱特性。與此同時，汽車的空氣動力學(xué)制動器也受到了飛機同行的啟發(fā)而逐漸發(fā)展起來。其中尾翼是這類的空氣制動器中較為關(guān)鍵的一種，隨著車輛速度的增加，尾翼對制動性能的影響也變大。
本文考慮自適應(yīng)尾翼在汽車制動過程中對汽車制動性能的影響，確定了車速和制動踏板行程與尾翼攻角之間的關(guān)系。采用模糊控制策略，將車速和制動踏板行程作為模糊控制器的兩個輸入，電機的控制電壓作為輸出。此外設(shè)計自適應(yīng)尾翼的執(zhí)行機構(gòu)，采用雙蝸輪蝸桿系統(tǒng)作為傳動機構(gòu)，四連桿機構(gòu)作為尾翼的升降機構(gòu)，保證了尾翼在傳動過程中所要求的大減速比和自鎖性能。模糊控制器輸出的電壓驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的圈數(shù)，經(jīng)過執(zhí)行機構(gòu)的傳動將尾翼升降至目標(biāo)位置，做到汽車自適應(yīng)尾翼的精確控制。最后對整個自適應(yīng)尾翼系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性分析，并對加裝尾翼后的車輛進行了空氣動力學(xué)仿真，驗證了在車輛制動過程中自適應(yīng)尾翼對車輛制動性能的提升。
1 自適應(yīng)尾翼控制策略
在自適應(yīng)尾翼控制系統(tǒng)中，尾翼的攻角與車速、加速度等輸入量并不是簡單的線性對應(yīng)關(guān)系，各個輸入之間不是簡單的疊加關(guān)系，同時尾翼的輸入量車速和加速度常常受到噪聲和誤差的影響，導(dǎo)致輸入的不確定性。PID控制策略在面對非線性、時變、耦合及參數(shù)和輸入不確定的控制系統(tǒng)時，控制效果并不理想。相對于傳統(tǒng)的PID控制算法，模糊控制策略基于模糊邏輯的控制方法，能夠通過使用模糊集合和模糊規(guī)則來表達和推理模糊的輸入和輸出關(guān)系。這使得模糊控制在面對實際問題中的不確定性和模糊性時更具魯棒性。因此本文采用模糊控制策略作為自適應(yīng)電動尾翼的控制策略。
本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作原理：輸入信號進入模糊控制器，模糊控制器根據(jù)模糊規(guī)則得到輸出電壓；輸出電壓與反饋電壓進行比較得到偏差電壓，偏差電壓經(jīng)過放大器處理驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，傳動機構(gòu)和尾翼升降機構(gòu)將尾翼驅(qū)動至目標(biāo)位置，使車輛獲得在當(dāng)前車況下的最佳氣動阻力，提高汽車的制動性能。
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