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自适应模糊控制尾翼设计及其制动性能研究
汽车尾翼在提高汽车车速及车辆的操纵稳定性方面有着重要的意义。近年来除了赛车和超级跑车，越来越多的乘用车也加装尾翼来提高汽车性能。通过在汽车行驶过程中不断改变尾翼攻角，可以改善汽车在高速行驶过程中的空气阻力和气动升力，进而提高汽车的操纵稳定性和燃油经济性。除了良好的稳定性和燃油经济性外，良好的制动性能也是决定车辆性能的重要参数。大多数制动系统的研究都集中在先进的现有技术上，如主动悬架系统、自动防抱死装置和制动盘的热特性。与此同时，汽车的空气动力学制动器也受到了飞机同行的启发而逐渐发展起来。其中尾翼是这类的空气制动器中较为关键的一种，随着车辆速度的增加，尾翼对制动性能的影响也变大。
本文考虑自适应尾翼在汽车制动过程中对汽车制动性能的影响，确定了车速和制动踏板行程与尾翼攻角之间的关系。采用模糊控制策略，将车速和制动踏板行程作为模糊控制器的两个输入，电机的控制电压作为输出。此外设计自适应尾翼的执行机构，采用双蜗轮蜗杆系统作为传动机构，四连杆机构作为尾翼的升降机构，保证了尾翼在传动过程中所要求的大减速比和自锁性能。模糊控制器输出的电压驱动电机旋转对应的圈数，经过执行机构的传动将尾翼升降至目标位置，做到汽车自适应尾翼的精确控制。最后对整个自适应尾翼系统进行了稳定性分析，并对加装尾翼后的车辆进行了空气动力学仿真，验证了在车辆制动过程中自适应尾翼对车辆制动性能的提升。
1 自适应尾翼控制策略
在自适应尾翼控制系统中，尾翼的攻角与车速、加速度等输入量并不是简单的线性对应关系，各个输入之间不是简单的叠加关系，同时尾翼的输入量车速和加速度常常受到噪声和误差的影响，导致输入的不确定性。PID控制策略在面对非线性、时变、耦合及参数和输入不确定的控制系统时，控制效果并不理想。相对于传统的PID控制算法，模糊控制策略基于模糊逻辑的控制方法，能够通过使用模糊集合和模糊规则来表达和推理模糊的输入和输出关系。这使得模糊控制在面对实际问题中的不确定性和模糊性时更具鲁棒性。因此本文采用模糊控制策略作为自适应电动尾翼的控制策略。
本系统结构如图1所示。工作原理：输入信号进入模糊控制器，模糊控制器根据模糊规则得到输出电压；输出电压与反馈电压进行比较得到偏差电压，偏差电压经过放大器处理驱动电机转动，传动机构和尾翼升降机构将尾翼驱动至目标位置，使车辆获得在当前车况下的最佳气动阻力，提高汽车的制动性能。
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