汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究【Matlab程序+仿真图】

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汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究52页 29000字数+说明书+任务书+开题报告+Matlab仿真图【详情如下】Matlab仿真图.rarMatlab程序及模型图.rar任务书.doc毕业设计周记进度检查表.xls汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究开题报告.doc汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究论文.doc摘要为了能够准确的了解制动防抱死系统的性能，常常使用计算机仿真技术来进行研究，本设计采用Matlab/Simulink模拟汽车在直线制动的运动状态，对ABS系统的控制规律进行计算机仿真。它与常规的试验分析相比，具有分析速度快、精度高、周期短、节省大量的人力物力的优点。ABS防抱死制动系统模型的建立，是计算机与生产实际相融合的产物。模型的建立，可以代替危险性试验，提高安全性和经济性，同时可以方便快捷的得到试验所得到的结果，以此完善设计开发中的产品性能，为ABS系统的研制与开发提供一条有效的方法。本设计简单介绍了制动系统的工作原理，通过建立普通制动系统和ABS防抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的ABS控制算法，并根据数学模型，利用Matlab/Simulink软件建立普通制动系统和ABS防抱死制动系统的仿真模块，分析普通制动系统和装有防抱死制动系统(ABS)车辆制动过程中各参数的动态变化规律。通过对比仿真结果可知ABS防抱死制动系统不仅能够达到防止车轮在制动过程时抱死的目的，还能准确控制车轮的运动状态，因此证明本次设计对ABS制动过程的仿真分析是有效的。关键词：制动；防抱死制动系统；仿真；Matlab/Simulink目录摘要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 研究内容12 防抱死制动系统概述22.1 汽车防抱死制动系统ABS的功能22.2ABS制动系统研究的理论状态23 防抱死制动系统基本原理43.1 制动时汽车的运动43.2 滑移率定义63.3 滑移率与附着系数的关系73.4制动时车轮的受力分析83.5 采用防抱死制动系统的必要性103.6 防抱死制动系统基本工作原理113.7 ABS控制技术及发展现状124 基于MATLAB软件的仿真分析154.1计算机仿真154.1.1 计算机仿真的分类154.1.2 Matlab及Simulink的简要介绍154.2 制动方程建立184.2.1 盘式制动器制动力矩的计算184.2.2 车轮模型的动力学方程204.3 在MATLAB中建立无ABS制动的模型244.4 在MATLAB中建立汽车ABS制动模型264.4.1开关控制的ABS系统仿真264.4.2P I D控制的ABS系统仿真284.4.3门限控制ABS的系统仿真304.5 MATLAB仿真的参数及结果314.5.1 仿真参数314.5.2无ABS的仿真结果324.5.3开关控制ABS的仿真结果344.5.4 PID控制ABS的仿真结果364.6不同情况下的组合分析385 总结与展望41总结41展望41致谢42参考文献43附录441 绪论1.1 课题研究的意义对车辆的制动过程进行动态的分析研究,可以分析出车辆的性能,帮助车辆的设计,采用实验的方法虽然可以获准确的数据。但成本大,周期长,盲目性大。计算机仿真技术的发展为车辆制动过程的研究提供了一个有效手段。通过对车辆制动过程全工况动态仿真,可仿真实际情况中影响车辆制动过程主要因素,为进一步优化车辆的制动系统、缩短新产品的开发周期提供有利的工具。1.2 研究内容对汽车制动过程进行受力分析，建立单轮车辆制动过程的动力学数学模型，通过对车辆制动过程全工况动态仿真，来模拟分析实际情况中汽车制动性能与各相关参数之间的关系，分析制动过程的特点，得出相关结论和对仿真结果进行处理，模拟出配备防抱死制动系统，简称ABS的汽车动态制动过程。比较分析影响制动过程的因数：1.有ABS与无ABS两种情况下的比较2.有ABS不同控制方法程比较根据以上二种情况对汽车刹车制动过程进行仿真，比较各种不同情况下汽车的制动距离，滑移率，车速轮速的关系得出结论。2 防抱死制动系统概述2.1 汽车防抱死制动系统ABS的功能 ABS是根据不同的转差率轮胎附着力性能的地面控制制动力的汽车制动系统。汽车制动的过程中,它可以防止车轮制动锁发生,并充分利用地面附着系数和增益高的地面制动力，减少汽车制动距离，并能保持汽车制动器在处理。这项技术在提高车辆安全，减少交通事故损失和提高汽车运行的经济发挥了积极作用，是一种最重要的安全技术在汽车行业。ABS防抱死制动装置就是为了防止缺陷的发生而研制的装置，它有包括下面几点好处：1.增加制动稳定性2.防止方向失控、侧滑和甩尾3.提高制动效率，缩短制动距离（松软的沙石路面除外）4.减少轮胎磨损，防止爆胎。现代轿车的ABS由输入传感器、控制电脑、输出调制器及连接线等组成。输入传感器通常包括四个车轮的轮速信号、刹车信号，个别车型还有减速度信号、手刹车或车油面信号。第一个优势是提高ABS汽车制动稳定性。汽车制动,刹车力的四个轮子是不一样的,如果汽车前轮锁,汽车司机将无法控制行驶方向,这是非常危险的,如果汽车的后轮锁,第一张幻灯片,摇摆的尾巴就会出现,甚至使汽车整个把严重的事故。ABS能防止四个轮子是完全锁当制动,提高汽车的稳定性。汽车制造商的研究数据表明,车辆配备ABS,会使车轮侧滑事故下降了约8%。 ABS第二个优势是,可以缩短制动距离。这是由于紧急制动在同等条件下,ABS滑移率会(汽车滑动距离、传动比)控制在20%左右,可以获得结果的最大纵向制动力。第三利用ABS是改善磨损条件的轮胎，以防止井喷。事实上，方向盘锁会导致小轮胎磨损,轮胎胎面损失将不均匀，使轮胎消耗费用的增加，严重时将无法继续使用。因此,配有ABS具有一定的经济效益和安全。.1 制动时汽车的运动3.1.1 制动时汽车受力分析汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力的作用。地面对汽车的作用力又分为:作用在车轮上垂直于地面的支承力和作用在车轮上平行于地面的力。汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转弯时所受到地面给汽车的力如图3.1所示。其中Fx为地面作用在每个车轮上的地面制动力，他的大小决定于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。所有车轮上所受地面制动力的总和作为地面给汽车的总的地面制动力，他是使汽车在制动时减速并停止的主要作用力。Fy为地面作用在每个车轮上的侧滑摩擦力，侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷，当车轮抱死时，侧滑摩擦力将变得很小，几乎为零。汽车直线制动时，若受到横向干扰力的作用，如横向风力或路面不平，汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向，如图3.1（a）所示。

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关键词：: 汽车抱死制动系统控制节制方法法子仿真研究钻研 matlab 程序

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汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究

52页 29000字数+说明书+任务书+开题报告+Matlab仿真图【详情如下】

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摘要

　　　为了能够准确的了解制动防抱死系统的性能，常常使用计算机仿真技术来进行研究，本设计采用Matlab/Simulink模拟汽车在直线制动的运动状态，对ABS系统的控制规律进行计算机仿真。它与常规的试验分析相比，具有分析速度快、精度高、周期短、节省大量的人力物力的优点。

　　　ABS防抱死制动系统模型的建立，是计算机与生产实际相融合的产物。模型的建立，可以代替危险性试验，提高安全性和经济性，同时可以方便快捷的得到试验所得到的结果，以此完善设计开发中的产品性能，为ABS系统的研制与开发提供一条有效的方法。

　　　本设计简单介绍了制动系统的工作原理，通过建立普通制动系统和ABS防抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的ABS控制算法，并根据数学模型，利用Matlab/Simulink软件建立普通制动系统和ABS防抱死制动系统的仿真模块，分析普通制动系统和装有防抱死制动系统(ABS)车辆制动过程中各参数的动态变化规律。通过对比仿真结果可知ABS防抱死制动系统不仅能够达到防止车轮在制动过程时抱死的目的，还能准确控制车轮的运动状态，因此证明本次设计对ABS制动过程的仿真分析是有效的。　　

关键词：制动；防抱死制动系统；仿真；Matlab/Simulink

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1 课题研究的意义1

1.2 研究内容1

2 防抱死制动系统概述2

2.1 汽车防抱死制动系统ABS的功能2

2.2ABS制动系统研究的理论状态2

3 防抱死制动系统基本原理4

3.1 制动时汽车的运动4

3.2 滑移率定义6

3.3 滑移率与附着系数的关系7

3.4制动时车轮的受力分析8

3.5 采用防抱死制动系统的必要性10

3.6 防抱死制动系统基本工作原理11

3.7 ABS控制技术及发展现状12

4 基于MATLAB软件的仿真分析15

4.1计算机仿真15

4.1.1 计算机仿真的分类15

4.1.2 Matlab及Simulink的简要介绍15

4.2 制动方程建立18

4.2.1 盘式制动器制动力矩的计算18

4.2.2 车轮模型的动力学方程20

4.3 在MATLAB中建立无ABS制动的模型24

4.4 在MATLAB中建立汽车ABS制动模型26

4.4.1开关控制的ABS系统仿真26

4.4.2P I D控制的ABS系统仿真28

4.4.3门限控制ABS的系统仿真30

4.5 MATLAB仿真的参数及结果31

4.5.1 仿真参数31

4.5.2无ABS的仿真结果32

4.5.3开关控制ABS的仿真结果34

4.5.4 PID控制ABS的仿真结果36

4.6不同情况下的组合分析38

5 总结与展望41

总结41

展望41

致谢42

参考文献43

附录44

1 绪论

1.1 课题研究的意义

　　　对车辆的制动过程进行动态的分析研究,可以分析出车辆的性能,帮助车辆的设计,采用实验的方法虽然可以获准确的数据。但成本大,周期长,盲目性大。计算机仿真技术的发展为车辆制动过程的研究提供了一个有效手段。通过对车辆制动过程全工况动态仿真,可仿真实际情况中影响车辆制动过程主要因素,为进一步优化车辆的制动系统、缩短新产品的开发周期提供有利的工具。

1.2 研究内容

　　　对汽车制动过程进行受力分析，建立单轮车辆制动过程的动力学数学模型，通过对车辆制动过程全工况动态仿真，来模拟分析实际情况中汽车制动性能与各相关参数之间的关系，分析制动过程的特点，得出相关结论和对仿真结果进行处理，模拟出配备防抱死制动系统，简称ABS的汽车动态制动过程。

　　　比较分析影响制动过程的因数：

　　　1.有ABS与无ABS两种情况下的比较

　　　2.有ABS不同控制方法程比较

　　　根据以上二种情况对汽车刹车制动过程进行仿真，比较各种不同情况下汽车的制动距离，滑移率，车速轮速的关系得出结论。

2 防抱死制动系统概述

2.1 汽车防抱死制动系统ABS的功能

ABS是根据不同的转差率轮胎附着力性能的地面——控制制动力的汽车制动系统。汽车制动的过程中,它可以防止车轮制动锁发生,并充分利用地面附着系数和增益高的地面制动力，减少汽车制动距离，并能保持汽车制动器在处理。这项技术在提高车辆安全，减少交通事故损失和提高汽车运行的经济发挥了积极作用，是一种最重要的安全技术在汽车行业。

　　　ABS防抱死制动装置就是为了防止缺陷的发生而研制的装置，它有包括下面几点好处：1.增加制动稳定性2.防止方向失控、侧滑和甩尾3.提高制动效率，缩短制动距离（松软的沙石路面除外）4.减少轮胎磨损，防止爆胎。

　　　现代轿车的ABS由输入传感器、控制电脑、输出调制器及连接线等组成。输入传感器通常包括四个车轮的轮速信号、刹车信号，个别车型还有减速度信号、手刹车或车油面信号。

第一个优势是提高ABS汽车制动稳定性。汽车制动,刹车力的四个轮子是不一样的,如果汽车前轮锁,汽车司机将无法控制行驶方向,这是非常危险的,如果汽车的后轮锁,第一张幻灯片,摇摆的尾巴就会出现,甚至使汽车整个把严重的事故。ABS能防止四个轮子是完全锁当制动,提高汽车的稳定性。汽车制造商的研究数据表明,车辆配备ABS,会使车轮侧滑事故下降了约8%。

ABS第二个优势是,可以缩短制动距离。这是由于紧急制动在同等条件下,ABS滑移率会(汽车滑动距离、传动比)控制在20%左右,可以获得结果的最大纵向制动力。

第三利用ABS是改善磨损条件的轮胎，以防止井喷。事实上，方向盘锁会导致小轮胎磨损,轮胎胎面损失将不均匀，使轮胎消耗费用的增加，严重时将无法继续使用。因此,配有ABS具有一定的经济效益和安全。.1 制动时汽车的运动

　　3.1.1 制动时汽车受力分析

　　　汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力的作用。地面对汽车的作用力又分为:作用在车轮上垂直于地面的支承力和作用在车轮上平行于地面的力。汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转弯时所受到地面给汽车的力如图3.1所示。其中Fx为地面作用在每个车轮上的地面制动力，他的大小决定于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。所有车轮上所受地面制动力的总和作为地面给汽车的总的地面制动力，他是使汽车在制动时减速并停止的主要作用力。Fy为地面作用在每个车轮上的侧滑摩擦力，侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷，当车轮抱死时，侧滑摩擦力将变得很小，几乎为零。汽车直线制动时，若受到横向干扰力的作用，如横向风力或路面不平，汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向，如图3.1（a）所示。

QQ截图20131128133835.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 2、专题二、课题来源及选题依据随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车行驶速度的提高，汽车行驶安全性能越来越受到人们的重视，而汽车的紧急刹车往往造成汽车的侧翻而对驾驶员造成伤害，ABS系统就是在这种要求下产生和发展的，它是提高汽车制动安全性的又一重大进步。但是由于电子元件的故障导致ABS故障率也相对较高，使之不能正常的工作，给行车带来了极大安全隐患。本课题主要研究ABS在控制系统作用下进行增压，保压，降压操作从而将滑移率控制在一定范围内，保证车辆在刹车过程中的安全性。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：从实践中选题，了解ABS系统的意义；学会搭建正确的车辆制动动力学模型；学习Matlab/simulink相关知识，掌握其操作过程，学会用simulink进行仿真；论文中的理论依据、所提出的观点、得出的结论无原则性错误；能对四分之一车辆模型进行正确的受力分析；所完成的论文工作量满足要求，格式正确、规范。四、接受任务学生：机械92 班姓名蒋耀五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：学生姓名：课题（设计）名称：开始日期：周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1-32012年11月7日-2012年11月27日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书对开题报告的格式内容进行改善4-82012年11月28日-12月31日指导专业实训完成实训内容多次尝试增强动手操作能力9-102013年1月9日-2月12日指导毕业实习填写毕业实习报告总结实习过程112013年2月13日-2月17日对毕业设计进行整体的指导理解毕设将要进行的大致内容查看相关书籍深化理解该课题的内容122013年2月20日-2月24日指导毕设课题的整体搭建知道毕业设计的流程及内容分布不理解的地方向老师提出132013年2月27日-3月2日指出上交的毕业设计开题报告上面的错误按照要求毕业设计开题报告对存在的问题进行改进142013年3月5日-3月9日指导完成毕业设计的绪论完成毕业设计的绪论对英译版绪论的语法及合理性进行改进152013年3月12日-3月16日指导防抱死制动系统的基本原理理解防抱死制动系统的基本原理对不理解的地方查找资料162013年3月19日-3月23日展示汽车制动时的运动了解汽车制动时的运动过程有运动制动时的整体想法周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注172013年3月26日-3月30日引入滑移率的概念理解什么叫滑移率怎样进行滑移率的计算182013年4月2日-4月6日指导提出不同路面的的附着系数不同查找不同路面的附着系数计算方法某些计算方法过于繁琐，查资料进行简化192013年4月9日-4月13日指导四分之一车辆制动模型的构建构建四分之一车辆制动模型对四分之一车辆模型进行正确的受力分析202013年4月16日-4月20日指导车辆传动机构的建模完成车辆传动机构的建模改进传动机构的模型212013年4月23日-4月27日指导Matlab/Simulink的操作学习Matlab软件并能熟练操作对Simulink的框图搭建不熟悉，查阅字典对照各个功能222013年4月30日-5月4日指导力学方程的形成及应用理解并搭建合理的动力学模型对繁琐的力学方程进行简化232013年5月7日-5月11日指导完成simulink的框图搭建完成simulink的框图搭建对框图的合理性进行修缮，移动框图使其呈现较为美观242013年5月14日-5月18日指导完成对ABS控制仿真的出图用simulink进行仿真出图选择合适的参数仿真出直观合理的仿真曲线252013年5月21日-5月25日对毕业设计进行定稿上交完整的毕业设计对毕设的细节进行改进，如：字体，排版，加粗等说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究信机系机械工程及自动化专业学号： 0923084 学生姓名：蒋耀指导教师：陈炎冬（职称：讲师）（职称：）2012年11月28日课题来源生活实践科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义通过对本专业相关知识的学习以及通过对课内外科技学术的了解，我们知道，随着科学技术的飞速发展，汽车制造和设计者将智能化与信息化技术融入汽车安全控制系统中，人们对汽车的安全操控性能要求也越来越高，都在运用现代科技及大量的人力物力为汽车安全驾驶开发先进装置，使得汽车制造向更加安全、舒适，更加人性化方向发展而作为汽车安全驾驶的重要装置 ABS（制动防抱死装置），极大地提高了汽车在各种路面紧急制动的安全性，并且在此基础上又开发出了ASR（驱动防滑转控制系统）、EBS（电子控制制动系统）等技术这些新技术、新装置的运用，对于改善车辆的操纵性、稳定性、安全性和舒适性等都有重大意义。（2）ABS的研究状况及其发展前景目前，车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。随着现代电子技术的飞速发展，ABS 的核心部件ECU也在不断地成熟，把多种功能电路集成于一块芯片，越来越多的ABS 系统已经选用功能强、速度快、集成度高的16 位微处理器，提高了ECU 的处理速度、控制精度和可靠性，扩大了ABS 的控制范围但是ABSASR并不能解决汽车制动中的所有问题因此由ABSASR 进一步发展演变成电子控制制动系统（EBS），它将是控制系统发展的一个重要的方向。EBS 系统比ABS 系统增加了各种传感器，包括三维力传感器、制动器摩擦片磨损传感器等该系统用电子控制取代机械传动，减少制动系统机械传动的滞后时，缩短制动距离。在低强度时，使摩擦片磨损最小；中等强度时，利用ABS 达到最佳的道路附着系数利用率；高强度时，施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。研究内容熟悉ABS在制动过程中的工作原理；对单轮模型进行分析并建立动力学模型；对轮胎进行分型并建立轮胎模型；对ABS的控制系统进行分析，确定控制方法；能够熟练使用MATLAB/Simulink，搭建框图并进行仿真。通过调整参数，对系统进行分析；比较不同控制系统方法下的ABS工作的稳定性与准确性。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）实验方案对汽车制动系统进行动力学分析，建立动力学模型，列出相应的动力学方程。根据动力学方程，用MATLAB/Simulink，搭建框图并进行仿真。通过调整参数，对系统进行分析，着重研究基于PID控制，开关控制。最后比较两种控制系统下的稳定性、快速性和准确性。（2）研究方法分析有ABS和无ABS的情况下对系统的影响。在不同的控制系统下，对同一个参数，分析对不同系统的影响，改变同一个参数，分析对ABS系统的影响。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月2日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2012年12月3日-2013年1月20日：专业实训。2013年1月21日-2013年3月1日：毕业实习。2013年3月2日-2010年3月8日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月9日-2013年3月29日：ABS的动力学建模与分析。2013年3月30日-2013年4月26日：用MATLAB/Simulink，搭建框图并进行仿真。2013年4月27日-2013年5月25日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：通过对开关控制、PID控制等方法的研究对其进行进一步的了解和探索，将它们的最新成果应用于ABS系统，使其更加完善的工作于车辆中。特色或创新之处使用MATLAB编程仿真，效果明显，方便改变参量，能够直观判断实验结果。采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。已具备的条件和尚需解决的问题实验方案思路已经非常明确，已经具备使用MATLAB编程仿真的能力和图像处理方面的知识。使用MATLAB编程的能力尚需加强。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编编号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：汽车防抱死制动系统的控制方法汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究仿真研究信机系系机械工程及自动化专专业业学号：学生姓名：指导教师：（职称：讲师）（职称：）2013 年 5 月 25 日摘摘要要为了能够准确的了解制动防抱死系统的性能，常常使用计算机仿真技术来进行研究，本设计采用 Matlab/Simulink 模拟汽车在直线制动的运动状态，对ABS 系统的控制规律进行计算机仿真。它与常规的试验分析相比，具有分析速度快、精度高、周期短、节省大量的人力物力的优点。ABS 防抱死制动系统模型的建立，是计算机与生产实际相融合的产物。模型的建立，可以代替危险性试验，提高安全性和经济性，同时可以方便快捷的得到试验所得到的结果，以此完善设计开发中的产品性能，为 ABS 系统的研制与开发提供一条有效的方法。本设计简单介绍了制动系统的工作原理，通过建立普通制动系统和 ABS 防抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的 ABS 控制算法，并根据数学模型，利用 Matlab/Simulink 软件建立普通制动系统和 ABS 防抱死制动系统的仿真模块，分析普通制动系统和装有防抱死制动系统(ABS)车辆制动过程中各参数的动态变化规律。通过对比仿真结果可知 ABS 防抱死制动系统不仅能够达到防止车轮在制动过程时抱死的目的，还能准确控制车轮的运动状态，因此证明本次设计对 ABS 制动过程的仿真分析是有效的。关键词关键词：制动；防抱死制动系统；仿真；Matlab/SimulinkIAbstractIn order to accurately understand the anti-lock braking system performance, often using computer simulation technology to conduct research. This design uses Matlab / Simulink simulation of the car braking in a straight line movement, the ABS system of control of a computer simulation. Compared with the common experimental analysis,it has fsater analsing speed, higher precision, shorter period, etc. besides, it saves much labor and material resources. The establishment of antilock brake systems is the result of the combination of computer and actual production. Model of antilock brake systems can take place of the dangerous experiments,improve the safety and save much money. At the same time, it helps get the result as soon as possible. So that the function of the product can be made better. in a word, it provides an effective method to the reserch and development of the antilock braking system.The project briefly introduces the principles of the braking system .It gets antilock braking system controlling algorithm according to the establishment of ordinary braking system and methematical antilock braking system. On the basis of methematical model, it uses Matlab/Simulink software to eatablish a simulate template of an ordinary braking system and an antilock braking system to analyses the motional changing regularity of kinds of parameters of vehicle which installed with ordinary braking system and the vehicle with antilock braking system. When the results are compared, we get to know that antilock braking system can not only prevent the wheels form been braken while braking, but also controll the moving condition of them. So that this design of the braking processs simulation analysis is effective. Key words：brake；antilock braking system；simulation；Matlab/Simulink 目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录.V1 绪论.11.1 课题研究的意义.11.2 研究内容.12 防抱死制动系统概述.22.1 汽车防抱死制动系统 ABS 的功能.22.2ABS 制动系统研究的理论状态 .23 防抱死制动系统基本原理.43.1 制动时汽车的运动.43.2 滑移率定义.63.3 滑移率与附着系数的关系.73.4 制动时车轮的受力分析.83.5 采用防抱死制动系统的必要性.103.6 防抱死制动系统基本工作原理.113.7 ABS 控制技术及发展现状.124 基于 MATLAB 软件的仿真分析.154.1 计算机仿真.154.1.1 计算机仿真的分类.154.1.2 Matlab 及 Simulink 的简要介绍.154.2 制动方程建立.184.2.1 盘式制动器制动力矩的计算.184.2.2 车轮模型的动力学方程.204.3 在 MATLAB 中建立无 ABS 制动的模型.244.4 在 MATLAB 中建立汽车 ABS 制动模型.264.4.1 开关控制的 ABS 系统仿真.264.4.2P I D 控制的 ABS 系统仿真 .284.4.3 门限控制 ABS 的系统仿真.304.5 MATLAB 仿真的参数及结果.314.5.1 仿真参数.314.5.2 无 ABS 的仿真结果.32I4.5.3 开关控制 ABS 的仿真结果.344.5.4 PID 控制 ABS 的仿真结果 .364.6 不同情况下的组合分析.385 总结与展望.41总结.41展望.41致谢.42参考文献.43附录.44无锡太湖学院学士学位论文01 1 绪论绪论1.1 课课题题研研究究的的意意义义对车辆的制动过程进行动态的分析研究,可以分析出车辆的性能,帮助车辆的设计,采用实验的方法虽然可以获准确的数据。但成本大,周期长,盲目性大。计算机仿真技术的发展为车辆制动过程的研究提供了一个有效手段。通过对车辆制动过程全工况动态仿真,可仿真实际情况中影响车辆制动过程主要因素,为进一步优化车辆的制动系统、缩短新产品的开发周期提供有利的工具。1.2 研研究究内内容容对汽车制动过程进行受力分析，建立单轮车辆制动过程的动力学数学模型，通过对车辆制动过程全工况动态仿真，来模拟分析实际情况中汽车制动性能与各相关参数之间的关系，分析制动过程的特点，得出相关结论和对仿真结果进行处理，模拟出配备防抱死制动系统，简称ABS 的汽车动态制动过程。比较分析影响制动过程的因数：1.有 ABS 与无 ABS 两种情况下的比较2.有 ABS 不同控制方法程比较根据以上二种情况对汽车刹车制动过程进行仿真，比较各种不同情况下汽车的制动距离，滑移率，车速轮速的关系得出结论。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究12 2 防抱死制动系统概述防抱死制动系统概述2.1 汽汽车车防防抱抱死死制制动动系系统统 ABS 的的功功能能 ABS是根据不同的转差率轮胎附着力性能的地面控制制动力的汽车制动系统。汽车制动的过程中,它可以防止车轮制动锁发生,并充分利用地面附着系数和增益高的地面制动力，减少汽车制动距离，并能保持汽车制动器在处理。这项技术在提高车辆安全，减少交通事故损失和提高汽车运行的经济发挥了积极作用，是一种最重要的安全技术在汽车行业。ABS 防抱死制动装置就是为了防止缺陷的发生而研制的装置，它有包括下面几点好处：1.增加制动稳定性 2.防止方向失控、侧滑和甩尾 3.提高制动效率，缩短制动距离（松软的沙石路面除外）4.减少轮胎磨损，防止爆胎。现代轿车的 ABS 由输入传感器、控制电脑、输出调制器及连接线等组成。输入传感器通常包括四个车轮的轮速信号、刹车信号，个别车型还有减速度信号、手刹车或车油面信号。第一个优势是提高ABS汽车制动稳定性。汽车制动,刹车力的四个轮子是不一样的,如果汽车前轮锁,汽车司机将无法控制行驶方向,这是非常危险的,如果汽车的后轮锁,第一张幻灯片,摇摆的尾巴就会出现,甚至使汽车整个把严重的事故。ABS能防止四个轮子是完全锁当制动,提高汽车的稳定性。汽车制造商的研究数据表明,车辆配备ABS,会使车轮侧滑事故下降了约8%。 ABS第二个优势是,可以缩短制动距离。这是由于紧急制动在同等条件下,ABS滑移率会(汽车滑动距离、传动比)控制在20%左右,可以获得结果的最大纵向制动力。第三利用ABS是改善磨损条件的轮胎，以防止井喷。事实上，方向盘锁会导致小轮胎磨损,轮胎胎面损失将不均匀，使轮胎消耗费用的增加，严重时将无法继续使用。因此,配有ABS具有一定的经济效益和安全。此外，ABS 使用方便,工作可靠。使用 ABS 和普通制动系统使用几乎没有差异，紧急刹车时,只有脚踩刹车踏板硬、ABS 将进入工作状态根据情况，即使雪和湿滑的道路、ABS 将保持制动状态最佳。ABS 通过计算机控制车轮制动力，可以充分发挥效率的制动和改善制动减速和缩短制动距离，能有效地提高车辆制动的稳定性，防止车辆侧滑和旋转，减少交通事故发生的数量，因此被认为是最有效的措施,提高汽车的安全性。高级汽车的 ABS 已经和公交已经在国内外广泛使用。2.2ABS 制制动动系系统统研研究究的的理理论论状状态态研究 ABS 在中国从 80 年代初开始。单位和企业从事的工作是开发了很多 ABS,如东风汽车公司、重庆高速公路研究所、大学西安市公路、清华大学、吉林大学、北京理工大学、上海汽车制动器有限公司和山东中国重汽集团等。典型的有以下几个。清华大学国家重点实验室等汽车安全与节能宋健几个博士生导师、教授,拥有强大的技术力量,他们也有一批先进的仪器和设备的配套,如汽车力学参数综合试验台,弹射式冲击试验床和滚动试验台,模拟和校准试验台,柯达高速图像运动分析系统、电液振动台,直流电力测功机和发动机排放分析仪、工况的发动机电子控制系统开发和仿真、计算机工作站和亚当斯,软件思想,非接触式速度计、噪声测试系统、转鼓试验台、电动汽车电池测试,电机试验台及其无锡太湖学院学士学位论文2控制系统等。实验室研究 ABS 制造各种各样的,其中,ABS 控制量,不同的轮速信号抗干扰处理,轮速信号响应的研究指出,防抱死制动电磁阀动作的研究在国内的领先地位车动态模拟国家重点实验室的吉林大学为代表的四个院士,研究人员致力于汽车操纵稳定性、汽车轮胎、汽车操纵动力学模型、汽车轮胎稳态和非稳态回转特性研究,在轮胎力学模型中,车辆操纵稳定性和人-车闭环控制仿真运动的结果已达到世界先进水平。中国南方学院技术学院的交通为代表的吴教授豪佳女士从事汽车安全与电子技术和结构设计和计算的研究,在一个独特的特性是ABS技术,建立制动压力函数,通过地面轮制动力和车辆动力学方程来计算平均汽车制动减速,车的速度,还可以通过计算轮缸等效应力函数的防抱死制动滑移率时。此外,在滑移率之间的关系和粘附系数、车辆技术条件和试验方法有独特的见解。济南程军电子科技公司为代表的ABS专家程军、济南程军电子科技公司的ABS控制算法研究,作者理论与实践的汽车防抱死制动系统(如几本书，特别是在ABS控制算法，是国内ABS开发者的一个必要的信息。此外,他们都是基于仿真环境MAT2LAB防抱死控制逻辑,基于VB开发环境对车辆处理的仿真研究,仿真车辆动力学控制方面进行了研究。重庆形状的产品包括汽车、摩托车系列JN111FB空气制动电子单通道,JN144FB空气制动电子四通道和JN244FB液压电子设备如类型的ABS及其相关零部件30多个品种,ABS产品已通过国家汽车质量监督检测中心和认定的国家客车质量监督检验中心、国家实用新型技术专利,并正式列入国家火炬计划项目。西安市BoHua公司主要产品适用于大中型客车及卡车的四通道气压ABS和适用介质货车液压三通道ABS及其相关组件。包括BH1203 - FB型ABS和BH1101 - FB型ABS通过了科技成果鉴定陕西省科学技术委员会和机械行业新产品鉴定的陕西省,认为该技术已达到国内领先水平。山东重汽集团引进国际先进技术进行的研究也已取得了一些进展。重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动 FKX - ACI 型 ABS 装置已通过国家级技术鉴定,但各种制动情况的适应性还有待提高。清华大学开发的适用于介质客车空气制动ABS由于资源价格和性能优势,应用陶瓷材料将迅速扩大,应用金刚石、立方氮化硼超硬材料将进一步扩大,新的刀具材料的交货时间会越来越短,品种新品牌的推出将越来越快。人们希望两高速钢,硬质合金强度和韧性,硬度和耐磨性的超硬材料的新的刀具材料是完全可能的。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究33 3 防抱死制动系统基本原理防抱死制动系统基本原理3.1 制制动动时时汽汽车车的的运运动动3.1.13.1.1 制动时汽车受力分析制动时汽车受力分析汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力的作用。地面对汽车的作用力又分为:作用在车轮上垂直于地面的支承力和作用在车轮上平行于地面的力。汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转弯时所受到地面给汽车的力如图 3.1 所示。其中 Fx 为地面作用在每个车轮上的地面制动力，他的大小决定于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。所有车轮上所受地面制动力的总和作为地面给汽车的总的地面制动力，他是使汽车在制动时减速并停止的主要作用力。Fy 为地面作用在每个车轮上的侧滑摩擦力，侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷，当车轮抱死时，侧滑摩擦力将变得很小，几乎为零。汽车直线制动时，若受到横向干扰力的作用，如横向风力或路面不平，汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向，如图 3.1（a）所示。图3.1 汽车直线和转弯制动时的平面受力简图若汽车在转弯时制动或在制动时转弯，也将产生侧滑摩擦力使汽车能够转向，如图3.1 (b)所示。地面制动力决定制动距离的长短，侧滑摩擦力则决定了汽车制动时的方向稳定性。这里将作用在前轮上的侧滑摩擦力称为转弯力，将作用在后轮上的侧滑摩擦力称为侧向力。转弯力和汽车的方向操纵性有关，它保证了汽车能够按照驾驶员的意愿转向;侧向力和汽车的方向稳定性有关，它保证了汽车的行进方向。转弯力越大，汽车的方向操纵性越好;侧向力越大，汽车的方向稳定性越好。正如上面提到的,应用适当的制动,可以有效地把车停下来。制动强度太大,是汽车的主要原因有各种危险的运动状态。因此,汽车,根据冰雪路、坏路、水、湿路,干路,直路,弯曲的道路,道路状况,如根据车辆的速度和方向角的驾驶条件操作,必须刹车,注意不要让车轮锁。3.1.23.1.2 车轮抱死时汽车运动情况车轮抱死时汽车运动情况车轮抱死时汽车所受到的侧滑摩擦力将会变的很小，这将使汽车制动时保持方向操无锡太湖学院学士学位论文4纵性和方向稳定性的转弯力和侧向力变的很小，使汽车在制动时出现一些危险的运动情况。对 ABS 系统来说，就是要防止这些危险情况的出现。下面从汽车在一种路面上直线和转弯制动两方面简单讨论一下当车轮抱死时汽车的运动情况。（1）汽车在一种路面上直线运动制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 3.2 所示。图 3.2 (a)为只有前轮抱死时，由于前轮的转弯力基本为零，无法进行正常的转向操作。为制动时前轮全部抱死而后轮不抱死汽车的运动情况示意，当前轮抱死时转弯力为零，驾驶员无法控制汽车的方向使汽车转向来避让前方的障碍物，这时由于汽车后轮不抱死，所以汽车仍具有侧向力来维持方向稳定性。图 3.2 (b)为只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，汽车仍具有方向操纵性，但会因后轮抱死而失去方向稳定性使汽车侧滑。汽车不能保持原来的行驶方向，由于离心力和前轮转向力的作用，汽车将一面旋转一面沿曲线行驶(这种运动叫外旋转)。图 3.2 (c)为前后车轮全部抱死时时转弯力和侧向力都为零，这种状态很不稳定，路面不均匀、左右轮地面制动力不相等时，即使对汽车施加很小的偏转力矩，汽车就会产生不规则运动而处于危险状态，在不规则旋转的过程中将制动释放，汽车就会沿着瞬时行驶方向急速驶出，这也是很危险的。（2）汽车在一种路面上转弯制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 3.3 所示。所有这些运动情况若在制动时出现，都是极其危险的。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究5图 3.2 汽车直线制动车轮抱死时的运动情况图3.3 汽车转弯制动车轮抱死时的运动情况3.2 滑滑移移率率定定义义通常，汽车在制动过程中存在着两种阻力：一种阻力是制动器摩擦片与制动鼓或制动盘之间产生的摩擦阻力，这种阻力称为制动系统的阻力，由于它提供制动时的制动力,因此也称为制动系制动力；另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力，也称为地面制动力。地面对轮胎切向反作用力的极限值称为轮胎- 道路附着力，大小等于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎- 道路附着系数的乘积。如果制动系制动力小于轮胎- 道路附着力，则汽车制动时会保持稳定状态，反之，如果制动系制动力大于轮胎- 道路附着力，则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。地面制动力受地面附着系数的制约。当制动器产生的制动系制动力增大到一定值(大于附着力)时,汽车轮胎将在地面上出现滑移。汽车的实际车速与车轮滚动的圆周速度之间的差异称为车轮的滑移率。滑移率S的定义式为: （3.1）tttbVrwVVVS10式中: Sb 滑移率; Vt 汽车的理论速度(车轮中心的速度) ; 汽车车轮的角速度; r 汽车车轮的滚动半径。由上式可知:当车轮中心的速度(即汽车的实际车速) Vt 等于车轮的角速度和车轮滚动半径 r 乘积时,滑移率为零( Sb = 0) ,车轮为纯滚动;当 = 0 时,Sb = 100 % ,车轮完全抱死而作纯滑动;当 0 Sb 100 %时,车轮既滚动又滑动。无锡太湖学院学士学位论文63.3 滑滑移移率率与与附附着着系系数数的的关关系系图3.4 给出车轮与路面纵向附着系数和横向附着系数随滑移率变化的典型曲线。当轮胎纯滚动时,纵向附着系数为零;当滑移率为15 %30 %时,纵向附着数达到峰值;当滑移率继续增大,纵向附着系数持续下降,直到车轮抱死( Sb = 100 %) ,纵向附着系数降到一个较低值。另外,随着滑移率增大,横向附着系数急剧下降,当车轮抱死时,横向附着系数几乎为零。从图可以看出,如果能将车轮滑移率控制在15 %30 %的范围内,则既可以使纵向附着系数接近峰值,同时又可以兼顾到较大的侧向附着系数。这样,汽车就能获得最佳的制动效能和方向稳定性。ABS 即是基于这一原理而研制的。图3.4 滑移率与附着系数关系实验证明，道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、材料有关，不同性质道路其附着系数变化很大。图3.5给出了不同类型路面上滑移率-纵向附着系数之间的关系。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究7 图3.5 不同路面上纵向、侧向附着系数与滑移率关系曲线由图3.5可以看出，各种路面上的变化的总体趋势是一致的。滑移率和纵向附着系数之间的关系曲线随路面类型的不同，出现峰值的滑移率的取值也会不一样，并且对应不同路面类型的滑移率-纵向附着系数曲线在峰值附着系数后曲线下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在湿滑的路面上略微有些下降。一般干燥洁净的平整水泥、沥青路面纵向峰值附着系数高达0.8-0.9，而冰雪路面的纵向峰值附着系数低至0.1-0.2。如果这种差别随路面类型的不同变化比较明显，则在设计ABS系统控制方法时，就必须考虑到随路面类型的不同而采取不同的控制目标和策略。若汽车在同一种类型路面上制动时的初速度不一样，车轮的纵向附着系数和滑移率之间的关系曲线也会略有不同，制动时的车速越高，车轮的纵向附着系数越低。但在同一路面上以不同制动初速度制动时车轮的附着系数-滑移率关系曲线不会有太大变化。简而言之,制动在路上车,车轮附着系数和滑移率之间的非线性特性是主要因素，汽车制动性能。事实上，汽车制动过程是一个非线性变化过程和路面之间轮，轮附着系数与车轮运动状态变化的非线性过程，所以，汽车的制动过程是一种非线性制动过程。制动时汽车的制动系统通过改变车轮的运动,改变车轮的滑移率,形成整个制动过程的非线性。3.4 制制动动时时车车轮轮的的受受力力分分析析汽车在行驶过程中能够实施制动过程的本质原因是由于与轮胎接触的路面给相应车轮提供了路面制动力。路面制动力是使汽车制动并进行减速行驶的外力。但是路面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动器摩擦片与制动盘或者制动蹄与制动鼓之间的摩擦力制动器制动力；另一个是轮胎与路面间的摩擦力附着力（路面制动力）。无锡太湖学院学士学位论文8图 3.6(a) 制动时车轮受力情况图 2.6(a)为车轮在制动时的受力情况示意图，路面制动力可由下式确定： xbMFr（3.2）式中: 路面制动力，N ；xbF 制动器摩擦力矩, Nm 。M上式成立的先决条件是路面制动力不超过路面间的附着力。制动器制动力相当于将汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力，可由下式确定：（3.3）rMF式中: 制动器制动力，N 。F当制动踏板力较小，制动器摩擦力矩不大时，路面与轮胎之间的摩擦力路面制动力足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。显然，车轮滚动时的路面制动力就等于制动器制动力，且随踏板力的增长而增长，如图 3.6(b)所示。但路面制动力是滑动摩擦的约束反力，它的值不可能超过附着力，即：图 3.6(b) 路面制动力，制动器制动力，以及附着力的关系 (3.4) WFFxb汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究9 max （3.5）xbF=F式中: 路面附着力，N；F 车轮上的垂直载荷，N；W 路面附着力系数。图 3.6(b)路面制动力，制动器制动力，以及附着力的关系当路面制动力达到附着力时，车轮即将抱死不转而出现纯滑移现象。此时，如果继续增大制动器踏板力（或制动管路压力），制动器制动力将由于制动器摩擦力矩的增大而继续增长。但是，若作用在车轮上的垂直载荷为常数，路面制动力达到附着力之后就不再增加。由此可见，汽车的路面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受到路面附着力系数的限制，所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时路面又能提供足够高的附着力时，才能获得足够高的路面制动力，足够大的制动减速度和较小的制动距离。提示：影响附着系数的因素很多，如路面的状况、轮胎的花纹、车辆的行驶速度、轮胎与路面的运动状态等。在诸因素中，车轮相对于路面的运动状态对附着力有着重要的影响，特别是在湿路面上其影响更为明显。3.5 采采用用防防抱抱死死制制动动系系统统的的必必要要性性汽车运行在一条直线，紧急制动突然,汽车轮锁和汽车线往前滑,还发出吓人的轮胎与地面之间的摩擦，车子终于停了。在日常生活中，每个人都可能会遇到这种现象。如果发生车祸，交通警察是在第一个痕迹总是检查汽车制动器,确定司机在事故中制动而采取了措施。然后测量制动距离,看看车辆制动效果好。当轮胎滑移率为8% 8%，轮胎和她的脸摩擦(附着力)是最大的。如果轮胎滑移率太大,附着力减少相反。如果司机可以控无锡太湖学院学士学位论文10制轮胎滑移率,所以它总是制动时8% - 25%范围内,汽车将停车在较短的制动距离。当车辆转向,如果车辆紧急制动,以及直线驱动轮锁将会出现的现象。因为轮锁、汽车侧向附着力变成零,汽车轮胎侧向滑动,汽车能够控制方向的深度,这是非常危险的。车辆横向附着力和制动力之间的关系非常密切。当没有刹车前、后轮胎的滑动方向是零,那么车轮侧向附着力是最大的。司机一步动态制动踏板,随着增加制动力、轮胎滑移率增加,小横向附着力逐渐慢下来。最后,当轮胎滑移率为 100%,轮胎锁。这汽车侧向附着力几乎等于零。,把汽车,轮胎侧滑开始出现。在方向盘锁、方向盘已经不能工作,陷入这场困境的我们无法控制汽车的方向,前轮锁车只有最后停车沿着直线,只有后轮锁车终于停止旋转的现象,如果前轮和后轮锁、汽车侧边缘直接的最后一站。的各种状态是极其危险的。当然技术熟练的司机在某种程度上能根据各种条件合理地操作制动，如采用点制动。可是一旦遇上紧急状态，大多数人都是一脚踏死制动踏板，使轮胎抱死为此。司机不能做许多事情,传感器将能够这样做。传感器数据排序、判断,到执行机构所需信息，这部分的工作电脑,它非常简单,根据指令执行的计算机操作，它也不会有什么大问题在机械结构。ABS系统调整到每个车轮制动缸，制动液压力，以防止任何造成刹车过猛可能当车轮锁。当不再有可能锁车轮,然后回到正常的压力。滑移率控制在一定的范围内。这样不但提高车辆交通的稳定性，提高车辆方向控制,缩短制动距离。3.6 防防抱抱死死制制动动系系统统基基本本工工作作原原理理ABS 系统是通过不断变化的根据某些规则当制动压力的制动液不会产生车轮锁状态。这一变化过程的制动液压力实际上是 ABS 系统实施的过程控制方法。下面基于车轮加减速度逻辑门限控制方法来控制直线制动过程的单个道路为例，简单，基本工作原理。在汽车制动,如果车轮锁滑,横向附着力车轮和路面之间将完全消失。如果只有前轮转向轮制动锁滑车轮滚滚,车辆将失去动力。如果只有后制动拥抱死亡滑动和前轮轧、甚至小横向干扰力,也将有一个边车(spin)现象。这些都是容易导致严重的交通事故。汽车制动时，因此，不希望锁车轮制动滑动，但希望这个车轮制动器到边边滑动状态。图3.7 ABS的工作区域通过实验,当汽车车轮滑移率为15% 15%,最大的附着系数之间的轮胎和路面。因汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究11此，为了充分发挥这种潜在轮胎与路面间的附着能力,ABS系统来实现速度控制车轮中心和切线速度，保持滑动率在15% 20%之间这个特性。ABS工作领域的现代汽车ABS ABS工作区域如图所示在制动过程中,控制单元(ECU)在10到12次/秒的频率控制制动压力调节器”增压压力保持一个救援“制动压力调节回路,实现车辆在制动和车轮滑移率控制在纵向附着系数路面附近之间最大的理想滑动率在较窄的范围内,改善汽车的制动性能和制动时的方向稳定性。为了实现这一目标,为汽车驾驶道路条件和实现不同的控制过程。目前,广泛采用逻辑阈值ABS控制方法,即控制参数事先指定并设置相应的控制阈值方法(用于汽车,在各种速度和路面条件下,通过反复试验获得的数据),当制动器将检测实际参数和ECU设定阈值比较，及时控制制动过程。基于道路行驶状况，控制过程,对制动ABS可以分为：汽车高附着系数的路面和低附着系数路面附着系数的路面突变由高到低附着系数路面等三种制动控制过程。逻辑门限控制方法，ABS控制参数：轮减速(或角减速)、加速度(或角加速度)和车轮滑移率。轮减速和加速通过轮速传感器输出信号从ECU通过车轮滑移率在实际大多数是ABS制动过程,当车轮的减速控制阈值集的瞬时近似实施控制的ABS轮速的初始速度,并遵循斜率近似集在任何时间的过程中计算确定制动速度(参考速度),计算出参考速度和轮速度在任何时刻的过程中制动轮参考滑移率是用于ABS制动过程控制。轮在ABS控制,如何加、减速度阈值阈值和滑移率、各种综合控制参数。单独使用任何一种阈值参数有显著的限制来控制。例如：轮只是加、减速度作为控制阈值，当汽车在高速公路上低附着系数在紧急制动,由于制动驱动轮减速达不到控制阈值、ABS将无法控制轮,因此会有一个锁现象；如果只车轮滑移率作为控制阈值，由于汽车在不同的路面情况，纵向附着系数最大的速度变化范围大的滑移(8% - 30%)，因此只有通过滑动率的固定阈值法作为控制阈值,很难保证各种道路条件下可以获得最佳的制动效果。ABS轮更常用的加，因此，进行全面的控制速度和滑动率阈值方法，ABS具有较高能力的自动自适应控制，确保条件下的各种道路条件和道路表面的制动安全。3.7 ABS 控控制制技技术术及及发发展展现现状状控股制动系统是一个典型的反馈控制过程。如果车辆系统为控制对象,车轮速度传感器作为检测元件的反馈量,保持制动系统的基本原理和功能,预防、控制和调整制动管路压力,控制和调整制动器摩擦制动转矩,使道路制动功率的最大值,即使车轮滑移率是 15% 25%范围内,以确保制动有高附着系数利用率的过程中,为了提高制动效率,满足制动性能的综合要求,即制动距离短,横向稳定性好,良好的转向控制,保证汽车制动有足够高的安全与舒适。汽车控股制动系统逻辑发展到现在,各种形式的逻辑。因为没有一个统一的逻辑质量评价指标,只能根据实验结果进行比较,以及各种条件逻辑设计和优化 ABS 带来了很大的不便。在这之前有许多人进行了研究,有逻辑阈值控制、PID 控制和滑模变结构控制、模糊控制、开关控制。逻辑门限控制，是一个典型的基于逻辑门限控制方法，它是一个控制方法、历史最悠久的使用是汽车 ABS 控制方法所采用的一般。一些参数的阈值方法被用来控制，即根据轮加、减速和参考滑移率限制的增压、减压、压力控制、车轮滑移率的最优滑移率附近无锡太湖学院学士学位论文12波动。是一种有效的控制方法对非线性系统。该方法系统的可靠性和控制参数少，成分简单，但是控制参数的调整需要更多的经验。PID 控制,该方法是基于滑移率，甚至实际滑移率控制在最优滑移率点或接近它。理论上,这个系统是最好的，但它的实现是困难的，尤其是在最佳滑移率点不容易确定，因此理论研究和仿真工作更多，但是没有实际的系统控制。滑模变结构控制,基于经典控制理论的数学控制的控制是一类特殊的非线性控制方法，该方法根据系统状态，偏差的导数值,不同的控制区域,在一个理想的方法来切换控制音量的大小，使系统在开关线相邻区域来回运动，使系统领域内的滑动曲线非常小在滑动沿着在节曲线。模糊控制方法,它是一种模仿人类的思维方式和控制经验，介绍经验的正规和控制过程,用严格的数学处理,实现模糊推理、判断决策,以达到令人满意的结果。它首先将数字量的精确的模糊集隶属函数，然后根据模糊控制规则发展的控制器，模糊逻辑推理，得到模糊输出隶属函数，根据推理为隶属函数，并使用不同的方法来找到一个精确值的代表作为控制量，添加到控制执行机构。在上面的几种控制方法，逻辑阈值控制方法是一种控制方法,历史最悠久的使用是汽车ABS控制方法所采用的一般，这是一种控制模式经验的基础上,它使用一些参数(如加、减速度)控制阈值的方法，并把一些辅助阈值，它是一种有效的非线性系统控制方法。这种控制方法的优点是:首先,它不涉及使用特定的控制数学模型，从而消除了大量的数学计算，并且可以提高系统的实时响应，使军备控制复杂的非线性问题简化；第二，它需要更少的控制参数，特别是消除了速度传感器，该系统结构简单，成本大大降低；此外，它的执行机构是相对容易实现。其缺点是系统控制逻辑比较复杂，控制不稳定，控制系统在不同的阈值方法是经过反复试验获得的经验数据，尚未完全根据这一理论，并完成ABS装置与逻辑阈值方法对穷人兼容性的各种模型。当使用这种控制方法对模型开发新ABS装置，需要更多的时间和大量的实验来确定和调整控制逻辑和控制参数,以达到最佳的制动效果。滑模变结构方法的理论,具有很强的适应性,但滑动运动在剖面线开关抖动由于惯性的系统当叠加,所以在该方法应用到实际,必须首先解决抖动问题的系统。最优控制方法非常成熟的理论，它将车轮的角速度和角加速度作为状态变量，优化控制系统,可以实现良好的理论上的制动性能。然而，滑模变结构和最优控制是现代控制理论的控制方法,其应用的成功，关键在于数学模型是正确的,事实上,几乎不存在或无法控制,动态模型的参数识别精度的模型本身就是问题，关键的车辆分布(如乘客装载质量和数量和位置)在实践中也是可选的。和以获得所需的数学模型在相关控制参数和状态变量，它们都需要准确的实时速度的确定车身的。在车辆制动速度，然而，不平等与车轮的转速、车轮速度来间接计算速度，在实时性、准确性可以满足要求的两个控制方法。目前，以满足需求的速度传感器，因为它的成本是相对较高的，不能使用。此外，对于这两种控制方式的电动伺服机制也比较复杂，因此降低了系统的可靠性，采用了在实践中。模糊控制也是一种控制方法基于经验，但其控制基于之前构建一个规则库，同时有很多控制规则在规则库和隶属度,基于模糊推理和模糊,然后根据控制音量控制。所以,它可汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究13以保持各种复杂工作环境的特点建立了足够的经验规则,共同来控制汽车制动过程。因为每个规则只有一个特定形式的隶属度来影响最终的结果，当外面的世界,当面对只有轻微影响最终结果，系统的鲁棒性好。并不是基于模糊控制模型，这使得它特别适合解决非线性问题和复杂的系统。又因为它是一种控制,基于语言特点给机器可以把人们的思维、ABS 具有一定的智能,更能适应不断变化的环境,但模糊控制的计算方法不是有效的一般，只能依靠设计者的经验和多次调试，还需要根据实验。目前实际应用最广泛的和更有效的制动控制武器系统控制方法的逻辑门限控制，该方法已在国外成熟，一个非常有用的控制方法。因此，有必要开发控制方法应用于制动控制系统。无锡太湖学院学士学位论文144 4 基于基于 MATLAB 软件的软件的仿真分析仿真分析4.1 计计算算机机仿仿真真仿真一个单词源自英语“Simulink”,是真正的系统(物理)在不破坏的前提下,物理性质的一种合理简化和高度概括。仿真不仅是计算机应用的一个重要方面,近年来快速发展的一个新学科。在系统的分析设计过程中,除了使用理论分析和计算进行了系统的实验研究,往往需要对系统的特点。这个实验的研究一般有两种:一种是在实际的系统,另一个是在模型上。从安全、经济和可能性考虑许多方面,很难做实验在实际系统。所以在早期采用的模型试验。所谓模拟，就是使用系统模型结合实际或模拟环境条件进行研究，分析或实验方法。其目的是力求在实际系统建立，是近于实际的成果。通过仿真,可以是一个部分的绩效评估系统;试验一些新的系统的理论假设,等等。4.1.14.1.1 计算机仿真计算机仿真的的分类分类根据系统模型的仿真系统仿真可分为物理模拟和数值模拟。与物理模型来模拟实际的系统通常被称为物理模拟。在计算机和数字仿真试验进行了系统模型，也称为计算机仿真。对于一个真正的系统，因为自己的复杂性，很难用一个物理模型模拟。为了研究一些复杂的系统设计来创建一个物理模型通常需要一个沉重的代价，周期长。数字计算机仿真是解决困难的模拟计算机仿真。近年来,快速发展的数字集成电路技术,数字仿真的趋势日益明显。本文还使用在数字仿真。数字仿真通常使用以下三种方法：第一个方法是模拟编程仿真本身。在使用这种方法,要求用户建立良好的系统数学模型。因此,这种方法通常用于系统简单、仿真本身有一定的建模和编程能力。第二种方法是数学模型由用户自己设置。选择一些常见算法图书馆系统是模拟的，如在应用 Matlab Simulink 仿真。第三种方法是选择专用仿真软件仿真。这个软件通常提供一个建模工具,用户只需要方式根据原理图仿真数据。专业软件自动建模和仿真输出结果。显然第三的这三种方法是最简单的，它只需要用户输入仿真数据，但它的成本也增加了。第一种方法的缺点是,模型是更困难的，模拟编程能力要求较高。4.1.24.1.2 MatlabMatlab 及及 SimulinkSimulink 的简要介绍的简要介绍（1） Matlab 简介 Matlab是 MathWorks公司1982年推出高性能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便、界面友好的用户环境。 Matlab意味着矩阵实验室(矩阵实验室),首先由解包和EISPACK计划开发的,主要用于方便访问矩阵,是基本元素不必定义维度矩阵。经过多年的改进和扩展,已发展了线性代数课程标准工具,也是其他课程领域的实用程序。在工业环境中,Matlab是用来解决实际工程和数学问题。 Matlab 包括称为 Toolsbox(装备)的各种应用解决问题的工具。Matlab 工具箱的实际上汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究15是扩展应用一系列的 Matlab 函数(称为 M 文件),它可以用来解决这个问题的每一个特定的纪律。 Matlab 软件的特点：在 Matlab 环境下，用户可以方便地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。现将它的一些重要特色进行如下小结。 1.数值与符号的计算功能强大强大的计算、符号、形式和规模的数值计算可以完成，强大的矩阵运算能力和能力可以解决大问题的稀疏矩阵。Matlab数值计算功能包括矩阵运算、多项式、有理分式运算、数据分析、数值积分和优化等。 2.语言简单易学 Matlab除了命令行交互操作,您也可以通过编程。可以很容易地使用Matlab对C或Fortran语言几乎所有的功能,包括窗户的设计图形用户界面，并且容易学习的编程语言。Matlab强大的可扩展性，用户可以编辑你的工具箱。 3.图形功能强大 Matlab提供了两个级别的图形命令行:一个是低级图形图形命令语句；另一种是基于低级图形命令先进的图形命令。利用MATLAB高级图形命令可以很容易地绘制2 d、3 d和4 d图形，图形和坐标可进行精细控制，识别、视觉角度和灯光设计、色彩等等。 4.应用工具箱特色 Matlab应用程序工具包分为基本的工具箱，工具箱，一般专业工具盒。基本工具盒子有成百上千的内部功能,是核心部分。通用工具盒主要用于扩大其符号计算、可视化建模、仿真和文本处理功能等。专业工具盒专业性更强,如控制系统、电力系统、信号处理、神经网络、优化,如金融工具箱,用户可以直接使用该工具包,用于相关领域的科学研究。产品组是广泛应用于 Matlab,包括信号和图像处理、控制系统设计、通信、系统仿真、和许多其他领域。开放的结构使它容易为一个特定的 Matlab 产品组扩大需求,不断深化理解的问题的同时,提高他们的竞争力。它允许用户设置完成指定功能 M 文件,从而构成了一套适用于其他领域。对于一个工程师从事特定领域的工作,不仅可以使用函数和基本的工具箱提供的函数,运用 Matlab 编写,可以很容易地构造的特殊函数,从而大大延长了Matlab 的应用范围。 Matlab 主要产品构成有:Matlab, Matlab Toolbox, Matlab Compiler, Simulink,Stateflow, Real-Time Workshop 等。（2） Simulink 简介仿真软件是Mathworks公司开发的另一个著名的动态仿真系统,它是一个额外的组件的MATLAB,为用户提供一个建模和仿真的工作平台。因为它的许多功能是基于Matlab软件平台,必须运行在Matlab的Simulink,有人也叫Matlab工具箱。它可以实现集成的动态系统的建模和仿真环境,并可以根据客户的要求设计和使用系统改造和优化,以提高系统的性能正在努力实现高效开发系统的目的。仿真软件特点:仿真软件的一种延伸和特性,Matlab软件是实现动态系统的建模和仿真软件包,其主要区别在于用Matlab语言,它与用户界面交互建模基于Windows图形输入,它的优点是,用户可以将更多精力投入到系统模型的构建,而不是编程语言。建模图形输入是指无锡太湖学院学士学位论文16仿真软件提供了一些基本功能模块分类功能的系统,用户只需要知道输入/输出功能模块和功能模块的功能,而不必检查内部是如何实现功能模块,通过调用这些工作基本功能模块,然后将它们连接在一起可以构成系统需要模型,从而实现系统仿真模型的分析和构建。仿真软件来模拟线性和非线性系统,连续和不连续系统,或者一个组合的系统,它是一个功能强大的工具为系统仿真。此外,它还提供了一个图形,动画处理方法对用户观察整个过程的系统仿真。仿真软件的显著特点是快速,准确,对于更复杂的非线性系统,效果更明显。仿真软件提供了一个功能原则提供了一个功能EIIaSimulink规则- S函数。 S函数可以是一个M文件,C语言程序,或其他高级语言程序。Simulink模型或功能模块可以调用函数,通过一定的语法规则的年代。多亏有引入S函数,使模型更完整、更强大的处理能力。仿真软件的另一个重要特性是它的开放性,它允许用户定制自己的功能模块和模块库。此外,仿真软件为用户提供了更全面的帮助系统,指导用户如何使用这些功能模块。模型包含水槽(输出),源(输入),线性(线性)和非线性(非线性链接),连接(连接与接口)和额外的(链接)其他子模型库,每个对应的功能模块包括在模型库,用户还可以创建自己的模块。用 Matlab 仿真软件集成在一起,用户可以在两种条件下的仿真,分析和修改该模型。下图 4.1 为 Simulink 模块库界面截图：汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究17图 4.1 Simulink 模块库界面截图4.2 制制动动方方程程建建立立4.2.14.2.1 盘式制动器制动力矩的计算盘式制动器制动力矩的计算假设所有的摩擦表面的线接触制动盘和均匀压力分布,所有单位将制动器的制动力矩为：（4.1）RfFM02式中： f为摩擦因数；为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。0F普通的风扇表面的摩擦衬块,如果它的径向宽度不是很大,Rm或有效半径R等于平均半径的再保险,实际上平均半径的Rm有足够的精度。无锡太湖学院学士学位论文18图 4.2 单侧的制动块加于制动盘的制动力矩如图4.2，平均半径为 12()/2mRRR（4.2）式中，和为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。1R2R设制动盘与衬块之间的单位压力为 p，则在不同的微元面积上的摩 dRdR擦力对制动盘中心的力矩为，而如图4.1 ddfpRR2单侧的制动块加在制动盘上的制动力矩应为（4.3）21233212()23RRMfpR dRdfp RR 单侧的衬块加在制动盘的总摩擦力为（4.4） 21212220RRRRfpdRdfpRfF所以有效的半径为（4.5）3321220212()23()eRRMRfFRR可得，有效半径 Re就是扇形表面的面积中心至制动盘中心距离。上式也可以写成是汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究19 （4.6）meRmmRRRRRRR2212212111342134式中，m=R1/R2因为m1，m/(1+m)2Rm，且m越小则两者差值越大。应当指出，若 m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。 m值一般不应小于 0.65。制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0.012mm，表面粗糙度为Ra0.71.3m，两摩擦表面的平行度不应大于 005mm，制动盘的端面圆跳动不应大于 0.03mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于 HT250。方程在MATLAB中的程序模块如 213132234RRRRfpdRdfpRM下：图4.3 子系统模型pMu4.2.24.2.2 车轮模型的动力学方程车轮模型的动力学方程假设单论模型的质量为 m，车轮的转动惯量为 I，车轮的旋转角速度为 w，地面的制动力为 Fxb，作用于车轮的制动力矩为 Tu，假设向左为速度正方向，逆时针旋转方向为正，忽略了空气阻力和滚动阻力，则有以下方程：（4.7）XbdvmFdt （4.8）XbdwIF rTdt无锡太湖学院学士学位论文20 （4.9）zbXbFF为了使问题进一步简化，可作如下假设：（1）认为车轮抱死得很快，忽略其车速的降低；（2）认为车轮载荷是一个常数，Fz = mg；（3）如图所示，附着系数随滑移率变化曲线近似的用两段直线段来表示，即当时，（4.10）0bpSSbbppSS当时，1pbSS （4.11）(1)()1bpsbspSS图 4.4 附着力系数随滑移率变化曲线bbS式（4.10），（4.11）在 MATLAB 中的程序模型：汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究21图 4.5 子系统的模型bSb车身速度由下式确定： mFaddXbjtv（4.12） dtavvj0（4.13）车轮速度，即切线速度可由下式确定： ITrFddXbtw（4.14） dtITrFwwXb0（4.15）无锡太湖学院学士学位论文22 由（4.12），（4.13）式在 MATLAB 中的程序模型如下：图 4.6 子系统的模型XbFv由（4.14），（4.15）式在 MATLAB 中的程序模型如下：图 4.7 子系统的模型XbFw汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究23滑移率公式在 MATLAB 中的模型如下：图 4.8 子系统，的模型vwbS4.3 在在 MATLAB 中中建建立立无无 ABS 制制动动的的模模型型无锡太湖学院学士学位论文24汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究25Tb5S4ub3sb2V1Vw0.25r10.25r4000mg3120W030V01000.01s+1Transfer FcnSwitchwvSbSubsystem8Scope5Scope4Scope3Scope2Scope1Saturation1Saturation21K1sIntegrator31sIntegrator21sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1-0.2*u(1)+0.936Fcn61.12Display1/4001/m1/771/I1P图 4.9 无 ABS 装置的制动系统的汽车制动过程的模型无锡太湖学院学士学位论文264 4. .4 4 在在 M MA AT TL LA AB B 中中建建立立汽汽车车 A AB BS S 制制动动模模型型4.4.1 开关控制的开关控制的 ABS 系统仿真系统仿真开关控制模式曾经预期输出的阈值设置,可以使输出的控制量使错误减少的方向运动。汽车防抱死制动系统的汽车开关控制器的阈值是预期车轮滑移率,控制器的输入变量是车轮滑移率误差,预期的车轮滑移率和实际的不同的车轮滑移率： SbSbe0 当车轮的滑移率误差值时，反应后输出控制量；0e 1u =开关控制 ABS 系统模型如图所示汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究27Tb0.25r10.25r4000mg3120W030V01000.01s+1Transfer FcnsbTo Workspace5ubTo Workspace4tTo Workspace3STo Workspace2VwTo Workspace1VTo WorkspaceSwitchwvSbSubsystem8SignScope5Scope4Scope3Scope2Scope10.2Sb1Saturation1Saturation-K-K1sIntegrator31sIntegrator21sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1-0.2*u(1)+0.936Fcn0DisplayClock1/4001/m1/771/I图 4.10（a）开关控制 ABS 模型无锡太湖学院学士学位论文28图 4.10（b）开关控制器子系统模型4.4.2P I D 控制的控制的 ABS 系统仿真系统仿真实现连续控制的 PID 控制是最简单的算法,它只需要适当地设置比例、积分、微分系数。一个滑动率的设定目标,控制误差： SbSbe0 则 PID 的控制规律可表示为: tedtipddkedtkeku0 PID控制是一项成熟的技术在连续系统,使用最广泛的一种控制方式。其最大的优点是不需要知道被控对象的数学模型,只要在线设置控制器参数根据经验,可以得到满意的结果,且易于实现。它的缺乏是控制对象参数变化敏感,控制对象和延时控制效果较差。简单的PID控制器不能满足使用要求的ABS所有条件,它必须具有的功能参数设置控制器在线。同时,选择PID参数Kp,Ki,Kd说还需要获得了很多检查,增加系统设计的难度。汽车 ABS PID 控制器设计归结为:根据 ABS 系统,一组最优参数 Kp,Ki,Kd,最快的方式,使车轮滑移率为了接近目标设定: 00.2Sb = 经过多次调试，得出参数 Kp=11111、Ki=12 和 Kd=22汽车防抱死制动系统 PID 控制的控制规律可用方程表示为:tetddedte2212111110汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究29PID 控制 ABS 系统模型如图所示:Tb0.25r10.25r4000mg3120W030V01000.01s+1Transfer FcnsbTo Workspace5ubTo Workspace4tTo Workspace3STo Workspace2VwTo Workspace1VTo WorkspaceSwitchwvSbSubsystem8eKp*eKi*eKd*eSubsystem5Scope5Scope4Scope3Scope2Scope10.2Sb1Saturation1Saturation21K1sIntegrator31sIntegrator21sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1-0.2*u(1)+0.936Fcn0DisplayClock1/4001/m1/501/I图 4.11（a）PID 控制 ABS 模型无锡太湖学院学士学位论文301Pcontrol-K-mg20.2Sb01sIntegrator22Gain212Gain1-K-Gaindu/dtDerivative1S b图 4.11（b）PID 控制器子系统模型4.4.3 门限控制门限控制 ABS 的系统仿真的系统仿真门限控制 ABS 的系统对滑移率和角加速度进行的是反馈循环控制，在制动过程中计算出瞬时的滑移率和角加速度数值，进而与设定的两个控制门限值进行比较，作为控制信号，及时实施相应的控制，使得车速与轮速产生的合理变化，从而将滑移率控制在 20%左右，获得轮胎与路面的较高纵向附着系数和较高的侧向附着系数，充分发挥轮胎与路面间的附着能力，很好的降低了汽车的制动距离。门限值控制 ABS 系统模型如图所示图 4.12（a）门限控制 ABS 模型汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究31图 4.12（b）门限控制子系统模型4.5 MATLAB 仿仿真真的的参参数数及及结结果果4.5.1 仿真参数仿真参数建立汽车动力学模型，为了简化模型来进行基本控制策略的研究，在仅进行分析 ABS制动效果的前提下，进行如下的假设: (1)车身、底盘与所汽车运载物体为整体，汽车运动时不产生任何弹性形变； (2)汽车轮胎没有任何形变； (3)轮胎和车轴连接只考虑转动特性； (4)路面是绝对平整的； (5)车辆进行直线行驶，没有偏转，不产生侧向运动； (6)每个车轮所承受的力是完全相等的。在以上的一系列理想情况的前提下，为方便研究我们在这边仅对四分之一的车辆模型进行研究分析。我们在使用 Simulink 软件进行仿真时，对仿真结果输出有影响的因素包括仿真开始的时间、结束的时间和仿真步长。正常情况下来讲，一般汽车制动后 7s 内基本能停止下来，至此我们这边初始时间取为 0s，结束的时间为 5.0s，仿真的步长 h 可按下式计算: 50finalstarttth-=无锡太湖学院学士学位论文32表 41 单轮制动仿真参数参数符号单位数值车轮质量Mkg300车轮动力半径rm0.25车轮转动惯量Izkg*m250初始车速v0m/s30初始角速度w0Rad/s120制动压力pPa摩擦衬块扇形表面内半径R1m0.20摩擦衬块扇形表面外半径R2m0.15摩擦衬块扇形圆角rad60/360摩擦系数f0.8干路面上峰值附着系数p0.75S = 100%时制动力系数s0.6时间及制动时方向的稳定性(本文由制动过程中的滑移率代替)，所以本文也从这几个方面来分析。4.5.2 无无 ABS 的仿真结果的仿真结果00.511.522.533.5400.10.20.30.40.50.60.70.80.91三三 ABS三三三三三三三三t (s)Sb图 4.15（a）无 ABS 滑移率 Sb 变化曲线汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究3300.511.522.533.54051015202530三三 ABS三三三三三三三三三三三三三三三t (s)V/Vw (m/s)图 4.15（b）无 ABS 车轮速度 wr，车身速度 v 变化曲线00.511.522.533.5400.10.20.30.40.50.60.70.8三三 ABS三三三三三三三三三三三t (s)ub图 4.15（c）无 ABS 路面附着系数 Ub 变化曲线无锡太湖学院学士学位论文3400.511.522.533.540102030405060三三 ABS三三三三三三三三t (s)S (m)图 4.15（d）无 ABS 制动距离 S 变化曲线图4.5.3 开关控制开关控制 ABS 的仿真结果的仿真结果00.511.522.533.5400.10.20.30.40.50.60.70.8三三三三三三三三三三三三t (s)Sb汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究35图 4.16（a）开关控制 ABS 滑移率 Sb 变化曲线00.511.522.533.54051015202530三三三三三三三三三三三三三三三三三三三t (s)V/Vw (m/s)图 4.16（b）开关控制 ABS 车轮速度 wr，车身速度 v 变化曲线 00.511.522.533.5400.10.20.30.40.50.60.70.80.9三三三三三三三三三三三三三三三t (s)ub图 4.16（c）开关控制 ABS 路面附着系数 Ub 变化曲线无锡太湖学院学士学位论文3600.511.522.533.5405101520253035三三三三三三三三三三三三t (s)S (m)图 4.16（d）开关控制 ABS 制动距离 S 变化曲线图4.5.4 PID 控制控制 ABS 的仿真结果的仿真结果00.511.522.533.5400.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5三三 PID三三三三三三三三t (s)Sb汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究37图 4.17（a）PID 控制 ABS 滑移率 Sb 变化曲线00.511.522.533.54051015202530三三 PID三三三三三三三三三三三三三三三t (s)V/Vw (m/s)图 4.17（b）PID 控制车轮速度 wr，车身速度 v 变化曲线00.511.522.533.5400.10.20.30.40.50.60.70.80.9三三 PID三三三三三三三三三三三t (s)ub图 4.17（c）PID 控制 ABS 路面附着系数 Ub 变化曲线无锡太湖学院学士学位论文3800.511.522.533.540510152025303540三三 PID三三三三三三三三t (s)S (m)图 4.17（d）PID 控制 ABS 制动距离 S 变化曲线图4.6 不不同同情情况况下下的的组组合合分分析析汽车制动系统是汽车的一个重要组成部分，为了保证它的各功能实现，对于车辆制动系统有几项性能要求。本文从汽车的制动距离，车轮车速，地面附着系数，滑移率入手来比较，进而分析不同控制方式的效果。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究39 00.511.522.5300.10.20.30.40.50.60.70.80.91三三三三三三三三三三三三t (s)SbwuABSKaiguanPID图 4.18（a）三种不同情况下滑移率 Sb 的比较 00.511.522.533.54010203040506070三三三三三三三三三三三三三t (s)S (m)wuABSKaiguanPID图 4.18（b）三种不同情况下制动距离 S 的比较无锡太湖学院学士学位论文4000.511.522.5300.10.20.30.40.50.60.70.80.9三三三三三三三三三三三三三t (s)UbwuABSKaiguanPID图 4.18（c）三种不同情况下路面附着系数的比较通过三种不同情况下滑移率曲线组合比较，我们可以清楚的看到，在没有 ABS 制动的情况下滑移率曲线振幅比较大，与最佳滑移率的的相差比较大，说明此时汽车的防滑能力比较差。同时与最佳滑移率相差大也导致了地面附着系数的振幅也较大，地面制动力没有很好的处于最大附着力附近，所以导致汽车制动距离较大；而 PID 控制与开关控制能将滑移率基本控制在最佳滑移率附近，根据图可知，此时路面附着系数比较大，增加了汽车防侧滑的能力，提高了汽车制动时方向上的操控性。同时路面附着系数曲线基本落在最大值附近，此情况下，汽车受到的地面制动力较大，制动距离也就较短，制动效果就越明显。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究415 5 总结总结与展望与展望总总结结本文以汽车防抱死制动系统（简称 ABS）的控制作为研究对象，采用不同的控制方法进行了设计，所做的工作及其得到的总结如下：通过此次毕业设计我重点学习了 ABS 的工作原理并建立了其动力学的模型，其中包括车辆制动系统模型，四分之一车辆模型，轮胎模型。为了更好，更方便的研究 ABS 系统制动的效果作用，本文以滑移率为控制目标，利用 Matlab/Simulink 仿真软件，采用单轮车辆系统建立车轮运动的动力学模型，其中包括轮胎模型模块、制动系统模型模块，以及滑移率模型模块。制动控制采用了包括 PID 控制、开关控制等控制方式，利用所建立的车辆制动模型放在 simulink 中进行制动仿真，仿真出的制动距离曲线、轮速与车速关系曲线、滑移率曲线、附着系数曲线效果，同时建立在无 ABS 情况下的模型，并仿真出制动距离曲线、车速与轮速关系曲线、滑移率曲线、附着系数曲线。通过对比普通制动系统和有 ABS 制动系统的仿真曲线，我们可得出以下结论：1. ABS 制动系统能够减少刹车的时间，从而减少刹车的距离。2.在无 ABS 制动时，车轮迅速抱死；而有 ABS 制动系统制动时，车轮无抱死现象。3. ABS 能很好的把滑移率控制在最佳滑移率附近。4. ABS 能使路面附着系数达到较为理想的最大值。5. 同无 ABS 制动系统相比，ABS 制动系统在制动时，会提供一个较大的制动力，制动状况比较好。6. 本仿真实验所得的附着系数与滑移率曲线与预期的效果相同。通过对比仿真结果可知 ABS 防抱死制动系统不仅能够达到防止车轮在制动过程时抱死的目的，还能准确控制车轮

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