汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究论文

优秀通过答辩本科毕业设计（论文）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优秀通过答辩本科毕业设计（论文）AbstractIn 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/Simulin k 优秀通过答辩本科毕业设计（论文）V目 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 .32优秀通过答辩本科毕业设计（论文）4.5.3 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优秀通过答辩本科毕业设计（论文）11 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。优秀通过答辩本科毕业设计（论文）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。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 动 系 统 研 究 的 理 论 状 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,电机试验台及其优秀通过答辩本科毕业设计（论文）3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。优秀通过答辩本科毕业设计（论文）3 防抱死制动系统基本原理3.1 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。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。3.1.2 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优秀通过答辩本科毕业设计（论文）5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。优秀通过答辩本科毕业设计（论文）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 移 率 定 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）ttbVrwS10式中: S b 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,S b = 100 % ,车轮完全抱死而作纯滑动;当 0 Rm， 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 Ra0.71.3 m， 两 摩 擦 表 面 的 平 行 度 不 应 大 于 0 05mm， 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M ATLAB中 的 程 序 模 块 如 21 3134R RfpdfpM下 ：图 4.3 子 系 统 模 型pMu4.2.2 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）XbdvFt（4.8）XbwIrTdt优秀通过答辩本科毕业设计（论文）21（4.9）zbXbF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）0bpSbpS当 时，1pb（4.11）(1)bpsbsS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： 优秀通过答辩本科毕业设计（论文）图 4.5 子 系 统 的 模 型bS车身速度由下式确定：mFadXbjtv（4.12）dtavj0（4.13）车轮速度，即切线速度可由下式确定：ITrFdXbtw（4.14）dtITrXb0（4.15）优秀通过答辩本科毕业设计（论文）23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优秀通过答辩本科毕业设计（论文）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 MATLAB 中 建 立 无 ABS 制 动 的 模 型优秀通过答辩本科毕业设计（论文）25优秀通过答辩本科毕业设计（论文）Tb5S4ub3sb2V1Vw0.25r10.25r4000mg3120W030V01000.01s+1Transfer FcnSwitchwvSbSubsystem8Scope5Scope4Scope3Scope2Scope1Saturation1Saturation21K1sIntegrator31sIntegrator2 1sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1-0.2*u(1)+0.936Fcn61.12Display1/4001/m 1/771/I1P图 4.9 无 ABS 装置的制动系统的汽车制动过程的模型优秀通过答辩本科毕业设计（论文）274.4 在 MATLAB 中 建 立 汽 车 ABS 制 动 模 型4.4.1 开关控制的 ABS 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：Sbe0当车轮的滑移率误差值 时，反应后输出控制量 ；开关控制 ABS 系统模型如图所示优秀通过答辩本科毕业设计（论文）Tb0.25r10.25r4000mg3120W030V01000.01s+1Transfer FcnsbTo Workspace5ubTo Workspace4tTo Workspace3STo Workspace2VwTo Workspace1VTo WorkspaceSwitchwvSbSubsystem8SignScope5Scope4Scope3Scope2Scope10.2Sb1Saturation1Saturation-K-K1sIntegrator31sIntegrator2 1sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1 -0.2*u(1)+0.936Fcn0DisplayClock1/4001/m 1/771/I图 4.10（a ）开关控制 ABS 模型优秀通过答辩本科毕业设计（论文）29图 4.10（b）开关控制器子系统模型4.4.2P I D 控制的 ABS 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 ： Sbe0则 PID 的控制规律可表示为:tedtipkku0PID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: 0.2Sb=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: tet de210优秀通过答辩本科毕业设计（论文）PID 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*eSubsystem5Scope5Scope4Scope3Scope2Scope10.2Sb1Saturation1Saturation21K1sIntegrator31sIntegrator2 1sIntegrator11sIntegrator4.5Gain1 -0.2*u(1)+0.936Fcn0DisplayClock1/4001/m 1/501/I图 4.11（a）PID 控制 ABS 模型优秀通过答辩本科毕业设计（论文）311Pcontrol-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 ABS 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 模型优秀通过答辩本科毕业设计（论文）图 4.12（b）门限控制子系统模型4.5 MATLAB 仿 真 的 参 数 及 结 果4.5.1 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:50finalstrth-=优秀通过答辩本科毕业设计（论文）33表 41 单轮制动仿真参数参数 符号 单位 数值车轮质量 M kg 300车轮动力半径 rm 0.25车轮转动惯量 Iz kg*m 250初始车速 v 0m/s 30初始角速度 w Rad/s 120制动压力 p Pa摩 擦 衬 块 扇 形 表 面 内 半 径 R 1m 0.20摩 擦 衬 块 扇 形 表 面 外 半 径 R 2m 0.15摩 擦 衬 块 扇 形 圆 角 rad 60/360摩擦系数 f 0.8干路面上峰值附着系数 p0.75S = 100%时制动力系数 s 0.6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 ABS 的仿真结果0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.10.20.30.40.50.60.70.80.91 三三 ABS三三三三三三三三t (s)Sb图 4.15（a） 无 ABS 滑移率 Sb 变化曲线优秀通过答辩本科毕业设计（论文）0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4051015202530 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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.10.20.30.40.50.60.70.8 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 变化曲线优秀通过答辩本科毕业设计（论文）350 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40102030405060 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 ABS 的仿真结果0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.10.20.30.40.50.60.70.8 三三三三三三三三三三三三t (s)Sb优秀通过答辩本科毕业设计（论文）图 4.16（a）开关控制 ABS 滑移率 Sb 变化曲线0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4051015202530 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 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.10.20.30.40.50.60.70.80.9 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 变化曲线优秀通过答辩本科毕业设计（论文）370 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 405101520253035 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 ABS 的仿真结果0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5 三三 PID三三三三三三三三t (s)Sb优秀通过答辩本科毕业设计（论文）图 4.17（a ）PID 控制 ABS 滑移率 Sb 变化曲线0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4051015202530 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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 400.10.20.30.40.50.60.70.80.9 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 变化曲线优秀通过答辩本科毕业设计（论文）390 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40510152025303540 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 同 情 况 下 的 组 合 分 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。优秀通过答辩本科毕业设计（论文）0 0.5 1 1.5 2 2.5 300.10.20.30.40.50.60.70.80.91 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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 401