基于CARSIM的车辆ABS控制系统仿真研究【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪 论 文研究的目的和意义 究的目的 本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对 本课题开发出的 是学习 理的良好平台。为了学习开发质优价廉、具有自主知识产 权的 高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用 究的意义 当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。汽车安全性的研究分为两个方向 :主动安全和被动安全。主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发 生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。1，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。此时如果没有装备 轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽 车失去转向控制 通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有 10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的 2，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务 括防抱制动系统 (写为 、防滑控制系统(写为 车辆动力学稳定性控制 (写为 更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。 为了有效地减少交通事故，装用 已为国外的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 经验所证明。随着我国加入 为我国整个机械工业科技水平代表的汽车工业将面临入关后的严峻考验，为了缩小和国外汽车工业的差距，同时为我们在激烈的汽车市场竞争中争得一席之地，必须在涉及汽车主动安全性技术方面进行深入研究。因此进行本论文对 深入的研究，是具有一定的现实意义的。 究现状 外现状 国外许多著名 动器、控制器软硬件等方面着手，并一直致力于已有 取在技术上获得领先。目前的研究主要包括 : 1)利用软件来补偿轮速传感器测量误差 (由传感齿轮的制造、安装误差及腐蚀所引起 )，以提高轮速信号测量精度 ; 2)将体积小、重量轻、性能可靠、成本低廉的微电子装置应用于 测量车辆运行速度； 3)将路面探测装置用于轮胎路面间摩擦的实时估计； 4)建立液 压 结合 2，对 寻求减小制动管路压力波动的措施； 5)将一些具有鲁棒性 3的控制算法应用于 适应车辆参数、载荷和路面状况的变化； 6)在控制器软件设计中考虑了充气不足轮胎的影响，即在不附加任何硬件的情况下，设计了轮胎气压监视程序。 内现状 在我国利用仿真软件对汽车 是发展的速度比较快。 汽车防抱死制动系统 ( 4国家十五规划中重点发展的汽车电子产品，它的主要作用就是在汽车紧急制动时，防止车轮抱死，提高汽车紧急制动的稳定性和方向可控性，缩短制动距离，延长轮胎的使用寿命。目前，国内研究 院校及机构很多 ，如： （ 1） 泛亚 汽车技术 中心车辆安全试验室 泛亚 汽车技术 中心车辆安全试验室 5正式落成并 已 投入使用，成为目前国内投资规模最大、最具国际先进水平的整车安全研发设施。 在 泛亚 汽车技术 中心整车安全试验室 中的 行人保护试验 项目中，利用 仿真软件模拟 制系统进行避让行人的试验，来 进一步提升 泛亚整车安全开发的能力，实现泛亚 对 路人人身安全保护的承诺。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 2） 以郭孔辉院士为代表的吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 郭孔辉院士是中国工程院首批院士。目前，该实验室也已经投入到 汽车 实验室研究成果很多，其大部分成果对国内其他 （ 3）济南程军电子科技公司 以 6对 有汽车防抱死制动系统的 理论与实践等专著几本，专门讲述 国内 外，他们在基于 发展趋势 随着车辆动力学与控制理论研究的不断深入，以及计算机技术、传感器技术、液压技术和通讯技术的不断发展，可以预测 （ 1）减少体积和重量，降低成本 作为附加的安全装置，它会增加整车的重量并占据安装空间，因此要求其体积和重量尽可能小。减小 减小压力调节器 )及增加集成度。目前，经过优化的 力调节器和电控单元集成为一体，从而大大减小了体积和成本。 （ 2）控制方法的优化 虽然 在控制方法上一直没有取得较大的突破。目前得到广泛应用的是采用逻辑门限值控制算法的 缺点是控制逻辑比较复杂，调试困难，控制也不够稳定。另外，开发完成的 有一个统一的 制方法的优劣只能凭经验和一些参数进行比较。所以对控制逻辑的评价和优化是目前 7。 （ 3）实现多功能集成控制 由于技术的不断改进， 而提高汽车的制动性能、方向稳定性和操纵性。与此相类似的是汽车驱动防滑系统(其作用是防止汽车在加速过程中打滑，以保证汽车加速时的方向稳定性、操纵性，其控制机理仍然是通过控制纵向滑移率来控制纵向力，可见， 此常将它们结合在一起使用，构成行使安全系统。这样，它们可共用许多电子元件和系统部件来控 制汽车车轮的运动，电子控制和保护装置都被装在同一个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 壳体内。 （ 4）建立有效的 目前， 有统一的评价指标，缺乏全面系统的室内在线检测技术和设备，这样对 套 过路试来判断比较两个或多个 成了人力和物力的严重浪费。面对市场目前越来越大的需求量，开发 范 文主要研究内容 学仿真软件。本文采用 立能够适用于轻型轿车的 分析汽车滑移率对汽车 用 滑的土路面，压紧的雪路面三种路况下，以及在不同车速下的仿真模型，对车辆 轮滑移率，车速和轮速等指标进行研究和分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 作原理和基本结构 工作原理 当对行驶着的汽车施加适当的制动力时，汽车就会平稳地停住。这是因为制动过程中在轮胎和路面之间产生了与前进方向相反的摩擦力。对正在旋转的车轮施加制动，随着制动压力的升高，在与轮速旋转相反的方向上将产生地面制动力矩，轮速开始减小，随着制动力的增加，车轮开始产生滑移，车轮滚动的成份越来越少，而滑动的成份越来越多，一般 用滑移率 常定义为： (式中， 着人们对轮胎与路面间的互相作用机理和轮胎动力学认识的不断加深，在研究中得到了如图 与车轮滑移率 在轮胎和地面的接触面上还存在着另一个摩擦力，它作用在车轮的侧向，称为侧向附着力。侧向附着力越大汽车的方 向稳定性就越好。汽车在转弯时，转动方向盘使车轮产生一个转角，相应的产生了侧向附着力，使汽车持续曲线运动。决定侧向附着力大小的摩擦系数称为侧向附着系数，侧向附着系数随滑移率的增大而减小。 图 轮滑移率与路面附着系数的关系 由图 着制动力的增加，车轮的滑移率也在不断增加，随着滑移率 向附着系数会达到一个峰值点 h，其对应的滑移率为 滑移率继续增加到 向附着系数开始减小，当 S=100 时，即车轮抱死拖滑，纵向附着系数降低到最小值 g ，这时 地面制动力最小，导致制动距离增加。由图 着滑移率的增加，侧向附着系数在不断减小，当 S=时，汽车抗侧向干扰的能力接近于零。纵向附着系数 h 侧向附着系数 g g 0 1 滑移率 S 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 在传统制动的情况下，汽车紧急制动时极易发生车轮抱死，即滑移率 S=100 ，这样不但没有充分利用路面提供的纵向附着力，导致制动距离加长，而且更为严重的是，此时侧向附着系数非常小，抗侧滑能力非常低，也几乎丧失了转向能力。如果汽车此时受到很小的侧向干扰 (如汽车重力的横向分力、路面不平整产生的横向力、横向风力等 )，就有可能使汽车发生侧向滑动，跑偏或者甩尾掉头等危险工况。另外， 如果制动时车轮经常抱死，会加剧轮胎的摩损，大大降低轮胎的使用寿命 8。 汽车 使滑移率保持在最佳滑移率 分利用了轮胎与路面的附着能力，提高了制动性能，缩短了制动距离，同时又保持了较大的侧向附着系数，提高了汽车的抗侧滑能力和转向能力，防止制动过程中侧滑、跑偏和甩尾现象的发生，保证制动时的安全性，减少交通事故的发生。 置的基本组成 汽车防抱死制动系统由轮速传感器、电子控制单元和制动压力调节器三部 分组成。见图 图 车轮转速传感器实时地检测车轮状态信号，并把车轮信号传给 送一个控制信号给制动压力调节器，制动压力调节器调节轮缸压力对车轮进行控制，从而控制车轮不抱死且处于最佳状态。 轮转速传感器 车轮转速传感器 (简称为轮速传感器 )是 作用是对车轮的运动状态进行检测，获得车轮转速信号。目前用于 9。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将物体转动速度转换成感应电势来测量车轮速度的。在电控 防抱制动系统中使用的传感器，多数为磁电式轮速传感器 10。它虽然结构简单、成本低，但存在以下缺点 : (1) 输出信号的大小随转速的变化而变化，若车速过慢，其输出信号低于 1V,电脑制动压力调节器 电子控制单元 轮速传感器 器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 就无法检测。 (2) 频率响应不高，当转速过高时传感器的频率响应跟不上，容易产生错误信号。 (3) 抗电磁波干扰能力差，尤其是输出信号幅值较小时。 现在国内外 5至 160h11，今后要求控制速度范围更大，这就对轮速传感器和处理控制信号的微电脑都提出了更高的要求。 霍尔式车轮速度传感器 12克 服了磁电式轮速传感器的上述缺点，并且具有下列优点 : (1) 输出信号幅值不变。在工作电压为 12出幅值保持 2,车速再慢甚至到零，幅值都不变。 (2) 频率响应高 (可达 20用于 000，故可满足使用要求。 (3) 抗电磁千扰能力强。由于输出信号在整个轮速范围内不变 ,且幅值较高 ，所以抗电磁能力很强。 目前霍尔式轮速传感器越来越广泛地应用在 子控制单元 (常用 称 的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。另外， 有故障时会使 般的电子防抱制动系统只有一套运算电路，但为了更保险，以及在装有多个轮速传感器的情况下，常需装用两套运算电路，同时进行运算和传递数据，利用各自的运算结果互相比较，相互监控，确保可靠性。 电子控制单元一般有以下几个基本构成电路 : (1)轮速传 感器的输入放大电路 安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速的变化输出交流信号，并输入放大电路中，将交流信号放大成矩形波，整形后送往运算电路。 (2)电子控制运算电路 其作用是连续地检测来自四个车轮传感器的脉冲电信号，并将它们处理、转换成与轮速成正比的数值，从这些数值中区别哪个车轮速度快，哪个车轮速度慢。根据四个轮子的速度实施防抱死制动控制，向液压调节器输出幅值为 12V13的脉冲控制电压，以控制分泵上油路的通、断，分泵上油压的变化就调节了轮上的制动压力，使车轮的滑移率保持在目标滑移率凡 :附近，获得比较理想的制 动效果。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 (3)输出级 (电磁阀控制电路 ) 该电路接受来自运算电路的减压、保压或增压信号，以控制电磁阀的电流。 (4)电脑的故障保护控制电路 14 (稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路 )。 脑会自动关闭 普通制动系统继续工作，以确保行驶安全性。 动压力调节器 制动压力调节器是 作用是接受 动调节器中的电磁阀动作 (或电机转动等 )，调节制动系的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的 控制功能。由于 此 制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其制动过程与常规制动过程完全相同 ;只有车轮趋于抱死时， 常， 如 5km/km/h)时，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。当汽车速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对汽车制动性能的不利影响很小，为了使汽车尽快制动停车， 制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。在制动过程中，如果常规制动系统发生故障， 只是 规制动系统正常时，汽车制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用 15。现代 有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响 自动关掉 复常规制动，并将 驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理 16。 全电制动器是未来制动控制系统的发展方向，全电制动不同于传统的制动系统，因为 其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，制动反应时间缩短 17。其中的电制动器结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，作动器是电动机，这就省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车重量降低 ;无制动液，维护简单；采用电线连接，系统耐久性能良好；制动响应时间短，提高了制动性能。但是全面推广还有不少问题需要解决，如：驱动能源问题；控制系统失效处理；抗干扰处理。所以全电制动系统要全面代替传统的以液压为主的制动控制系统还有很长的路要走。本论文 主要涉及液压式制动压力调节器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 分类 以分为四传感器 (4S)、三传感器 (3S)、两传感器 (2S)和单传感器 (1S)等几种系统。按照通道数目不同，也可将 通道式、二通道式和一通道式等。 照系统对制动压力调节方式的不同，可将 独立控制和同时控制。前者指一条控制通道只控制一个车轮，而后者为一条控制通道同时控制多个车轮。依照这些车轮所处位置不同，同时控制又有同轴控 制和异轴控制之分，同轴控制是一个控制通道控制同轴两车轮，而异轴控制则是一个控制通道控制非同轴两车轮。如果按照控制时控制依据选择不同，又可将 低选控制中是以保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力，而高选控制则是以保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死出发来实施制动系统压力调节18。 （ 1）四传感器四通道 (四轮独立 )控制方式如图 2.3(a)所示，该系统是通过各车轮轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。其制动距离和转向控制性能好，但在附着系数 不对称路面上制动时，由于汽车左右侧车轮地面制动力差异较大，因此形成较大的偏转力矩，从而导致汽车在制动时的方向稳定性较差。 （ 2）四传感器四通道 (前轮独立、后轮选择 )控制方式如图 2.3(b)所示，该系统适用于制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实施同时控制 (一般为低选控制 )需采用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。 （ 3）四传感器三通道控制方式如图 2.4(a)所示，适用在制动管路前后布置的后轮驱动汽车上，前轮独立控制，后轮一般采用低选控制，其控制效果是操纵性和稳定性较好 ，制动效能稍差。 图 传感器四通道控制系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 传感器三通道控制系统 (4)三传感器三通道控制方式如图 2.4(b)所示，两前轮采用独立控制方式，两后轮取差速器信号，并由同一液压管路控制。这种布置方式，其后轮仅适于采用低选控制方式。 (5)四传感器二通道控制 (前轮独立 )方式如图 结构多用于 轮独立控制，制动液通过比例阀 ( 19按一定比例减压后传至对角后轮。采用此种控制方式的汽车在不对称的路面上制动时，高附着系数路 面一侧前轮产生高制动压力，该压力传至低附着系数路面一侧的后轮时，会导致该后轮抱死。而低附着系数路面一侧前轮制动压力较低，对应的高附着系数一侧的后轮不会抱死。从而有利于制动时方向稳定性，但与三通道和四通道控制系统相比较，其后轮制动力稍有降低，制动效能稍有下降，但后轮侧滑较小。 (6)四传感器二通道 (前轮独立、后轮低选 )控制方式如图 通往后轮的两通道上增设一个低选阀 汽车在不对称路面制动时，高附着系数一侧前轮的高压不直接传至低附着系数侧对角后轮，而通过低选阀只上升到与低附着系数侧前轮相同的 压力，这样就可以避免低附着系数侧后轮抱死。 图 传感器二通道 (前轮独立 )控制系统 图 传感器二通道 (7)一传感器一通道控制系统如 图 ，此种控制方式用于制动管路前后布置的汽车，只对后轮进行控制，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用低选控制的方式。能较有效地防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死，转向操纵性差。 图 传感器一通道控制系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 在各种汽车制动系统上采用不同类型的 具体使用时需要根据不同需要选择不同类型的 汽车达到最佳制动状态，保证行驶安全。德国 于仅采用轮速传感器这一仅能够测量轮速参数信号的汽车 动压力回路的布置只有四传感器四通道、四传感器三通道和三传感器三通道的布置方案可行性较好，对于其它的制动压力回路布置方案，则较难达到全面的 车制动时的运动分析 (1)制动产生的力 对行驶着的汽车施加适当的制动时，它会慢慢地停下来，这是因为在轮胎和地面之间产生了与行进方向相反的摩擦力。 图 轮中心的箭头表示摩擦力，把这个力叫做 地面制动力，与地面制动力相关的摩擦系数叫做制动附着系数。附着系数越大，地面制动力越大，能在较短距离内停下。 均匀路面 不均匀路面 图 动时产生的力 车体质量与汽车运动减速度的乘积并且作用在质心上的力叫做惯性力，在左右制动力相等时，汽车能够沿着行进方向停住，当左右制动力不等时，绕质心产生一个旋转力矩，使汽车跑偏。 (2)侧滑摩擦力 在轮胎和地面的接触面上还存在着另一个摩擦力，它与地 面制动力不同，作用在车轮横向上，这个力是侧滑摩擦力 (也叫侧向力或转弯力 )，汽车转弯时，转动方向盘时车轮产生一转角，相应的产生了侧滑摩擦力，决定侧滑摩擦力大小的摩擦系数叫侧向附着系数。为了方便，把后轮的侧滑摩擦力叫侧向力，前轮的叫转弯力。 (3)车轮抱死时的汽车运动情况 a直线行驶 车轮抱死后，像后面所要介绍的那样，侧滑附着系数基本为零，保持方向稳定性的车轮侧向力也接近于零。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，制动力 行进方向 惯性力 质心 旋转力矩 制动力 行进方向 惯性力 质心 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 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。 b曲线行驶 当只有前轮抱死时，由于前轮的转弯力基本为零，无法进行正常的转向操作，汽车的运动方向驾驶员无法操纵。当只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，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 )。 所有的车轮全部抱死时，转弯力、侧向力均接近于零。汽车完全失去操纵性和方向稳定性，兼有前、后轮单独抱死时的两种运动。即一面作与驾驶无关的不规则运动， 一面沿曲线的切线方向滑行。 如上所述，施加适当的制动，能够有效地使汽车停下。制动强度过大，是汽车发生各种危险运动状况的主要原因。因此，汽车行驶时，要根据冰路、雪路、砂石路、坏路、水湿路、干路、直路、弯曲路等道路条件，根据汽车速度、方向转角等行驶条件进行制动操作，必须时常注意不能让车轮完全抱死。 章小结 本章通过对 行分析，然后又在汽车在紧急制动的情况下，对制动的运动进行了运动和力学分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第 3 章 制策略 用的 制策略 目前，用于 法有不少，考虑到使用方便和成本，目前可以用于汽车应于控制器的已知量为车轮转速和制动压力，这是在选用控制方法时需要重点考虑的问题。本文主要研究逻辑门限值控制方法和 面对各常用 辑门限值控制 目前，国内外生产的 是采用加、减速度门限控制，并附加一些辅助门限，根据实际测量值与设定门限值的关系进行调节控制的一种方法。这种控制方法不涉及具体控制对象的数学模型，对于汽车这类强非线性系统的控制效果较好，同时它所需的控制参量较少，尤其是无需车速传感器，使系统结构简单，成本大幅度降低，另外，它的执行机构也相对比较容易实现。 制 法简单可靠，不需要模型，可以很好地解决非线性问题，在工业界有广泛的应用，只要现场匹配的 可以得到很好的控制效果。用 先要确定一个期望滑移率，其输入为实际滑移率和期望滑移率之差，或实际车速和由期望滑移率换算得到的期望车速之差。它不需要了解被控对象的数学模型，只要根据经验调整其参数，就可以适用于大多数路面和工况，精度也较好，但是它需要进行仔细的调试，成本较高，对对象参数的变化较敏感，积分饱和和微分抗干扰能力差。这种控制策略对车速传感器的精度要求很高，较高的成本使得 模变结构控制 滑模变结构控制即滑动模态变结构控制是以经 典的数学控制理论为基础的一种控制方法，是一种变结构的非线性控制策略。根据系统当时的状态偏差及其导数值，在不同的控制区域以理想开关的方式切换控制量的大小和符号，使系统在滑移曲线很小的邻域内按滑移换节曲线滑动。系统由受控对象和一个变结构控制器组成。控制器中含有一个逻辑环节，它操纵控制器结构的变更，进入滑移换节曲线后，就与系统的结构和扰动无关。 变结构控制本质上分为两个部分，一部分是在滑模面上的基于制动模型的近似控买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 制，这相当于系统的连续控制，有利于消除系统的抖动；另一部分是在达到滑模面之前的控制，可以保证物理滑模 系统的相轨迹达到滑模面。控制流量对滑移率变化十分敏感，大能量必然导致大的波动，采用小能量控制则是一种有效的方法。 糊控制 模糊控制是一种基于经验规则的、并列型的开关控制，与系统本身的模型无关，便于利用人的经验知识，具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性，可较好地适应动态变化工况非线性时变系统 (车辆控制过程 )；它又是一种逻辑的控制，可以利用规则库中的控制规则应付各种异常及特殊情况；同时它又是语言型控制，使设计者清楚理解控制器的内涵，了解控制器的控制过程，将人的思维特点赋予控制器，所以模糊控制可适用于 0。要是控制规则的自学习 21。 基于理论研究的 种是估计出最大的轮胎与路面附着系数处的滑移率，并使制动过程中轮胎滑移率保持在最佳值附近很小的范围内，研究表明，此方法在不同路面、工况都能获得最大的制动减速度，因此制动距离最短，但同时因为需要调整最佳滑移率，使系统的稳定性降低，抗干扰性差。另一种方法是对所有路面及工况，滑移率都设定为 固定值，这种控制方法稳定性好，由于最佳滑移率设为固定值，因此在制动过程中，对路面的适应能力差，当设定值太小时，制动距离增加；当设定值太大时，系统可能会工作于非稳 定区而失去对系统的控制。 但模糊控制没有有效通用的算法，调试、标定控制参数比较困难，无理论可言，基本上是靠试凑的方法。实际开发 计者需要根据经验进行大量的实车试验，以获得满意、完整的控制规则库。 于滑移率的防抱死控制方法 要对制动压力进行反复调节，其控制方式如何 直接决定 据现代控制理论和汽车防抱制动车轮动力学的理论分析，可以提出不同的优化设计控制方案，建立各自的控制模型来实现防抱死制动。从控制量来说，汽车 一种是基于车轮加、减速度门限值的控制系统，目前的产品大多数是基于这种开展方式，缺点是制动过程轮速波动较大，且调试比较困难，但不需要测车速 :另一种是基于车轮滑移率的连续控制系统，结合车辆动力学进行控制，此系统需要测量车辆速度或加速度，增加了成本，但控制效果从理论上讲是最佳的，车轮在制动过程中波动比较小。目前，只有部分高档车安 装了车速传感器，一旦车速传感器或车身加速度传感器成本降低，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 基于轮滑移率的连续控制将是一种非常有效的控制方式 22。 逻辑控制算法虽已在汽车上得到广泛的应用，但它并不是最佳的控制算法，它虽然方法简单，但调试比较困难，参数选择只能依靠经验和大量的试验选取，而且还存在对复杂路面的适应能力和抗干扰性等问题。为了进一步提高 年来出现了以滑移率为控制目标的防抱死控制系统的开发和研究，容易实现连续控制，从而提高 最大限度地发挥 于滑移率的防抱死控制方法主要有逻辑 门限值控制、 优控制、变结构控制、模糊控制、神经网络控制和鲁棒控制等方法 23。本论文主要研究逻辑门限值控制和 高其控制精度。 制原理 20世纪 40年代初提出 制方法以来，该控制方法发展得已比较完善。大多数反馈回路可用该方法或其较小的变形来进行控制。 24。尤其对大多工业过程来说，均较 难建立比较精确的数学模型，所以在系统的分析和设计过程中，相应的控制器的设计参数必须留有较大的余地，而控制器参数的最终确定，也必须依靠设计人员在现场根据自己的经验进行整定，因此， 数整定方便、对模型误差具有鲁棒性等优点在工程实际中得到广泛的应用 25。而采用微机实现的数字 于软件系统的灵活性，使 在工业过程控制中，尽管自动控制理论与技术进步发展迅速，特别是现代控制理论和微机技术的发展，大大促进了工业自动化的进程。但是 占有主导地位，现使用的控制方法中， ，优化 26。 常规 统由 图 根据给定值 r(t)与实际输出值 c(t)构成控制偏差 (将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故+ r (t) + e (t) + u (t) c (t) - + 比例 积分 微分 被控对象 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 称 控制 规律为 : (式中： u(t)为控制器的输出； e(t)为控制器的输入信号， 用计算机进行 计算机仅能处理离散信号，故而必须把 离散化的差分形式如下： (式中： e(k)为第 e(第 (的采样 偏差值；k=0， 1， 2， 3 简单说来， (1)比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。 (2)积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，其越大，积分作用越弱，反之则越强。 (3)微分环节：微分时间常数越大，微分作用越强。微分作用能够反映反映误差信号的变化速度。变化速度越大，微分作用越强，从而有助于减小震荡，增加系统的稳定性 27。但是，微分作用对高频误差信号 (不管幅 值大小 )很敏感。如果系统存在高频小幅值的噪音，则它形成的微分作用可能会很大，这是不希望出现的。 制算法的参数确定 方法 控制参数对系统性能的影响如下： (1)比例控制参数 1)对动态性能的影响 比例控制参数 系统的动作灵敏，速度加快， 荡次数加多，调节时间加长。当 统会趋于不稳定。若 会使系统的动作缓慢。 2)对稳态性能的影响加大 比例控制系数 系统稳定的情况下，可以减小稳态误差 e，提高控制精度，但是加大 e，却不能完全消除稳态误差， 稳态误差还是存在的。 (2)积分控制参数 积分控制通常与比例控制或微分控制联合作用，构成 1）对动态性能的影响 积分控制参数 荡次数较多。当 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 2）对稳态性能的影响 积分控制参数能消除系统的稳态误差度。但是若 分作用太弱，以至不能减小稳态误差。 (3)微分控制参数 微分控制经常与比例控制或积分控制联合作用，构成 分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短。 当 调量较大，调节时间较长；当 调量也较大，调节时间也较长。只有合适时，才可以得到比较满意的过渡过程。 根据这些关系我们可以进行 该关系 图只是一个定性的辅助说明，各参数与性能指标之间的关系不是绝对的，只是表示一定范围内的相对关系。 i、 个参数变了，另外两个参数控制效果也会改变。因此，我们可以参考这些关系，根据实际控制响应曲线调整三个参数，使控制效果更好的满足性能指标的要求，达到我们的控制目标。 关于 们总结了许多经验图表和公式，比较著名的理论方法有根轨迹法、频率整定法、最优化法，而实用方法则有扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、归一参数整定法、优选法、试凑法以及 28。由于是在该软件具有强大的图形功能，方便的可视化操作，所以我们只需以经验公式做定性参考，然后直接根据仿真曲线的结果和曲线来选择 据滑移率控制要求和一些基本的整定参数的经验，选择不同的 终确定满意的参数。这样既直观方便、计算量小，又便于调整与改进。 在本文中使用试凑法整定 试凑时，可参考上述比例系数 分系数 分系数 据经验公式对参数实行下述先比例，后积分，再微分的整定步 骤。它分为以下几步： 1)首先整定比例部分。即先将 ，然后由小变大逐步改变 时观察系统响应，直到控制系统得到反应快，超调小的响应曲线。由于此时系统仍有静差，且静差仍在一个较大的范围内，所以单用比例调节器还不能达到目的，迸入下一步调节。 2)加入积分环节，整定积分系数。首先设置 将第一步整定得到的 缩小为原值的 29。然后逐步增大 察系统响应曲线，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变 i，以期得到满意的控制过程与控制参数。使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，故我们转向第三步。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 3)加入微分环节，构成比例积分微分调节器。微分系数 前面整定的基础上逐步增大 时相应地微幅改变 i，逐步试凑，以获得满意的调节效果和控制参数。 辑门限值 控制原理 多数产品都采用加、减速度门限值控制，并附加一些辅助门限，这种逻辑门限值控制方式不涉及具体系统的数学模型，对于非线性系统的控制非常有效，但由于门限值是通过反复不断 的道路试验获得的，选择不同的门限值就会产生不同的控制逻辑，因此系统的控制逻辑比较复杂，稳定性差。 防抱制动装置的目的是将轮胎纵向附着率控制在其极限值附近 设置一个纵向滑移率控制门槛，把纵向滑移率控制在这个值附近，可达到上述目的 胎纵向滑移率可以作为防抱制动装置的一个控制参数 胎的纵向附着极限对应的纵向滑移率受到许多因素的影响，不是一个确定值，而是在一个较宽的范围 (8% 30%)内变化 须精确测量车轮转速、有效半径及 车辆速度。为此必须要有测量车轮转速和车辆速度的专用设备。成本和可靠性一直是 了降低成本，现代 制器和压力调节器等三大构件组成，而没有车辆速度测试设备。这是为了降低成本不得已采取的措施。车辆速度是经过对车轮速度的逻辑处理求得的，由于其与真实车速有一定的差距，故在 代汽车防抱制动装置大多采用轮胎纵向滑移率控制参数进行控制。高速紧急制动时，往往是轮胎纵向滑移率控制门槛起主要作用。汽车制动时车轮圆周减速度增大，当它高于减速度门槛值时， 于“压力保持”状态；随着车轮圆周减速度的进一步增大，制动滑移率也增大至滑移率门槛值，控制阀换至“压力下降”位置，使车轮又重新被加速；当车轮圆周减速度回到低于门槛值时，控制阀返回“压力保持”位置；当车轮继续加速，加速度超过一个较大的加速度门槛时，控制阀换入“压力升高”位置；接着车轮加速度重新又降低，制阀再回到“压力保持”位置；然后在车轮加速度低于一个较小的加速度门槛后，控制阀使制动压力脉动上升，直至下一个调节循环开始。这样，防抱制动系统可以不断纠正车轮的抱死趋势，保证汽车在 制动过程中的可操纵性和稳定性，并充分利用极限制动附着率，实现最佳的制动距离。 滑移率是由汽车的速度和轮速所共同决定的。车轮的速度是由车轮的轮速传感器来测量的，但是汽车速度无法用车轮的转速来准确测出。因此怎样采取好的计算方法，来估算出车速，一直是各汽车 前，主要有最大轮速法、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 斜率法和季节调整法等 。 1)最大轮速法 在汽车整个制动过程中， 四 个车轮发生同时抱死的机率比较小。 轮独立控制状况下，发生这种现象就更少了。最大轮速法的计算很简单，取每一循环时刻的各车轮速度中最大的一个作为 该时刻的参考车速。 2)斜率法 对不同的路面，该法先取定一个车体下降的减速度 (斜率 )，经计算得出参考车速。在每一循环时刻，用下降计算得到的参考车速与最大轮速进行比较，当最大轮速大于此时计算得到的参考车速时，参考轮速就是该最大轮速。 3)季节调整法 季节调整思想来源于经济数据规律的分析。经济学家希望分离数据中的季节波动并获得被其掩盖的本质趋势，将这种数据处理方法称为季节调整法。 以滑移率为主要控制参数的控制方式就是在估算出车速后，计算出滑移率的大小，用计算出的滑移率和设定的滑移率比较，当实际滑移率小于设定值时 ， 大于设定值时，系统减压。这样始终让滑移率保持在最佳滑移率附近。 本文采用的逻辑门限值法将纵向滑移率最优值设定为 移率