汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究【Matlab程序+仿真图】

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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汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究开题报告.doc

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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

目  录

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。