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汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究【20000字】【优秀机械毕业设计论文】

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汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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毕业设计周记进度检查表.xls---(点击预览)

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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优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。60页。20000字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
计划周记进度检查表一份等。

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：
① 从实践中选题，了解ABS系统的意义；
② 学会搭建正确的车辆制动动力学模型；
③ 学习Matlab/simulink相关知识，掌握其操作过程，学会用simulink进行仿真；
④ 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；
⑤ 能对四分之一车辆模型进行正确的受力分析；
⑥ 所完成的论文工作量满足要求，格式正确、规范。
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

Abstract
In 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 process’s simulation analysis is effective.

Key words：brake；antilock braking system；simulation；Matlab/Simulink

目录
摘要 III
ABSTRACT IV
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

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ABS／ASR并不能解决汽车制动中的所有问题．因此由ABS／ASR 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
① 熟悉ABS在制动过程中的工作原理；
② 对单轮模型进行分析并建立动力学模型；
③ 对轮胎进行分型并建立轮胎模型；
④ 对ABS的控制系统进行分析，确定控制方法；
⑤ 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；
⑥ 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
① 分析有ABS和无ABS的情况下对系统的影响。
② 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
① 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。
② 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
① 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。
② 使用MATLAB编程的能力尚需加强。

内容简介：: 编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：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：） 2013年 5月 25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表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驱动防滑转控制系统）、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）研究状况及其发展前景目前，车辆防抱制动控制系统 (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，核心部件在不断地成熟，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，提高了处理速度、控制精度和可靠性，扩大了控制范围但是不能解决汽车制动中的所有问题因此由一步发展演变成电子控制制动系统（，它将是控制系统发展的一个重要的方向。统比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；对控制系统进行分析，确定控制方法；能够熟练使用建框图并进行仿真。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）研究方法分析有无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，分析对统的影响。研究计划及预期成果研究计划： 2012 年 11 月 12 日 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 1 月 20 日：专业实训。 2013 年 1 月 21 日 3 月 1 日：毕业实习。 2013 年 3 月 2 日 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 3 月 29 日：动力学建模与分析。 2013 年 3 月 30 日 4 月 26 日：用建框图并进行仿真。 2013 年 4 月 27 日 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、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统，使其更加完善的工作于车辆中。。特色或创新之处使用程仿真，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，已经具备使用程仿真的能力和图像处理方面的知识。使用程的能力尚需加强。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：年月日英文原文 e on a to a to it so it is to as as a to a a of It in to to we on of well n a is to of of is as 2X) as X). on of a F is it of Y) 2Y). of of is at is to an an of in or it is In in in to an If a to in is to in is is - of at is be it to of so if as in or it is a is it or If ow a is in In a to do is of to as or it is To in by at of on in 1 cm on in 3 cm of i * of is of on on is on to on if a 100to a 900on is to to A we of an s at a or it is A to is to so at be by a of it is to of is of by of by a 6. 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(2Y)的一半。改变杠杆的左端和右端的长度可以改变放大系数。任何液压系统背后的基本原理都是非常简单的：作用在某一点力通过通常是油一类的不可压缩的液体传递到另一点。大多数的制动系统也在这个过程中放大力。下面的是最简单的液压系统：简单液压系统在上图中，两个活塞放在两个充满油的玻璃液压缸中并且由充满油的管道相连。如果在一个活塞上施加一个向下的力，那么力将通过管道中的油传递到第二个活塞。因为油液是不可压缩的，所以传递效率很好，大部分的作用力都传递到了另一个活塞。液压系统的好处连接两液压缸的管道可以是任何长度和形状，这样就可以使管道弯曲的通过两活塞之间的各种部件。管道也可以是分叉的，如果有需要的话，这样一个主缸可以驱动数个副缸。如下图所示：带有两个副缸的主缸液压系统的另一个好处是产生放大（或者缩小）力相当地容易。如果你一读过滑车设备工作原理或者齿轮齿数比原理，那么你就会知道在机械系统中把力转化为距离处理是很常见的。在液压系统中，我们所要做的就是相对地改变一组活塞和液压缸的尺寸。如下图所示：液压增力原理为了确定上图中的放大因子，先由观察活塞的尺寸开始。假设左边活塞的直径为 2英尺（右边的直径为 6 英尺（两个活塞的面积是。因此左面活塞的面积是右面的面积是面活塞的面积是左边的九倍大。这就意味着无论在左面的活塞上施加多大的力，在右面的活塞上就会输出九倍于左面的力。所以，如果在左边活塞上施加 100 磅向下的力，那么在右面活塞上将产生 900 磅向上的力。唯一的补偿是左面的活塞要移动 9 英尺（使右面提升 1 英尺（一个简单的制动系统在我们深入了解一个真实的制动系统的各部分之前，让我们先来看一个简化的系统：我们可以看到踏板到枢轴的距离是液压缸到枢轴距离的 4 倍，所以施加在踏板上的力在传递到液压缸之前将被增加 4 倍。我们还可以看到制动缸的直径是踏板缸直径的 3 倍。这就将力进一步放大了九倍。最终这个系统将腿上的力增加了 36 倍。所以，如果在踏板上施加 10 磅的力，将在挤压制动带的轮上产生 369 磅（ 162力。下面是这种简单系统所存在的问题。要是系统有泄漏该怎么办呢？如果是轻微泄漏，最终将会没有足够的油使制动缸充满，并且制动器将停止工作。如果是严重泄漏，那么在你制动的第一时间，所有的油液将从泄露处喷射而出，并且制动系统将彻底地不起作用。鼓式制动器的工作原理和盘式制动器是一样的：制动面接触一个磨砂的表面。在这个系统中，那个表面称作制动鼓图许多汽车的后轮安装鼓式制动器，而盘式制动器安装在前面。鼓式制动器比盘式制动器有更多的零件并且更难检修。但是制造成本相对便宜，还有鼓式制动器容易组装一个紧急使用的制动装置。在本版本的，我们将详尽了解鼓式制动系统是如何工作的。考察紧急制动系统的组成，并且找到鼓式制动器需要何种检修工作。图 2. 有鼓的鼓式制动器图让我们基础开始：鼓式制动器鼓式制动器可能看起来比较复杂，它可以是很复杂的，当你打开一个的时候。让我们拆开它，并解释每一块的作用。图 4. 鼓式制动器的组成如盘式制动器，鼓式制动器有两个制动蹄和一个活塞。但是鼓式制动器也有一个调节机制，紧急刹车机制和大量的弹簧。首先，基础知识：图 5 显示只有部分提供的制动力。图当你踩下刹车踏板时，活塞推动紧靠着鼓的制动蹄。这是很简单的，但为什么我们需要所有这些弹簧呢？这使它变的有点复杂许多鼓式制动器是自增力式的。图 5 表明，当制动蹄与鼓相接触的时候，两者间有一个楔入运动，这起到了产生更多的力量将制动蹄向鼓挤压。由楔入运动提供的额外制动力使得鼓式制动器可以使用比盘式制动器更小的活塞。但是由于这种楔入运动，在制动释放的时候制动蹄必须从鼓拉离开。这是使用其中部分弹簧的原因。其它弹簧的作用是将制动蹄固定并且驱动调节臂返回。制动调节器为了使鼓式制动器正确的工作，制动蹄必须紧贴着鼓但是不碰到它。如果离鼓太远的话，活塞将需要更多的油液以通过那段距离，并且当你制动时，制动踏板将下行而离地板更近。这就是为什么大多数的鼓式制动器有一个自动调节装置的原因。图现在让我们在把调节机构也加进来，这个调节器使用的是上面讨论过的自增力原理。图在图 7 中，我们可以看到由于摩擦片的磨损，这使得制动蹄和鼓之间形成更大的空间。每次车停下的时候，相反的是制动蹄被拉的和鼓更紧。当间隙变的足够大时，调节杠杆足够摆动推进调节齿轮先前转动一个齿。调节装置有一个行程，就像一个螺栓，以便当它转动时旋开一点点，延长以填补间隙。当制动蹄进一步磨损，调节器又可以再向前。所以它总是保持制动蹄紧靠着鼓。有些汽车紧急刹车时有一个被驱动的调节器。如果紧急制动很长一段时间没有使用，这种类型的调节器可以产生调节作用。所以如果你有这种类型的调节器，你应该每周至少使用一次紧急制动装置。检修鼓式制动器最常见的检修是更换制动蹄。一些鼓式制动器在背面设置了一个检查孔，通过这个孔，你可以看到制动蹄上还剩余多少摩擦材料。当摩擦材料磨损到铆钉内 1/32 英寸（，必须更换制动蹄。如果摩擦材料和垫板直接连接（无铆钉），那么当摩擦材料只剩下 1/16 英寸（，就该换制动蹄了。图正如在盘式制动器中，深的刻痕可能会磨穿到制动鼓。如果一个磨损的制动蹄使过长的时间，把摩擦片固定到垫板上铆钉可以将制动鼓摸出一条凹槽。一个严重磨损的制动鼓有时可以被修补修复。盘式制动器有最小允许厚度，鼓式制动器有一个最大允许直径。因为接触表面是鼓的内侧。当你将材料从制动器中取出时，制动鼓的直径变大了。防抱死制动系统除了上面基本操作，还有两个特点。首先，当制动系统的压力上升到使轮胎抱死或即将抱死的时候，防抱死制动系统才会启动；当制动系统在正常情况下，防抱死制动系统停止运作。其次，如果防抱死制动系统有问题时，制动器会独立地继续运行。但控制板上的指示灯亮起提醒司机系统出现问题。目前欧洲汽车生产商，如：宝马、奔驰、宝时捷等广泛使用的是波许（抱死制动系统。这种系统基本组成包括车轮转速传感器，电子控制装置和调节装置。每个有一个向电子控制装置发出车轮转动情况的信号的传感器，它一般由磁感应传感头和齿圈组成。前面的传感器安在轮毂上，齿圈安在轮网上。后面的传感器安在后部的监测系统上，齿圈安在轮轴上。传感器本身是缠绕电磁核的电线圈，电磁核才线圈的周围产生磁场。当齿圈的齿移动到磁场时，就会改变线圈的电流。电子控制装置会监测这种变化，然后判断车轮是否即将抱死。电子控制装置有三个作用，即：信号的处理，编辑和安全防护。信号的处理起到转换器的作用，它是将接受的脉冲电信号处理转换成数值，为编辑做准备。编辑就是分析这些数值，计算出需要制动压力。如果检测出车轮即将抱死，电控装置就会计算出数值向调节装置发出指令。当接受到电子控制装置的指令后，液压执行装置会调节制动轮缸的液压的大小。调节装置能保持或减小来自制动主缸的液压，而装置本身是不能启用制动器的。这种装置有三个高速率的电磁阀，两个油液存储器和一个带有内外检测阀的传动泵。调节装置中的电子连接器隐藏在塑料盖下。每个电磁阀都是其独立控制的，并作用于前轮。后部的制动轮缸受到一个电磁阀控制，并依照防抱死制动系统运行时，电子控制装置会使电磁阀循环运作，这样既能收回又能释放制动器的压力。当压力释放时，它会释放到液压单元。前部的制动器电路有一个单元。存储器低压存储器，它在低压下存储油液，直到回流泵打开，油液流经制动轮缸进入制动主缸。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11月 7日 1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4012年 11月 28日 1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9013年 1月 9日 2日指导毕业实习填写毕业实习报告总结实习过程11 2013年 2月 13日 7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12 2013年 2月 20日 4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13 2013年 2月 27日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14 2013年 3月 5日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15 2013年 3月 12日 6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16 2013年 3月 19日 3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存档编码：无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：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17 2013年 3月 26日 0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18 2013年 4月 2日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19 2013年 4月 9日 3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20 2013年 4月 16日 0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21 2013年 4月 23日 7日指导习阅字典对照各个功能22 2013年 4月 30日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23 2013年 5月 7日 1日指导完成成框图的合理性进行修缮，移动框图使其呈现较为美观24 2013年 5月 14日 8日指导完成对择合适的参数仿真出直观合理的仿真曲线25 2013年 5月 21日 5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。编号无锡太湖学院毕业设计（论文）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：） 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 92 学号： 0923084 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 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，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，了解统的意义；学会搭建正确的车辆制动动力学模型；学习关知识，掌握其操作过程，学会用论文中的理论依据、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，本设计采用拟汽车在直线制动的运动状态，对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。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抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的制算法，并根据数学模型，利用件建立普通制动系统和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 (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； n to to of in a BS of of a it it of is of of of of At it as as So of be in a it an to of of It to of On of it to a of an an to of of of we to of So of s is V 目录摘要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 题研究的意义 . 1 究内容 . 1 2 防抱死制动系统概述 . 2 车防抱死制动系统功能 . 2 动系统研究的理论状态 . 2 3 防抱死制动系统基本原理 . 4 动时汽车的运动 . 4 移率定义 . 6 移率与附着系数的关系 . 7 动时车轮的受力分析 . 8 用防抱死制动系统的必要性 . 10 抱死制动系统基本工作原理 . 11 制技术及发展现状 . 12 4 基于件的仿真分析 . 15 算机仿真 . 15 算机仿真的分类 . 15 简要介绍 . 15 动方程建立 . 18 式制动器制动力矩的计算 . 18 轮模型的动力学方程 . 20 建立无动的模型 . 24 建立汽车动模型 . 26 关控制的统仿真 . 26 D 控制的统仿真 . 28 限控制系统仿真 . 30 真的参数及结果 . 31 真参数 . 31 仿真结果 . 32 开关控制仿真结果 . 34 制仿真结果 . 36 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 汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 1 1 绪论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。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，简称汽车动态制动过程。比较分析影响制动过程的因数：种情况下的比较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。无锡太湖学院学士学位论文 2 2 防抱死制动系统概述车防抱死制动系统功能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。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：滑和甩尾短制动距离（松软的沙石路面除外）止爆胎。现代轿车的输入传感器、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。提高汽车的稳定性。汽车制造商的研究数据表明 ,车辆配备使车轮侧滑事故下降了约 8%。 ,可以缩短制动距离。这是由于紧急制动在同等条件下 ,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 ,配有此外，用方便 ,工作可靠。使用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、进入工作状态根据情况，即使雪和湿滑的道路、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。高级汽车的动系统研究的理论状态研究中国从 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 ,电机试验台及其控制系统等。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 3 实验室研究造各种各样的 ,其中 ,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南程军电子科技公司的作者理论与实践的汽车防抱死制动系统 (如几本书，特别是在国内外 ,他们都是基于仿真环境基于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 0多个品种 ,家实用新型技术专利 ,并正式列入国家火炬计划项目。西安市括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。无锡太湖学院学士学位论文 4 3 防抱死制动系统基本原理动时汽车的运动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。示。其中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。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 a）所示。图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 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。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。汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 5 对统来说，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示。图 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 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 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示。所有这些运动情况若在制动时出现，都是极其危险的。图车直线制动车轮抱死时的运动情况无锡太湖学院学士学位论文 6 图车转弯制动车轮抱死时的运动情况移率定义通常，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 10 （错误 !未找到引用源。式中 : 滑移率 ; 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 ) 于车轮的角速度和车轮滚动半径 r 乘积时 ,滑移率为零 ( 0) ,车轮为纯滚动 ;当 = 0 时 , 100 % ,车轮完全抱死而作纯滑动 ;当 0 应当指出，若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。制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为面粗糙度为 m，两摩擦表面的平行度不应大于 0 05动盘的端面圆跳动不应大于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，其牌号不应低于方程 213132234 df p 图系统 p 型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，地面的制动力为用于车轮的制动力矩为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：（ r （ F （汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 21 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，（ 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 0时，（当 1时， ( 1 ) ( )1b p （图着力系数b随滑移率式（（的程序模型：无锡太湖学院学士学位论文 22 图子系统bSb的模型车身速度由下式确定：（ 0（车轮速度，即切线速度可由下式确定：（ b 0（由（（在的程序模型如下：汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 23 图系统 v 的模型由（，（在的程序模型如下：图系统 w 的模型滑移率公式在的模型如下：无锡太湖学院学士学位论文 24 图系统 v ， w 建立无动的模型汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 25 *u(1)+001/71/无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 26 建立汽车动模型关控制的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： 0当车轮的滑移率误差值 0e 时，反应后输出控制量 1u ；当车轮得滑移率误差值 0e 时，反应后输出控制量 0u ；当车轮得滑移率误差值 0e 时，反应后输出控制量 1u 。开关控制汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 27 *u(1)+001/71/a）开关控制型无锡太湖学院学士学位论文 28 图 b）开关控制器子系统模型 D 控制的统仿真实现连续控制的制是最简单的算法 ,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： 0则控制规律可表示为 : 0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。简单的它必须具有的功能参数设置控制器在线。同时 ,选择 p,增加系统设计的难度。汽车根据统 ,一组最优参数 i,快的方式 ,使车轮滑移率为了接近目标设定 : 0 经过多次调试，得出参数 1111、 2 和 2 汽车防抱死制动系统制的控制规律可用方程表示为 : d 212111110 汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 29 制统模型如图所示 : *u(1)+001/01/a）制型无锡太湖学院学士学位论文 30 1P co n t r o -m g 20 .

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