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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 213132234df 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 b 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= 。 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 : d 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 : 2121 1 1 1 10 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 . 2S b 01sI n t e g r a t o a i n 212G a i n 1- K -G a i nd u / d tD e r i va t i b） 制器子系统模型 限控制 系统仿真 门限控制 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 统模型如图所示 图 a）门限控制 型 汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 31 图 b）门限控制子系统模型 真的参数及结果 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 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 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 7此我们这边 初始时间 取 为 0s，结束 的 时间为 仿真 的 步长 50f i n a l s t a r = 无锡太湖学院学士学位论文 32 表 4 1 单轮制动仿真参数 参数 符号 单位 数值 车轮质量 M 00 车轮动力半径 r m 轮转动惯量 Iz kg*50 初始车速 m/s 30 初始角速度 s 120 制动压力 p 摩擦衬块扇形表面内半径 m 擦衬块扇形表面外半径 m 擦衬块扇形圆角 0/360 摩擦系数 f 路面上峰值附着系数 p = 100%时制动力系数 s 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。 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没有 制时的滑移率图t ( s )a） 无 移率 化曲线 汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究 33 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4051015202530没有 制时的车速与轮速之间的关系图t ( s )V/Vw(m/s)图 b）无 轮速度 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没有 制时的附着系数曲线图t ( s )c） 无 面 附着系数 化曲线 无锡太湖学院学士学位论文 34 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 40102030405060没有 制时的制动距离t ( s )S(m)图 d） 无 动距离 S 变化曲线图 关控制 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引入开关控制后的滑移率图t ( s )35 图 a） 开关控制 移率 化曲线 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4051015202530引入开关控制后的车速与轮速之间的关系图t ( s )V/Vw(m/s)图 b） 开关控制 轮速度 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引入开关控制后的附着系数曲线图t ( s )c）开关控制 面附着系数 化曲线 无锡太湖学院学士学位论文 36 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 405101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. If 0 of on 360 162 be at a of if we a If it is a be to If it is a of on as a In is a . of on on to to an In we a of . in . in ets he it be s it . of a a an an of or it is . in s do we of is it a as is a of of by to a of be is of in it or to to If as to to is an . ow s in of we or it is . in , as in is to by on a so it a it to in a so it to an is is of of if is of So if of at a he is an on is on be to (0.8 of If is to no be (1.6 of of a . as in If a is to A be by a a is of as ), is a A is at to of a a to is is is a a a as of an is in o in to s be is to If is to to it or it it by of a a of is by by by a to or is it is to a is to 中文译文 制动系统 众所周知，踩下制动踏板可以使汽车减速至停止。但这是如何产生的呢？汽车是如何将力从你的腿传递到车轮的呢？汽车是如何将力放大到足够大以致可以将像汽车一样大的东西制动的呢？ 制动系统组件 当你踩下制动踏板的时 候，汽车通过液体把力从脚传递到制动器。因为制动器需要的真正力量比你的腿能提供的要大的多，所以汽车必须放大脚产生的力 有两种方式： 机械杠杆作用 液力放大 制动器通过摩擦把力传递给轮胎，并且轮胎也是通过摩擦把力传递给路面的。 在我们讨论制动系统的组成之前，先来介绍以下三条原则： 杠杆 液力 摩擦力 杠杆和液力 在下面的图中，一个力 F 加在杠杆的左端。左端的杠杆长度（ 2X）是右端（ X）的两倍。因此杠杆右端可施加的力为 2F ，但是右端移动的距离 (Y)是左端距离 (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