【《ABS系统仿真建模仿真及结果分析案例》4100字】

第四章ABS系统仿真建模ABS系统仿真建模仿真及结果分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u14185ABS系统仿真建模仿真及结果分析案例 117782第1章ABS系统仿真建模 1159371.1软件介绍 1190671.1.1Matlab软件 1255131.1.2Simulink模块 2147211.2ABS防抱死系统建模 37701.2.1车轮子系统模型 3306721.2.2轮胎子系统模型 3199991.2.3制动子系统模型 4294331.2.4滑移率计算模型 4315631.2.5载荷偏移模块子系统模型 5294811.3Bang-Bang控制法 5145291.3.1Bang-Bang控制法简介 53341.3.2Bang-Bang控制法的ABS仿真模型 614552第2章ABS仿真结果与分析 818202.1在高路面附着系数下四种情况在制动过程中的仿真结果 8164942.2单通道式货车在各种路面附着系数下的仿真结果 11278882.3不同车速下的仿真结果 14第1章ABS系统仿真建模1.1软件介绍1.1.1Matlab软件Matlab即矩阵实验室，为三大数学软件之一，广泛地运用于科学研究、工程技术、数值计算等多个领域。与其他的数学软件相比，它具有以下特点；(1)用户界面接近于电脑标准界面，操作简单。配备了联机查询和帮助系统，解决用户在操作中遇到的难题，提高了软件的适用性。其次由于是采用C语言开发的，其控制方式和语法与C语言十分相近。假如用户具有一定的编程基础，则可快速地掌握运用与开发；（2）内部的函数库提供了大量的函数，其中这些函数适时更新，采用的包含各个学科领域的最新研究成果。这些函数经历了大量的试验，其可靠性与稳定性得到了充分的检验。用户随时都可以调用这些函数，完成各种科学计算与数据处理。而且，由于其强大的计算功能，用户可以节约大量的时间，把主要方向放在创新研究上；（3）可以将实验数据转化为图形，更加直观易懂。不仅能够绘制各种复杂的平面图形、立体图形和其他多维图形等，还较为简单容易在图形上增添坐标轴、标注和标题，大大增加了图形的可读性和准确性。（4）功能强大，便于运用和开发。该软件已经配备涉及不同领域、由专门人员开发的40多个工具箱。研究人员可以试验要求调用这些工具箱，也可在这些工具箱中修改或加入自己的源代码创建新的工具箱，实现再开发的目的；（5）交互功能良好，试验结果获取便捷快速。在内部的外部程序接口的帮助下，用户可以调用其他编程语言，实现交互，提升设计效率。另外，与Word、Excel等办公软件的交互则可以节省时间，迅速便捷地输出实验结果。1.1.2Simulink模块作为Matlab的功能模块之一，Simulink是一个可以支持各种工程系统的仿真环境。Simulink广泛地应用于航天航空、通信工程、机械及其自动化控制、计算机视觉、电子与电器等诸多领域，已成为研究人员必不可少的软件。在Simulink中，研究人员可通过简单易懂的操作，无需像C语言那样编写大量的运行代码，即可建立出复杂的模型。此外在Simulink中用户可以使用代码继承工具，将用C语言或者C++编写的代码导入，实现交互功能，便于研究开发。Simulink具有功能强大的图形编辑器与仿真引擎，通过建立模型方块图的图形用户接口，设计人员仅仅需要选中模块和拖拽模块到仿真系统，实现了快速高效地建立动态系统模型。通过示波器和其他显示模块，设计人员可以在较短时间内地看到系统的仿真结果。用户也可调用项目和数据管理工具，对试验结果进行整理与分析，便于得到理想的试验数据，减少研发过程的时间，进一步提升研究效率，提升创新水平。在Simulink中开发了许多的模块库，用户通过调用这些模块，根据研究目的搭建各种线性系统或非线性系统进行仿真分析，具有反映迅速、试验周期短、可重复多次试验的特点。基于本次毕业设计的要求，选取整车模型的各类仿真参数如表1.1所示表1.1货车的整车参数汽车质量3900kg车轮半径0.367m制动器制动因数35(前)/53（后）制动初速度100km/h质心高度0.91m轴距3.3m质心至前轴距离1.93m车轮转动惯量6.1（前）/10.3（后）kg.m21.2ABS防抱死系统建模根据第二章、第三章建立的各个汽车子系统的数学模型，在Matlab的Simulink模块中进行图形仿真建模，搭建ABS防抱死系统模型。1.2.1车轮子系统模型车轮子系统模型，是根据车辆制动时的受力特性的图形模块。该模型的作用是输入制动力矩和车轮转矩经过计算输出车轮转速并输送至滑移率计算子系统模型。图1.1车轮子系统模型1.2.2轮胎子系统模型双线性轮胎模型的作用是以滑移率为输入量，经过一系列的计算和判断输出纵向附着系数，并将其送入载荷偏移模块进行仿真。图1.2轮胎子系统模型1.2.3制动子系统模型制动子系统模型是根据上述制动器结构分析建立起来的图形模块。它的作用是输入控制器的控制信号，经过一系列的计算与处理，输出制动器的制动力矩，并将制动器力矩送入车轮子系统模型进行仿真。图1.3制动子系统模型1.2.4滑移率计算模型根据式2.5建立起来的滑移率计算子系统模型，它将汽车行驶的瞬时车速和制动车轮的瞬时线速度作为输入量，经过一系列的计算，输出轮胎的瞬时的滑移率，并将滑移率送入轮胎模型子系统及控制器模型子系统进行仿真。图1.4滑移率计算子系统模块1.2.5载荷偏移模块子系统模型载荷偏移模块子系统模型是根据本次毕业设计采用的双轮车辆模型而采用的模型，其目的是为了准确有效地模拟汽车在制动时的轴荷偏移对汽车制动性能的影响。它的作用是输入纵向附着系数和纵向加速度，根据整车性能参数，经过计算与处理，输出前轮（后轮）纵向力和前轮（后轮）车轮转矩，前轮纵向力与后轮纵向力相加得到车辆实际的纵向力，前轮（后轮）车轮转矩输送至前轮（后轮）车轮模型进行仿真。图1.5前轮载荷偏移模块子系统模型1.3Bang-Bang控制法1.3.1Bang-Bang控制法简介作为综合控制形式的一种，Bang-Bang控制法在工程领域内经常使用，控制方式简单可靠，控制精度准确可靠，为较为成熟的控制法。它的工作原理是通过反馈调节机制，有效检测系统内部的各个变量的数值变化，使之在容许控制范围内的正最大值或负最大值来回变化，保持系统的稳定工作。Bang-Bang控制法隶属于最优控制问题，与其他控制方法不同，它有两个被称为开关面的控制区域，一个对应的是控制变量的正最大值，一个对应的则是控制变量的负最大值，这也是体现Bang-Bang控制法的关键所在。在本次设计中将理想的滑移率S=0.2作为输入量，调用Simulink中函数来实现各个车轮的滑移率控制，以免发生制动抱死、侧滑、汽车尾部甩动过大等一系列的危险工况，充分保证汽车在紧急制动时的操作稳定性和方向稳定性1.3.2Bang-Bang控制法的ABS仿真模型在本次设计中，Bang-Bang控制器是通过Matlab/simulink数学运算库的Sign模块实现的，其方程描述为：（1.1）其中，为符号函数（取值如公式4-2），输入量是滑移率的误差。以滑移率的理想值作为Bang-Bang控制法的门槛值。（1.2）建立的汽车仿真模型如图所示图1.6货车的整车仿真模型第2章ABS仿真结果与分析2.1在高路面附着系数下四种情况在制动过程中的仿真结果为了更好地研究ABS系统对制动性能的影响，本节将对前后轮都装有ABS（简称前后ABS）、前轮装有ABS后轮为常规制动（简称前ABS）、前轮为常规制动后轮装有ABS（简称后ABS）和前后轮均为常规制动（简称常规制动）这四种系统在高附着系数路面的制动情况进行比较分析。图2.1常规制动仿真结果图2.2前ABS仿真结果图2.3后ABS仿真结果图2.4前后ABS仿真结果在上述实验中，货车在高路面附着系数的路面上，行驶的车速都为100km/h四种情况下的仿真结果：表6.1货车制动过程仿真结果制动系统制动时间（S）制动距离（m）前轮抱死时间（S）后轮抱死时间(S)常规制动1.12662.21.5270.943前ABS3.83259.243.7780.943后ABS3.93960.011.5473.933前后ABS3.68857.553.6773.688由表6.1可得，装有ABS系统的货车比常规制动的货车在制动过程中可以缩短制动时间，减少制动距离，有效提高制动效能，保证制动过程的行驶安全性。在装有ABS系统的三种模式中，前后ABS的货车制动效果最佳;前ABS的货车制动效果一般，后ABS的货车制动效果最差。但是无论是在制动时间还是在制动距离上，三者相差都不大，为可接受的范围内。前后ABS的货车制动效能最好，不会发生车轮抱死拖滑的危险工况，但其经济成本较高、结构布置复杂、维修困难；前ABS的货车在制动过程中容易发生后轮制动抱死，可能会产生汽车侧向移动、汽车尾部急剧甩动等危险工况；后ABS的货车容易发生前轮制动抱死、丧失转向能力。综合汽车的经济性与安全性等多方面因数考虑，本次设计采用后ABS的单通道式的制动系统。目前在货车上运用最为广泛的也是后ABS的单通道式的制动系统。2.2单通道式货车在各种路面附着系数下的仿真结果在本节中基于不同的路面附着系数下的后ABS的单通道式货车与常规制动的货车都以100km/h的车速下进行仿真分析。图2.5在中等附着路面系数常规制动的仿真结果图2.6在中等附着路面系数装有ABS系统的仿真结果图2.7在低附着路面系数常规制动的仿真结果图2.8在低附着路面系数装有ABS系统的仿真结果表2.2在中等附着系数（湿沥青）路面的仿真结果制动系统制动时间（s）制动距离(m)前轮抱死时间（S）后轮抱死时间(S)常规制动2.75581.721.2820.885后ABS1.89071.071.3201.823表2.3在低附着系数（湿泥土）路面的仿真结果制动系统制动时间（s）制动距离(m)前轮抱死时间（S）后轮抱死时间(S)常规制动6.61196.130.9150.758后ABS6.70597.690.9156.705通过仿真结果，可以得出在高附着系数与中等附着系数路面的良好路面上ABS系统能有效地缩短制动距离，减少制动时间，而且在一定范围内随着路面附着系数的降低，缩短制动距离更好，制动时间更短，后轮不会发生抱死；而在低附着系数路面ABS系统与常规制动系统相比，制动时间与制动距离都相差不大。但ABS系统能有效防止后轮抱死，维持货车在制动时的方向稳定性。由此可得出结论：在高附着系数和中等附着系数的水平良好路面上使用ABS系统有利于提高制动效能，提升制动过程中的安全性；在低附着系数的水平良好路面使用ABS系统制动效能提升不大，但可以充分保证制动过程中的方向稳定性和安全性。2.3不同车速下的仿真结果在本节中基于高路面附着系数下的后ABS的单通道式货车与常规制动的货车以不同的车速下进行仿真分析。图2.9时速80km/h下常规制动的仿真结果图2.10时速80km/h下后ABS的仿真结果图2.11时速60km/h下常规制动的仿真结果图2.12时速60km/h下后ABS的仿真结果表2.4时速80km/h下仿真结果制动系统制动时间（s）制动距离(m)前轮抱死时间（S）后轮抱死时间(S)常规制动3.36841.311.4740.892后ABS3.22439.991.4923.212表2.5时速60km/h下仿真结果制动系统制动时间（s）制动距离(m)前轮抱死时间（S）后轮抱死时间(S)常规制动2.61221.651.4120.833后ABS2.50723.961.4292.507通过常规制动与后ABS的货车的仿真结果，可以得出在三种不同的车速下的货车基于高附着系数路面上制动时，与常规制动相