防抱死制动系统

摘要为了了解防抱死制动系统的性能，经常采用计算机仿真技术进行研究。本设计采用Matlab软件对汽车直线运动进行仿真，并利用计算机对防抱死制动系统的控制规律进行仿真。与常用的试验分析方法相比，具有精度高、速度快、节省大量人力物力、周期短等优点。ABS系统模型是计算机与实际情况相结合的产物。建立ABS模型可以替代危险试验，提高经济性和安全性，同时可以简单快速地获得试验结果，从而提高产品性能，为ABS系统的研发提供有效的方法。本设计介绍了ABS制动系统的工作原理,通过创建共同的制动系统和ABS系统的数学模型,提出了路面附着系数的影响基于ABS控制算法,并根据建立的数学模型,使用Matlab软件建立共同的制动系统和ABS防抱死制动系统的仿真模块,并分析了常用车辆制动系统与防抱死制动系统在制动过程中参数变化规律。通过仿真的结果容易看出，ABS制动系统可以有效的防止车轮在制动过程中抱死，并且可以精确控制车轮的运动状态。结果表明，该设计对ABS制动过程的仿真是有效的。关键词:制动;ABS;计算机仿真;MatlabAbstractInordertounderstandtheperformanceofanti-lockbrakingsystem,computersimulationtechnologyisoftenused.Inthisdesign,Matlabisusedtosimulatethemovementofthecarinastraightline,andthecontrollawoftheanti-lockbrakingsystemissimulatedbycomputer.Comparedwiththecommontestanalysis,ithastheadvantagesofhighaccuracy,fastspeed,savingalotofmanpowerandmaterialresources,andshortcycle.TheABSsystemmodelistheproductoftheintegrationofcomputerandpracticalsituation.TheestablishmentoftheABSmodelcanreplacethedangeroustest,improvetheeconomyandsafety,andatthesametime,thetestresultscanbeobtainedsimplyandquickly,soastoimprovetheproductperformanceandprovideaneffectivemethodfortheresearchanddevelopmentofABSsystem.ThisdesignintroducedtheworkingprincipleofABSbrakingsystem,throughtheestablishmentofcommonbrakesystemandthemathematicalmodeloftheABSsystemispresentedbasedonthetire-roadfrictioncoefficientoftheABScontrolalgorithm,andaccordingtotheestablishedmathematicalmodel,usingMatlabsoftwaretoestablishcommonbrakesystemandsimulationmoduleofABSanti-lockbrakingsystem,brakingsystemandtheanalysisofcommonvehiclesfittedwithanti-lockbrakingsystemdynamicchangerulesoftheparametersintheprocessofbraking.Bycomparingthesimulationresults,itcanbeseenthattheABSbrakingsystemcannotonlypreventthewheelsfromlockinginthebrakingprocess,butalsopreciselycontrolthemotionstateofthewheels.Therefore,itisprovedthatthisdesigniseffectiveforthesimulationoftheABSbrakingprocess.Keywords:braking;ABS;Computersimulation;Matlab第1章绪论1.1课题研究的意义对车辆制动过程进行动态分析和研究，可以获得车辆的性能，有助于车辆的设计。ABS是当今世界普遍认可的汽车之一。安全有效的动作，可以提高汽车在使用制动器的过程中的作用。操作稳定性，降低停车距离。汽车检查专业近年来伴随着汽车制造技术和检测技术的发展。进步，也不断壮大，在汽车中发挥着极其重要的作用。运动控制部分动态监测汽车技术条件,特别是随着我国公路建设和道路运输业的快速发展，道路交通安全问题日益突出，进一步加强机动车安全技术状态检测已成为维护社会稳定的重要问题。1.2研究内容分析了车辆制动过程的应力，建立了用于车辆制动过程的动态数学模型，模拟了车辆制动过程的动态仿真；并模拟了制动性能的实际情况和相关参数之间的联系。对制动过程进行了研究，得出了相关结论和仿真结果，并对防锁死制动系统（简称abs制动系统）进行了仿真。比较研究影响制动过程的因数:1.测试车辆在低附着系数下车轮的滑移率，并与不控制时进行对比分析2.峰值滑移率小于0.8比较不同情况下汽车的滑移率，制动距离，车速轮速的关系得出相关结论。1.2.1电动汽车特点电动车是指由电动机驱动并由电源供电的车辆，遵守安全规定和道路交通标准。在现代社会，电动汽车不仅是一种汽车，更重要的是，它是一种集新材料、新能源、新技术于一体的高科技产品，是一种新型的电气设备。实现了清洁环保、节能减排、高效道路交通和现代网络智能化系统，代表了汽车未来的发展方向。与此同时，与电动汽车相关的高科技技术的发展促进了汽车技术、新材料、电化学、微电子、新能源、计算机智能控制等领域的巨大发展。电动汽车具备以下特点:（一）丰富的可利用能源：电动车使用的能源是电能，可以从风能、水力、太阳能、潮汐能、核能以及许多其他可再生资源中获得，不受石油和其他有限资源的限制。(二)低污染：电动汽车使用电能作为能源，不排放污染大气的有害气体。即使排放物从电力消耗转化为发电厂排放物，硫和微粒以外的污染物也将大大减少。（三）运行平稳、噪音低：传统汽车发动机在工作过程中，排气进气过程和缸内活塞往复运动引起的噪声和振动是汽车噪声和振动的主要来源。电动汽车由电源供电，没有这样的噪音或振动。根据数据，电动车产生的噪声比内燃机车低了很多。（四）高能效：电动汽车以电能为能源，以电流的形式进行电能传输，能量转换效率高达80%，能量损耗较小，即使考虑到火电发电效率。在电能传输过程中，电池的充放电效率和分配效率等一系列的电能损耗也可以达到29%左右的能量转换率。电动车辆停车时不消耗能源，减速、制动时可以回收利用能源，提高了电动车辆的能源利用效率。1.2.2电动汽车发展现状在过去的20年里，油价飙升加速了新能源的开发和利用。发展电动汽车，特别是纯电动汽车，已成为各国关注的焦点。目前，相当多的国家，特别是日本、欧洲和美国，已将电动汽车的研究和开发纳入政府计划。例如，美国政府和三大汽车公司研究的下一代汽车伙伴关系和大型燃料电池汽车伙伴关系预计，到2019年，美国政府购买的汽车中，一半将是插电式混合动力汽车和纯电动汽车。欧盟还制定了针对电动汽车及其能源相关方面的定制开发计划，如框架系列计划、欧盟燃料电池总线示范计划、欧盟燃料电池开发示范计划和欧洲电动汽车城市交通系统计划。日本人口众多，领土狭小，石油进口几乎全部，因此日本十分重视电动汽车的研究，尤其是在混合动力电动汽车的发展方面，已经处于世界领先地位。1997年，丰田开发了世界上第一辆量产的混合动力普锐斯。目前已进入第三代，在20多个国家销售。我国电动汽车起步较晚，但近年来，国家出台了一系列促进电动汽车发展的相关政策。2006年，国家中长期科技发展规划将“氢燃料电池技术”和“低能耗新能源汽车”列为优先主题和尖端技术。2010年制定了“电动汽车科技发展十二五规划”.“十二五”期间，国家科技规划将加大对电动汽车技术创新的支持力度，推动电动汽车由研究向实际工业化转变。1.3汽车ABS发展现状汽车防抱死制动系统(ABS)是在传统汽车制动系统的基础上，采用电子控制系统防止车轮被锁死的主动安全装置。在制动过程中，实时检测车轮的滑动速度，主动调整各车轮的制动扭矩，并利用轮胎与路面的粘连，非常有效地缩短制动距离，显著提高车辆制动时的稳定性和机动性。防抱死制动系统控制技术目前被广泛认为是提高汽车安全性的有力措施。为了提高制动的安全性能，在汽车上安装防抱死制动系统已成为当今发展的必然趋势。1.3.1国外汽车ABS发展现状防抱死制动系统在20世纪初首次用于火车，汽车防抱死制动系统出现在二战前后。1936年，德国的博世使用电磁传感器来测量车轮的速度。当传感器检测到车轮锁定时，每个制动管上的马达开始控制阀门端口的大小以调整制动压力。博世的专利被认为是反锁制动系统历史上的一个里程碑，其原则至今仍在使用。防抱死制动系统在汽车工业中的应用始于19世纪50年代。1954年，福特汽车公司为林肯型汽车配备了法航的防抱死制动系统。防抱死制动系统的控制部分采用机械装置。功能比较单一，结构复杂，控制精度低，可靠性差。只有在特定的车辆和特定的情况下，防抱死制动系统才是有效的，所以制动效果并不理想。电子防抱死制动系统出现于20世纪70年代中期。采用大型集成电路形成逻辑电路，取代机械防锁死制动系统控制器，减小控制器尺寸，提高可靠性。然而，控制功能的实现依赖于硬件组成的逻辑电路，这就决定了控制器不能实现复杂的逻辑控制。1980年初，受计算机快速发展的带动，防锁死制动系统的研制取得了突破。出现了现代电子控制的防锁死制动系统，由微数字计算机或单片机和电磁阀调节器组成。系统不容易被干扰，响应速度很快。制动周期可以增加到每秒10次以上。具有体积小、重量轻、运动速度快、控制精度高等特点。1978年，博世与梅赛德斯-奔驰合作开发了防抱死制动系统(ABS)、四轮和数字控制器，批量安装在奔驰汽车上，使防抱死制动系统变得智能化。因此，ABS控制系统在1981中奠定了基础和基本模型。德国公司wilberco和梅赛德斯-奔驰卡车安装了数字防抱死制动系统。从此，防抱死制动系统技术得到了推广和应用。进入90年代以后，防抱死制动技术得到了发展和成熟，控制精度和控制功能得到了提高。目前，防抱死制动系统技术已经在发达国家得到广泛应用，防抱死制动系统装置已经成为汽车的必备设备在北美和西欧，各类客车和轻型卡车的防锁死制动系统比率已超过90，客车防抱制动系统的比例约为60。危险品卡车的防抱死制动系统比率为100。目前，防抱死制动系统设备制造商主要包括博世、德科、本迪克斯、特维斯、瓦布科和凯尔西。这些公司的防抱死制动系统产品得到了广泛的应用.并仍在开发、更新和更换。1.3.2国内汽车ABS发展现状中国对ABS的研究始于20世纪70年代。随着汽车工业的发展和汽车技术的进步，防抱死制动系统自20世纪90年代中后期开始在我国汽车上安装。1999年，中国颁布了国家强制性标准gb12676-1999“汽车制动系统的结构，性能和试验方法”，并制定了防抱死制动系统。自那以后，大众汽车、东风福康、上海大众、Chongqing

Chang和上海通用汽车都采用了防锁死制动系统技术。在理论研究方面，吉林大学“郭洪辉系”院士为代表的车辆动力学模拟国家重点实验室在轮胎模型的建立方面取得了很大的成就。葛健教授等人在汽车安全与节能国家重点实验室和清华大学进行了一系列关于防抱死制动系统的研究。蒋顺文、唐中山等人利用单轮模型研究了PID控制在桂林电子科技大学汽车防抱死制动系统中的应用。在气动防抱制动系统方面，东风电子科技有限公司、重庆能源有限公司、广东科美有限公司等国内企业已形成一定的生产规模。由于液压防抱死制动系统的技术难度较大，国外技术封锁较为严格，国内企业无法独立生产液压防抱死制动系统。然而，自主研发液压防锁死制动系统，突破国外跨国公司的技术壁垒，取得新的进展和突破。例如，清华大学和浙江亚太汽车液压防抱死制动系统“九五”国家科技计划项目，防抱死制动系统控制理论与方法，电子控制单元，液压控制单元及支撑方法开发和关键技术伟大的成就。南京伊维柯轻型客车的样品符合国家标准gb

12676-1999和欧洲eecr

13的要求。同时，合肥工业大学还开发了一套具有自主知识产权的电子防抱死制动系统，并成功应用于HF6700轻型汽车。目前，防锁死制动系统的研究机构和厂家已基本完成了对已开发产品的装车、道路测试等测试验证和性能测试，但缺乏全面的室内测试设备和手段。国外一些机构开发了防抱死制动系统室内检测方法，部分替代了道路检测，设备相对昂贵。然而，这项技术在中国尚未掌握。此外，吉林大学等研究人员对防抱死制动系统零件的检测方法进行了研究。并利用计算机仿真技术建立了虚拟防抱死制动系统。本研究主要应用于防抱死制动系统产品的开发，但尚未应用于产品的生产和测试。实现计算机仿真首先要建立车辆动力学模型，然后利用计算机技术对模型进行仿真和简化，可以随时改变不同的参数进行不同的研究，非常灵活。第2章防抱死制动系统概述2.1汽车ABS系统的功能防抱死制动系统(ABS)是一种汽车制动系统，根据不同防滑轮胎的附着性能来控制地面制动力。在车辆的制动过程中，可以防止制动过程中车轮的出现，并充分利用地面粘着系数和较高的地面制动功率增益，降低汽车的制动距离，并使汽车在刹车时保持安全刹车。该技术在减少交通事故损失、提高车辆安全性、提高车辆运行经济性等方面起到了积极的作用。它是汽车工业中最重要的安全技术之一。ABS制动装置是为了防止缺陷的发生而研发的，它具有以下优点：1.快速的转矩响应，电机的扭矩响应速度是ICEVs的100-500倍2.减少轮胎磨损，防止爆胎3.像内燃电动机这样的电动机非常小。因此，可以在每个轮子上安装一个电机。在传统汽车中，个人控制非常复杂。4.增加制动稳定性。现代汽车的ABS由输入传感器、控制计算机、输出调制器和连接线组成。输入传感器一般包括四个车轮的车轮速度信号、制动信号，有些车型还包括减速信号、手制动信号或汽车油位信号。第一个优点是提高了防抱死制动系统的制动稳定性。汽车四个轮子的制动力是不同的。如果前轮锁定，驾驶员无法控制行驶方向。这是非常危险的。如果后轮被锁住，汽车的尾部会摇摆，甚至会造成非常严重的事故。ABS可以防止四个车轮在刹车时完全锁死，提高了汽车的稳定性。汽车制造商的研究表明，ABS可以减少8%左右的车轮侧滑事故。ABS的第二个优点是可以缩短刹车距离。这是因为在相同的紧急制动条件下，ABS的滑动率被控制在大约20%，这样就可以获得最大的纵向制动功率。ABS的第三个用途是改善轮胎的磨损和防止爆胎。实际上，方向盘锁定可能导致轮胎磨损增加，胎面和地面摩擦不均匀，轮胎磨损增加，严重磨损，使轮胎无法继续使用。因此，防抱死制动系统经济、安全。此外，防抱死制动系统易于使用且可靠。防抱死制动系统的使用与普通制动系统几乎没有区别。在紧急刹车时，只有当脚用力踩刹车踏板时，防抱死制动系统才会进入工作状态。根据情况，防抱死制动系统即使在雪和潮湿的路面上也能保持最佳制动状态。防抱死制动系统通过计算机控制车轮制动力，充分发挥制动效率，提高制动减速度，缩短制动距离，有效提高车辆制动稳定性，防止车辆打滑和旋转，减少交通事故，被认为是提高车辆性能的最有效措施，提高了安全性。国内外广泛使用先进的防抱死制动系统轿车和公交车。2.2ABS制动系统研究的理论状态吉林大学国家重点实验室的四位院士，在国内汽车动力学仿真研究中处于领先地位，对防锁制动系统的生产进行了各种实验室研究，研究了防锁死制动系统的控制量，对不同的车轮速度信号进行抗干扰处理，研究车轮速度信号的响应，研究防抱死制动电磁阀的作用。他们代表研究人员，重点研究了汽车轮胎、转向稳定性、汽车转向动力学模型以及汽车轮胎的非稳态和稳态旋转特性。轮胎转向稳定性和车辆闭环控制的仿真结果已达到世界先进水平。吴家豪女士是华南理工大学的交通代表，从事汽车安全、结构设计、电子技术和计算的研究，并建立制动压力函数。通过车辆动力学方程和地轮制动力计算速度。还可以通过计算防锁闸的等效应力函数来计算滑移速率。此外，粘附系数和滑移率之间的关系，以及车辆技术测试方法和条件也具有独特的见解。以防抱死制动系统专家成俊和济南成俊电子技术公司为代表的济南成俊电子技术公司防抱死制动系统控制算法的研究，作者对汽车防抱死制动系统的理论和实践研究(如几部专著，尤其是防抱死制动系统控制算法的研究)是国内防抱死制动系统开发者的必备信息。此外，它们还基于MAT2LAB仿真环境的防抱死控制逻辑，基于VB开发环境进行汽车加工仿真研究，汽车动力学仿真控制研究。产品包括摩托车、汽车、电子四通道jn144fb气体制动、jn111fb空气制动电子单通道、jn244fb液压防锁死制动系统（abs类型）及相关电子设备部件等30多种产品。该防锁制动系统已获得全国客车质量监督检验中心和全国汽车质量监督检验中心的认证，在国内具有相当大的实用性。新专利已正式列入国家火炬计划。西安包华公司的主要产品是卡车、中型卡车及其相关零部件的液压三向防抱死制动系统和四通道气动防抱死制动系统。该技术包括BH

1203-fb防锁死制动系统和BH

1101-fb防锁死制动系统。通过了陕西省科学技术委员会的科技成果评价和陕西机械工业新产品评价。山东重型卡车集团在引进国际先进技术的研究开发方面也取得了一些重要进展。重庆市公路研究院研制的中型汽车空气制动FKX-ACI防抱死制动系统已通过国家技术鉴定，但各种制动器的适应性仍需提高。由于性能优势和资源价格，清华大学研制的空气制动防锁死制动系统在绝缘客车上的应用将迅速扩大，立方氮化硼超硬材料和金刚石的应用将进一步扩大。新工具材料的交付时间将越来越短，新品种和新品牌的推出也将越来越快。希望两种新型刀具材料——硬质合金的强度和韧性，以及高速钢超硬材料的硬度和耐磨性能够充分发挥。第3章防抱死制动系统基本原理3.1制动时汽车的运动3.1.1制动时汽车受力分析在制动期间，汽车主要受地面力，风阻和自身重力的影响。作用于汽车的力分为垂直于地面的支撑力和平行于地面作用于车轮的力。如图所示，当汽车直线行驶时，会受到横向外部干扰和转弯时作用在汽车上的力。地面制动力作用于每个车轮，其大小由车轮在道路上的荷载和纵向粘着系数决定。所有车轮的总地面制动功率是面向地面的车辆的总地面制动功率，是制动时减速和停车的主要驱动力。作用在每个车轮上的侧滑摩擦为零。侧滑摩擦的大小取决于车轮上的载荷和横向附着系数。当车轮锁定，横向摩擦变得非常小，几乎为零。当汽车在直线上刹车时，如果受到横向扰动的影响，如路面不平或横风，就会产生侧滑摩擦，保持汽车的直线方向。图3.1汽车直线和转弯制动时的平面受力图如图3.1(b)所示，如果汽车在制动或制动过程中转弯，也会发生横向滑动摩擦使汽车转弯。地面制动力决定制动距离的长度，横向滑动摩擦决定制动方向的稳定性。这里，作用在前轮上的侧滑摩擦称为转向力，作用在后轮上的侧滑摩擦称为侧滑力。转向力与汽车的方向稳定性有关，它确保汽车能根据驾驶员的意愿旋转。侧向力与汽车的方向稳定性有关，从而保证了汽车的方向。转向力越大，转向性能越好；侧向力越大，车辆的方向稳定性越好。如上所述，可以使用适当的制动器有效地停止停车。刹车强度过大是各种危险行为的主要原因。因此，汽车行驶时，应根据雪路面、水路面、坏路面、干路面、直路面、湿路面弯曲路面的情况，根据车辆的方向角度和行驶速度的情况，必须刹车，注意不要让车轮锁住。3.1.2车轮抱死时汽车运动情况当车轮被锁住时，汽车上的侧向摩擦力会变得非常小，这使得汽车刹车时保持方向稳定性和方向控制的转向力和侧向力变得非常小，使得汽车刹车时出现很多危险的运动。对于防抱死制动系统来说，就是试图防止这些危险运动的发生。让我们从汽车在路面上直线转弯时的制动两个方面来讨论汽车车轮被锁住时的运动情况。(1)如图3.2所示，当在路面上直线运动的汽车的制动轮被锁定时，汽车可能发生运动。如图3.2（a）所示，由于前轮的转向力基本为零，因此只有当前车轮被锁定时，才能进行常规的转向操作。制动时，前轮都被锁定，而后轮没有被锁定。当前车轮锁定时，转向力为零，驾驶员无法控制汽车转弯的方向，以避开前方的障碍物。此时，由于后轮未锁定，汽车仍有侧向力，以维持方向的稳定性。图3.2（b）显示，只有当后轮被锁定且后轮的侧向力接近零时，车辆仍然具有方向控制。然而，因为后轮是锁着的，会失去方向的稳定性，使汽车行的得很滑。汽车不能保持原来的方向。由于前轮的转向力和离心力的影响，汽车将沿着曲线旋转（这种运动称为外部旋转）。如图3.2(c)所示，在所有车轮锁定前后，当侧向力和转向力为零时，这种状态不是很稳定，路面不平坦，地面周围的制动力不相等，即使对于汽车，横摆力矩也很小，汽车会产生不规则的运动，这是一种危险的状态，在不规则旋转制动释放过程中，汽车会在当时沿行驶方向迅速拉出，这是非常危险的。(2)图3.3显示了当汽车在路面上转弯时，制动轮锁定时的可能运动。所有这些动作如果发生在制动过程中，都是极其危险的。图3.2汽车直线制动车轮抱死时的运动情况图图3.3汽车转弯制动车轮抱死时的运动情况3.2滑移率定义制动时通常有两种阻力：一种是制动盘与制动盘或制动鼓间的摩擦。这种阻力称为制动系统的阻力。因为它在制动时提供制动动力，所以又称制动系统制动动力。另一个阻力是轮胎与道路之间的摩擦，也称为地面制动力。轮胎侧力的最大值称为轮胎-道路附着力，等于轮胎-道路附着力的乘积和轮胎-道路附着力系数。如果制动系统的制动力小于轮胎与路面之间的粘附力，则汽车车辆在制动过程中将保持稳定。相反，如果刹车力大于轮胎与路面之间的粘着力，车轮将在制动时锁定并打滑。地面制动力受地面附着系数的影响。当制动系统产生的制动力增大到一定值时，轮胎会出现在地面上打滑。汽车的实际速度与车轮的圆周速度的差称为车轮的滑移率。滑移率S的定义式为:S=(v—)/v×100%式中:S—滑移率;v—汽车的理论速度(车轮中心的速度);ω—汽车车轮的角速度;r—汽车车轮的滚动半径。由此可知:当ω=0时,S=100%,车轮完全抱死并发生纯滑动;当0<S<100%时,车轮既滚动又滑动;当车轮中心速度v等于车轮滚动半径r与车轮角速度_的乘积时，滑移率为零，车轮为纯滚动。3.3滑移率与附着系数的关系如图3.4所示，给出了横向粘着系数和纵向粘着系数随路面和车轮滑移速率的变化曲线。当轮胎纯粹滚动时，纵向粘结系数为零。当滑移率为15%-30%时，纵向粘着力达到峰值。随着滑移率的不断提高，纵向粘连系数不断降低，直到车轮被锁定，纵向附着系数下降到一个较低的值。此外，随着滑移率的增加，横向附着系数急剧下降。当车轮锁定时，横向附着系数大约为零。从图中可以看出，如果车轮滑移率可以控制在15％-30％的范围内，则纵向附着系数可以接近峰值，并且可以获得大的横向粘附系数。这样,汽车就可以获得最佳的方向稳定性和制动效率。ABS就是根据这一原理而研发的。图3.4滑移率与附着系数关系试验结果表明，路面的附着系数与车轮材料、结构、路面材料和形状有关，不同性质的路面的附着系数也有很大差异。不同类型路面的纵向粘着系数与峰值滑移速率曲线的关系不同。不同类型路面在不同纵向粘着系数下的滑动速率曲线也有不同的下降速率。一般来说，干路面的粘着系数下降比湿路面快。一般来说，干燥和平坦沥青水泥路面的垂直峰值附着系数高达0.8-0.9，而冰雪路面的垂直峰值附着系数可低至0.1-0.2。如果不同路面类型之间存在显著差异，在设计ABS的控制方法时，必须考虑不同的控制策略和目标。如果车辆在同类型道路上制动时初始速度不同，则纵向粘着系数与滚子滑移率的关系曲线也会略有不同。制动速度越高，车轮的纵向粘着系数越低。然而，当在相同的路面上以不同的初始速度制动时，滑移率与车轮附着系数之间的关系没有显着差异。总之，滑移速率与粘着系数之间的非线性特性是影响车辆制动性能的主要因素。汽车制动过程实际上是路面与车轮之间的非线性过程，车轮附着系数和车轮运动状态的变化是一个非线性过程。因此，车辆制动过程是一个非线性的制动过程。制动时，汽车制动系统改变车轮的运动和滑动速率，从而形成非线性制动过程。3.4制动时车轮的受力分析汽车在行驶时可以实现制动的根本原因是道路与轮胎之间的接触为相应的车轮提供制动力。道路制动力是导致汽车刹车减速的外力。然而，道路制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是轮胎与路面之间的摩擦力（道路制动力）；另一个是制动鼓与制动盘或制动片之间的摩擦力，以及制动盘的制动力。图中为制动时车轮受力情况制动器的制动力相当于将汽车拉离地面并踩下制动踏板。在轮胎边缘沿切线方向推车轮。当刹车踏板力小时，刹车的摩擦扭矩小，路面与轮胎之间的刹车力足以克服刹车的摩擦扭矩，使车轮滚动。显然，当车轮滚动时，刹车的制动力等于道路的制动力，并随著踏板力的增加而增加，如图所示。然而，路面的制动力是滑动摩擦的约束反力，其值不能超过粘附力。图中为制动器的制动力，路面的制动力与附着力的关系当路面制动力达到附着力时，车轮会抱死不转动，造成纯粹的打滑现象。此时，如果刹车踏板力（或称制动管压力）继续增加，制动制动力会随着制动摩擦矩的增加而继续增加。但是，如果车轮上的垂直载荷是恒定的，则在达到附着力后路面制动力不会增加。因此，道路车辆的制动力首先取决于制动制动，但同时又受到道路附着系数的限制，所以只有车辆有足够的制动力对路面进行制动，并提供足够高的附着力，道路才能达到足够高的道路制动力，足够大的制动减速度和制动距离。结果表明，影响粘着系数的因素很多，如车速、轮胎花纹、路况、路面、轮胎运动等。在这些因素中，车轮相对于路面的运动对粘连有非常重要的影响，特别是在湿路面上。3.5采用防抱死制动系统的必要性发生事故时，交通警察总是在第一个十字路口检查刹车，以确保司机在事故中刹车。然后测量制动距离，看看车辆的制动效果是否良好。当轮胎的滑移率为8%时，轮胎与地面的粘附力最大。如果轮胎的滑动速率过高，其附着力就会降低。如果驾驶员可以控制轮胎的滑动率以使制动范围在8％和25％之间，则在相对较短的行驶期间，汽车将停在直线上。突然刹车，汽车的车轮被锁住，汽车向前滑动，这将产生可怕的制动距离。当车辆转弯时，如果车辆紧急制动，线性驱动轮会出现这种现象。因为车轮被锁住，汽车侧面的附着力变为零，汽车轮胎侧面打滑，这是非常危险的。侧向附着力与制动力密切相关。在没有刹车的情况下，前后轮的滑动方向为零，车轮的横向附着力最大。随着制动力和轮胎滑移率的增加，驾驶员单级动力制动踏板的侧向附着逐渐减小。最后，当轮胎滑移率为100%时，轮胎被锁定。在这种情况下，汽车的横向附着力几乎为零，轮胎开始滑动。当方向盘被锁住时，方向盘就不能再工作，驾驶员也不能控制汽车的行驶方向。前轮锁定时，汽车只能沿直线锁定。如果前轮和后轮同时锁定，汽车会翻车。现在是危险的时期。当然，熟练的驾驶员可以根据不同的情况进行合理程度的制动操作，例如使用制动器。但是在紧急情况下，大多数司机踩刹车踏板，导致轮胎锁死。有很多事情司机做不到，但是传感器可以做到。传感器根据相关数据以及执行器所需的信息进行分类和判断。这部分由计算机操作。对计算机来说这很简单。根据每个车轮的制动缸和制动液压力对防锁死制动系统进行调整，以防止由此产生的制动过度剧烈，导致车轮锁定。如果你再也不能锁紧车轮，就恢复正常压力。滑移率控制在一定范围内。这不仅提高了车辆的稳定性，而且改善了车辆的控制方向，大大降低了制动距离。3.6防抱死制动系统基本工作原理防抱死制动系统是根据特定的规律设计的，当制动液的制动压力不会导致车轮锁定。制动液压实际上是ABS变速期间ABS制动系统的过程控制方法。下面是一个基于车轮速度加减法逻辑阈值控制的单控制线性制动过程的例子。停车时，如果车轮抱死，车轮与路面的横向连接将完全消失。如果仅前方向盘制动器，方向盘锁定和车轮滚动，则车辆失去动力。如果只有后刹车包含死滑和前轮滚动，即使横向干扰小，也会发生打滑。这些很容易导致严重的交通事故。因此，当汽车制动时，最好不要锁住车轮制动器滑动，而是让车轮制动器向一侧滑动。图3.7ABS的工作区域通过该试验，当车轮滑移率为15％时，轮胎与路面之间的最大粘附系数为15％。因此，为了充分发挥轮胎与路面之间的潜在粘着作用，防锁死制动系统实现了对车轮中心和切线速度的控制，并将滑移率保持在15%-20%之间。制动过程中显示了防抱死制动系统的工作区域，控制单元（ECU）控制制动压力调节器、减压制动压力控制回路、车轮打滑率控制制动器和车辆在接近最大理想打滑率的狭窄范围内的纵向附着系数，频率为每秒10到12次，提高车辆制动性能和车辆行驶过程中的制动控制路况。为了达到这一目的，采用了逻辑阈值防锁死制动系统的控制方法。(对于不同速度和路况的汽车，使用从重复测试中获得的数据。）通过将制动器检测到的实际参数与电子控制单元设定的阈值进行比较，可以及时控制制动过程。根据道路的行驶条件和控制过程，汽车制动防抱死制动系统可分为三个制动控制过程。高附着路面和低附着路面的附着系数突然由高变低。防锁死制动系统的控制参数：角减速、角加速度和车轮滑移速率。车轮减速度和加速度通过传感器输出信号从电子控制单元通过车轮滑移率实际上是防抱死制动系统的大部分制动过程，当车轮减速度控制阈值设定为近似瞬时防抱死制动系统车轮速度控制时，并在计算过程中随时遵循斜率近似设定而确定制动速度，为了计算制动过程中随时的参考速度和车轮速度，采用制动参考车轮滑移率进行防抱死制动过程控制。在防抱死制动系统控制中，如何改善和减少滑动率和速度阈值等综合控制参数。任何一个阈值参数的使用对控制都有很大的限制。例如，车轮仅增加或减少速度作为控制阈值。当汽车在高速公路上具有较低的紧固制动附着系数时，防抱死制动系统将无法控制车轮，因为驱动轮制动减速度无法达到控制阈值。因此，发生自锁现象。如果车轮滑移率用作控制阈值，由于在不同路况下车内纵向附着系数变化的最大速度范围是滑移率（8％30％），因此仅采用固定滑移。速率控制阈值方法可以确保在各种路况下的最佳制动效果。因此，采用积分控制速度和滑动率阈值法，防抱死制动系统具有较高的自动自适应控制能力，可以保证各种路况和道路制动条件的安全。第四章MATLAB软件的仿真分析4.1介绍电动汽车作为解决能源和环境问题的一种手段，受到了人们的广泛关注。此外，电动汽车比内燃机车有许多优点，因为电动汽车驱动系统中使用了电动机和逆变器。其优点可概括为：1.电动机的扭矩响应比发动机快10-100倍。2.车轮电机采用小功率大功率，可独立控制所有车轮。3.电动机的输出转矩可以从电动机电流中准确地测量出来。基于这些优点，提出了多种在光滑路面上防滑的牵引控制方法。这些方法基于转矩观测器、最大传递转矩估计、滑转比控制、滑模控制等。此外，由于路面摩擦系数决定了车轮在路面上产生的最大扭矩，因此提出了车轮的估算方法。最新的驱动力控制（DFC）是一种基于驱动力观测器的驱动力外环直接控制驱动力的控制方法，基于滑移率控制的车轮速度内环可在湿滑路面上产生较大但不确定的驱动力。利用该控制系统，在饱和器极限范围内产生所需的驱动力，当驱动力饱和时，通过滑转比控制保持牵引力。此外，以加速踏板为驱动力基准，可以产生驾驶员指令的驱动力。由于提出的DFC被考虑用于前轮驱动的电动汽车，因此在极滑的道路上总驱动力不可避免地会减小，这也适用于其他牵引力控制方法。然而，驱动力的突然降低会导致驾驶员不适，因此需要一种新的控制方法来保持总驱动力。此外，左右两侧的驱动力必须相等，以防打滑。本文提出了一种基于DFC的四轮驱动力分配方法。如前所述，全轮驱动汽车采用小功率、大功率的车轮电机，容易实现，是电动汽车的优点之一。即使车辆行驶在较滑的道路上，如零散的积雪或潮湿的检修孔，其长度小于车辆的轴距，总驱动力仍通过将驱动力不足的部分分配给有牵引力的车轮来保持。此外，当左侧或右侧处于光滑表面时，通过产生左右驱动力之间的差异来抑制偏航运动，以在直线行驶时遵循所需的偏航力矩-零。本文提出的四轮驱动力分配方法可以同时实现两种功能。通过仿真和实验验证了该方法的有效性。4.1车辆规格车辆质量(m)870[kg]轴距(l)1.7[m]G到前轴(lf)0.999[m]距离C。G至后桥(lr)0.701[m]踏板底座(df,dr)1.3[m]车轮半径(r)0.302[m]4.2车辆动力学方程在本节中，解释了车辆动力学方程[11]。各轮的旋转运动方程(如图3所示)为,(1)J是车轮惯性,车轮角速度,T是电机转矩,r是车轮半径,是动力的车轮与地面接触。i和j分别是f/r(前/后)和l/r(左/右)的指标。车身纵向运动方程(如图4所示)可以描述为,(2)其中m为车辆质量，V为车辆速度。当车辆加速或减慢时,车轮速度=不同于车辆速度V,导致轮胎的弹性变形。因此滑率λ定义为(3)在ǫ防止除零是一个很小的值。得到各轮的驱动力和驱动刚度为,(4),(5)其中N是正常反应部队在每个轮子,和µ摩擦系数。图3所示。车轮的旋转运动。图4所示。车辆运动的变量。图5所示。典型-λ关系。图5演示了µ-λ的关系取决于道路条件[15]。取决于µ是最大值或最小值。定义域的λ高峰,定义域≤≤,µ对于λ是一个单调递增函数,定义域外是一个单调递减函数。4.3驱动力控制在本节中，驱动力控制(DFC)方法被解释为[11]。DFC的框图如图6所示。外环是基于驱动力观测器的驱动力环，内环是控制滑移比的车轮速度环。为驱动力参考值，为估计驱动力。自定义滑率λ为加速度(≥V)定义的不同于减速(<V),λ是不方便控制。因此，控制输入y，定义如下，而不是滑移比。(6)这与减速滑移率的定义是一样的。λ和y之间的关系计算域的λ>0,(7)这表明y=λ时|λ|≪1和他们总是一一对应,如图7所示。由(6)车轮速度参考的内循环计算,(8)这时显示,车辆不能开始静止自(V=0),=0独立于y。为了防止这个问题,参考是修改,V是小于一个给定的常数σ，由(9)所示。(9)从(5),它可以被认为是=,|λ|≪1。此外,假设车轮速度控制是足够快,,传递函数从y到被假定为零阶.(10)因此，将驱动力控制器设为I，增益为，初始值设为=0。积分器输出饱和，限制y到≤y≤。可以保留这个饱和,牵引保持领域内的滑移率µ是λ的单调函数。在图6中，通过添加得到电机转矩参考的前馈状态，为了提高响应速度，本文重新添加了。如果车轮牵引,然后成立,自在(1)中被认为是小。因此,由于前馈,系统可以生成近似驱动力,轻微的差异是由动力反馈补偿的。此外，当一个车轮在一个光滑的表面，牵引力是保持由于车轮的速度反馈。4.4驱动力观察者在本节中，驱动力观察者(DFO)被解释。J和r在(1),并且ω可以测量。此外，电机转矩T可以精确控制。因此,如图8所示,驱动力在每个轮子可以与电动机转矩估计参考和车轮速度ω，假设电流控制的电动机T=足够快是有效的。是DFO的时间常数。图6所示。DFC框图。图7所示。λ和y之间的关系。图8所示。驱动力观测器框图。4.5驱动力分配方法在这一节中，我们解释了四轮驱动的驱动力分布。当滑移率λ增加一个光滑的表面和控制输入y的DFC方法上限,驱动力是饱和减少。为了避免这种情况,减少?每个轮子需要足够小以防止饱和。因此，所提出的方法决定了驱动力引用的相对位置最小化的每个轮子的,满足总驱动力参考和力矩参考所产生的驱动力左和右的区别。各轮驱动力与、的关系如下（11）这里通过设置在左边系数矩阵,向量的每个轮子的驱动力作为x,并且总动力和力矩作为b,(11)可以写成。从(10)传动刚度每个轮子的域|λ|≪1可以获得（12）然后成本函数J的平方和定义为滑率。（13）因此，加权最小二乘解这使得(11）中J最小，权矩阵W如下。（14）（15）这里,是调优增益调整前后驱动力分配比。较大数量的驾驶力分发给后轮比前面的加速度,这可能会导致过度引用在后轮驱动力的上限后电动机转矩和总驱动力即使在高表面µ也会饱和。因此是设置为≥1在加速期间防止饱和。。图9所示。给出了该方法的框图图10所示。瞬时low-µ路。图11所示。分裂low-µ道路。4.6驱动刚度估算从(12),和=之间的关系。因此，在样本处，每个车轮的驱动刚度可由递推最小二乘(RLS)方法估计，其计算方法为[14]。（16）（17）其中w为遗忘因子。如果回归量=0,持续激发不满意。因此和不更新||<0.005。对施加了较低的限制1000，以避免在(15)中除0。图9为整个系统框图。驱动力引用由给出4.7仿真设置本节对加速度试验的仿真结果进行了说明。本文采用“二维轮胎模型”[16]进行车辆行驶仿真。如图10和图11所示，将长度为0.9m，短于“FPEV2-Kanon”轴距的极低µ（µ=0.15）表面设置为2.0m从起点开始。试验车辆从起点开始，以总驱动力为基准加速。参数为，=0.01，=30ms，=0.25相当于滑动比=0.2，=0.5m/s.采用极点配置法设计了面向工厂的轮速PI控制器1/Js，即(1)忽略，设极-20rad/s。驱动刚度估计的遗忘因子为=0.995。每个轮子的所有参数都是相同的。（a）在每个轮子上的（b）在每个轮子上的（c）图12所示。瞬时滑路仿真(无控制)。（a）在每个轮子上的（b）在每个轮子上的(c)(d)在每个轮子上的y.图13所示。瞬时滑路模拟(只有DFC)。（a）在每个轮子上的（b）在每个轮子上的(c)(d)在每个轮子上的y图14所示。瞬时滑路仿真。4.8

瞬时滑路图12-14显示了瞬时光滑表面上加速度试验的仿真结果。每个结果中，前轮在光滑表面上从约1.8s到2.1s，后轮在约2.3s到2.5s之间。将仿真结果与三种情况进行了比较。图12显示了无任何牵引力控制的加速试验结果，即每个车轮上的电机扭矩持续设置为500r=151[Nm]。然后，图13显示了仅具有dfc且不具有驱动力分布的常规方法的结果，即每个车轮上的驱动力参考是相同的。最后，图14显示了采用DFC的方法的结果和驱动力分布。在没有控制的情况下，图12（a）中出现极端滑动，然后图12（b）、12（c）中的驱动力减小。在仅使用DFC的情况下，尽管图13（a）中获得了牵引力，但图13（b）、13（c）中的驱动力减小，与没有控制的情况类似。相反，根据所提出的方法，从图14(b)可以看出，为了保持总驱动力，每个车轮上的驱动力分布如图14(c)所示，牵引力分布如图14(a)所示。此外，与图13(d)相比，图14(d)表明，该方法可以防止DFC控制输入y的饱和。在图14(c)中，前轮在光滑路面上行驶时，总驱动力并没有完全保持，与基准相比略有减小。这是因为后电机扭矩接近上限，因此后驱动力饱和。（a）在每个轮子上的。(b)(c)（d）在每个轮子上的y。图15所示。模拟劈裂滑路(只有DFC)。（a）在每个轮子上的。(b)(c)（d）在每个轮子上的y。图16所示。提出了湿滑路面的仿真方法。4.9

分裂滑路图15和16显示了在分裂光滑表面上进行加速试验的模拟结果。每个结果中，右前车轮在光滑表面上从约1.8s到2.1s，右后车轮在约2.3s到2.5s之间。由于前一节已经指出了DFC的牵引力，所以不考虑无控制的加速度试验结果。在只有DFC的情况下，图15(a)显示只有右轮的驱动力减小。结果，总驱动力减小，如图15(b)所示，产生了如图15(c)所示的不需要的偏航力矩。与此相反，采用所提出的方法，每个车轮的驱动力分布如图16(a)所示，在保持驱动力的同时防止产生偏航力矩，可以通过将图15(b)、15(c)与图16(b)、16(c)进行比较来确定。此外，与图15(d)相比，图16(d)表明，该方法可以防止y的饱和。第五章实验5.1

实验装置在本节中，在与第五节模拟相同的条件下，对瞬时滑路的实验结果进行了说明。采用聚合物板模拟路面滑态。本文将这种片材称为“低片材”，通过在其上浇水，可使摩擦系数达到0.2左右。仿真控制参数是一样的,而调优增益的驱动力分布设置为=1.3。使用光学传感器测量车速。由于它不能在低速下准确测量速度，1.2[s]之前的各试验结果的滑动比不正确。5.2

瞬时滑路实验结果如图17-19所示。结果与第4.8节中解释的三个案例进行比较。每个结果中，前轮在大约2.0s到2.3s的光滑表面上，后轮在大约2.5s到2.7s的光滑表面上。将图17(a)与图18(a)、图19(a)比较，DFC获得牵引力。在驱动力方面，没有控制，只有DFC时，驱动力如图17(b)、图17(c)、图18(b)、图18(c)所示减小，与仿真结果相似。与此相反，与所提出的方法，图。如图19(b)所示，每个车轮上的驱动力分布保持总驱动力，如图19(c)所示。此外，与图18(d)相比，图19(d)表明，该方法可以防止前轮在湿滑路面上饱和。如图18(b)所示，传统方法后轮不降低其驱动力。这是因为“FPEV2-Kanon”的后静载荷大于前静载荷。此外，在加速过程中，载荷转移到后轴。（a）在每个轮子上的λ。（b）在每个轮子上的。(c)图17。瞬时滑路实验(无控制)。（a）在每个轮子上的λ。（b）在每个轮子上的。(c)（d）在每个轮子上的y。图18所示。瞬时滑路实验(只有DFC)。（a）在每个轮子上的λ。（b）在每个轮子上的。(c)（d）在每个轮子上的y。图19所示。瞬时滑路试验。5.3

分路滑路劈裂滑面试验结果如图20和图21所示。每个结果中，右前轮在大约2.0s到2.3s的光滑表面上，右后轮在大约2.5s到2.7s的光滑表面上。与第5.3节类似，图20显示了常规方法的结果，图21显示了建议方法的结果。仅使用DFC时，只有右前驱动力减小，如图20（a）所示，这会导致图20（b）所示的总驱动力减小，并产生图20（c）所示的约−200[nm]的非期望偏航力矩。与传统方法相比，前车与后车的驱动力相互补偿，如图21(a)所示，因此总驱动力保留在参考文献中，如图21(b)所示。此外，不需要的偏航力矩被抑制，如图21(c)所示。此外，与图20(d)相比，图21(d)表明，该方法可以防止y的饱和。5.4

减速试验该方法也可应用于瞬时滑面减速试验结果如图22和图23所示的减速。车辆加速至30公里/小时，并开始减速与总驾驶。该方法也可应用于瞬时滑面减速试验结果如图22和图23所示的减速。车辆加速到30km/h并开始减速，总驱动力引用=-2000Nm。长度为0.9m的低车道设置在距离车辆开始减速点8.3m的位置。在每个结果中，前轮在光滑路面上的时间约为2.0s~2.1s，后轮在光滑路面上的时间约为2.3s~2.5s。（a）在每个轮子上的。(b)(c)（d）在每个轮子上的y。图20。劈裂滑路试验(仅限DFC)。（a）在每个轮子上的。(b)(c)（d）在每个轮子上的y。图21。劈裂滑路试验。(a)在每个轮子上的。(b)图22。减速测试(仅限DFC)。(a)在每个轮子上的。(b)图23。减速测试。仅使用DFC时，由图22(a)可知，滑面前驱力绝对值减小，后驱力绝对值减小。因此，总驱动力绝对值减小，如图22(b)所示。另一方面，采用本文提出的方法，前后驱动力相互补偿，如图23(a)所示，从而将总驱动力保留到参考文献中，如图23(b)所示。第六章总结本文对汽车防抱制动系统的控制进行了研究，设计中采用了不同的制造方法。完成的工作和总结如下：通过本次毕业设计，我着重于防抱死制动系统的工作原理，并建立了其动力学模型，包括车辆制动系统模型和四分之一车辆模型和轮胎模型。为了更好地研究防抱死制动系统，本文以滑移率为控制目标，利用Matlab仿真软件，利用单轮车辆系统建立车轮运动的动力学模型。制动控制采用了包括PID控制和开关控制在内的控制方法，并利用已有的车辆制动模型进行仿真制动。仿真曲线具有制动距离、车轮速度和速度曲线、滑移速率曲线和粘着系数曲线。同时，基于防锁死制动系统模型的影响，仿真曲线包括制动距离、速度和车轮速度曲线、滑移速率曲线和粘着系数曲线。通过比较普通制动系统和防抱死制动系统的仿真曲线，得出以下结论:1.防抱死制动系统可以缩短制动时间，从而缩短制动距离。2.当没有防抱死制动系统制动时，车轮会快速锁定；当使用防抱死制动系统时，车轮不会锁定。3.防抱死制动系统能很好地将滑移率调控在最佳滑移率附近。4.该防抱死制动系统可以使道路粘着系数达到期望的最大值。5.与没有防抱死制动系统的防抱死制动系统相比，防抱死制动系统在制动时可提供更大的制动力和更好的制动条件。6。通过模拟试验得到的粘着系数和滑移率曲线与预期值一致。通过对仿真结果的比较，可以看出防锁死制动系统不仅可