毕业论文汽车ABS逻辑门限值控制算法仿真研究.docx

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毕业论文汽车ABS逻辑门限值控制算法仿真研究

题目汽车ABS逻辑门限值控制算法仿真研究

摘要

汽车防抱死制动系统是在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化系统。

逻辑门限值控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型，并且对系统的非线性控制很有效。

本文依据ABS的工作原理，利用车轮加减角速度门限值及参考滑移率的组合,构成控制逻辑,把滑移率调整在峰值附着系数附近波动。

采用Matlab/Simulink仿真环境,对不同附着路面下有、无ABS逻辑门限值控制的制动效果进行仿真对比分析，验证了基于逻辑门限值的ABS的控制效果：

减小了制动距离和制动时间，增大了制动减速度。

关键词：

制动防抱死系统；逻辑门限值控制；仿真；

ABSTRACT

Automobileanti-lockbrakingsystemisatthetimeofbrakingtopreventwheellockisamechanicalandelectricalintegrationsystem.Logicthresholdcontrolmethodfeaturesnoneedtoestablishspecificmathematicalmodelofthesystem,andthesystemnonlinearcontrolisveryeffective.OnthebasisoftheworkingprincipleofABS,usingwheelandangularvelocitythresholdvalueandreferenceslipratiocombination,constitutethecontrollogic,thesliprateadjustmentinfrictioncoefficientnearfluctuation.TheuseofMatlab/Simulinksimulationenvironment,roadsofdifferentadhesioncoefficientsunder,noABSlogicthresholdcontrolbrakingeffectcomparedwithsimulationanalysis,verificationbasedonlogicthresholdvalueABScontroleffects:

reducethebrakingdistanceandbrakingtime,increasethebrakingdeceleration.

Keyword：

anti-lockbrakesystem;logicthresholdcontrol;simulation

目录

第一章绪论1

1.1ABS的概念与意义1

1.1.1汽车行驶的安全性1

1.1.2汽车ABS系统2

1.1.3汽车ABS系统的意义2

1.2汽车ABS系统的发展3

1.2.1国外ABS系统的发展状况3

1.2.2国内ABS系统的发展概况3

1.2.3ABS防抱死系统的特点4

1.3ABS控制理论概论5

1.4结论7

第二章汽车制动的基本原理8

2.1车轮制动时受力分析8

2.2地面制动力、制动器制动力与附着力的关系9

2.3汽车制动时滑移率与附着系数的关系10

2.4汽车制动车轮抱死时的运动状况分析12

第三章汽车ABS逻辑门限值法原理与关键技术15

3.1逻辑门限值法15

3.2单一门限值的控制方法15

3.3逻辑门限值法原理15

第四章控制逻辑设计与仿真实验17

4.1控制逻辑17

4.2仿真分析18

4.2.1高附着路面仿真19

4.2.2低附着路面仿真22

结束语27

致谢28

参考文献29

第一章绪论

1.1ABS的概念与意义

1.1.1汽车行驶的安全性

影响汽车行驶安全性的因素有很多，例如：

1）汽车状况，如汽车的配备程度、轮胎状况和磨损现象等；2）天气、道路和交通状况，如侧向风、铺装路面状况、交通流量；3）驾驶员素质，即驾驶员的能力和健康状况。

较早的汽车行驶安全性除了依靠汽车照明外，还主要依靠制动踏板的制动装置以保证汽车行驶安全性所需要的制动力。

如今不断有更多的安全系统参与到制动系统中。

制动系统是汽车安全行驶不可缺少的重要部件。

在汽车低速行驶和交通密度很小的汽车发展史的初期，对制动系统的要求很低。

随着时间的推移，制动系统不断发展。

今天的汽车能高速行驶是因为汽车即便在危险的行驶情况下，制动系统仍能将汽车制动直至停车。

所以制动系统是汽车安全性系统中的重要组成部分。

道路交通安全（如图1.1所示）对安全系统提出的许多要求只能依靠电子技术才能实现。

图1.1道路交通安全性

1．主动安全系统

主动安全性系统可避免交通事故，为汽车道路交通安全做出贡献。

汽车主动行驶安全系统有：

1）防抱死制动系统（ABS）。

2）驱动防滑转控制系统（ASR）。

3）电子稳定性程序（ESP）。

这些主动安全性系统可稳定汽车在危险状况下的行驶状态，并保证汽车的操控性。

2．被动安全性系统

被动安全性系统指是汽车在交通事故中保护乘员免受伤害和减轻事故后果的系统。

被动安全系统包括交通法规要求的安全带和安全气囊等。

1.1.2汽车ABS系统

防抱死制动系统（ABS）属于汽车的主动安全系统。

汽车防抱死制动系统（Anti—lockBrakingSystem）是指在传统的制动系统基础上采用的电子控制技术，在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化系统。

1.1.3汽车ABS系统的意义

汽车在行驶中遇到危急情况采取紧急制动，有相当多的交通事故是由于汽车在紧急制动时车轮抱死，从而导致各种非稳定性因素（如侧滑、跑偏、失去转向能力）而研制的。

当汽车在行驶过程中一遇到紧急情况，驾驶员通常会猛踩制动踏板，施加全制动以期望取得最强的制动效能，但是对装备常规的制动器的汽车来说，结果不但不能带来最佳的制动效能，反而还会带来以下危害：

1）由于车轮抱死，车辆不能实现弯道转弯，无法躲避障碍物或行人而造成的交通事故；

2）在非对称附着系数的路面上，车轮抱死将丧失直线行驶稳定性，易出现侧滑、甩尾急转等危险现象；

3）车轮抱死时的附着力一般低于路面所能提供的最大附着力，车轮在完全抱死状态的制动距离反而有所增加；

4）车轮抱死导致轮胎局部急剧摩擦，降低了轮胎的使用寿命。

由此可见，常规制动的弊端很多，为提高制动安全性，在汽车上安装ABS系统已成为汽车发展的必然趋势。

ABS系统的配置，既可有效避免紧急制动时车轮抱死（打滑）现象的发生，同时还可以保持车辆制动过程中的转向操纵性，从而大大增强了行车安全性。

ABS系统通过轮速传感器对相应车轮的转速进行实时监测，当某一车轮出现抱死倾向时系统立即响应，通过减小相应车轮的制动力来消除即将发生的抱死现象。

1.2汽车ABS系统的发展

1.2.1国外ABS系统的发展状况

ABS最早出现在20世纪初的西方国家，开始应用于铁路机车上，主要用来防止火车制动时车轮抱死而产生局部摩擦。

1908年J.E.Francis设计了第一套ABS系统，并安装在铁路机车上。

1936年德国RobertBosch公司将电磁传感器用于测量车轮速度，当传感器探测到车轮抱死时，在各条制动管路上的电动机动作控制阀口的大小，从而调节制动压力。

这一专利被认为是ABS形成中的里程碑，其原理一直沿用至今。

1945年德国FriztOswtald公司开始开发用于飞机着陆制动系统，飞机体积和重量大，速度快，制动防抱死系统应用在飞机上，不但提高了飞机在着陆时行驶方向的稳定性，而且降低了轮胎的严重磨损。

1957年美国KelesHyaes公司对Automatic制动防抱死系统进行了试验研究，研究结果表明：

制动防抱死系统确实可以在制动过程中提高汽车的行驶稳定性，并且能够缩短汽车的制动距离。

1968年美国KelsHyaes公司又研制生产了SureTrack两轮制动防抱死系统，该系统由电子控制装置根据电磁式轮速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程中后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力进行调节。

汽车上最早采用ABS技术的是福特（Ford）汽车公司。

将最初的车用ABS系统装备在1970年款的林肯大陆牌轿车上。

日本丰田（TOYOTA）公司也紧随其后，该公司研制的ABS最早装备在1971年款的丰田皇冠牌轿车上。

1978年德国RobertBosch公司推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱死系统一BoschABS2，并且装备在MercedesBnez轿车上，由此揭开了现代防滑控制系统发展的序幕。

ABS2采用的是附加式方案，即在常规制动系统上附加一个ABS装置，构成的制动防抱死系统，也称为“分置式ABS”。

BMW公司和Audi公司以及Poscrhe公司等车型批量装用了BoschABS2系统。

1990年美国Deloc公司推出了更为经济的四轮制动防抱死系统DelocABSVI，主要装备于美国GM公司的多种车型上。

90年代以后，ABS技术已日趋成熟，制造成本不断降低，使得ABS迅速普及。

目前，最著名的ABS开发公司有Bosch、Wabco、ITTTeves、Delc和Lucas等。

在美国、西欧、日本等发达国家和地区，ABS已经成为轿车的标准设备，装车率达到100％；在大型客车和货车上，ABS的应用也日益普及。

随着车辆动力学、计算机技术和电子技术的发展。

ABS一方面向提高性能价格低的方向发展，另一方面，与驱动防滑装置（ASR）相集成，并与主动悬架、电子转向控制等系统构成综合控制装置。

1.2.2国内ABS系统的发展概况

我国对ABS的研究开始于20世纪80年代初，ABS的研究项目被列入“九五”科技攻关计划。

我国检验ABS产品的国家标准GBl3594.92《汽车防抱制动系统性能要求和试验方法》等效采用了联合国欧洲经济委员会（ECE）的汽车制动法规R13。

目前，国内研究ABS的院校及机构很多，具代表性的有以下几个。

1．以郭孔辉院士为代表的吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室

郭孔辉院士是中国工程院首批院士，其实验室致力于汽车操纵稳定性、汽车操纵动力学、汽车轮胎模型、汽车轮胎稳态和非稳态侧偏特性的研究，在轮胎力学模型、汽车操纵稳定性以及人一车闭环操纵运动仿真等方面的研究成果均达到世界先进水平。

目前，该实验室也已经投入至WJABS开发的理论和实验研究，在汽车ABS混合仿真试验台的开发与研究中也颇有成就。

该实验室研究成果很多，其大部分成果对国内其他ABS研究机构、ABS开发厂家有很大的指导意义和借鉴性。

2．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

清华大学汽车安全与节能重点实验室有宋健等多名博导、教授，有很强的科技实力，他们还配套有一批先进的仪器设备，如汽车力学参数综合试验台、汽车弹射式碰撞试验台及翻转试验台、模拟人及标定试验台、电机及其控制系统试验台等。

该实验室针对ABS做了多方面研究，其中，在ABS控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除和防抱死电磁阀动作响应研究等方面的研究处于国内领先地位。

很多开发商都希望能够和该实验室合作，将该实验室的成果产品化。

3．华南理工交通学院汽车系

以吴浩硅教授为代表从事汽车安全与电子技术及汽车结构设计计算的研究，在ABS技术方面有独到之处，能够建立制动压力函数，通过车轮地面制动力和整车动力学方程计算出汽车制动的平均减速度和车速；还可以通过轮缸等效压力函数计算防抱死制动时的滑移率。

另外，在滑移率和附着系数之间的关系、汽车整车技术条件和试验方法方面也有独到见解