基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
基于参数控制的汽车ABS simulink仿真
毕业设计（论文）基于参数控制的汽车制动ABS仿真THE SIMULATION OF ABS VEHICHE BRAKING BASED ON THECONTROL OF PARAMETERS2008年6月毕业设计（论文）任务书班级车辆工程五班学生姓名刘斌学号 20041355 发题日期：2008 年 3 月 5 日完成日期：2008年 5 月 15 日题目基于参数控制的ABS仿真1、本论文的目的、意义车轮抱死是汽车在制动过程中经常遇到的问题。
车轮抱死一方面会造成轮胎的严重磨损，另一方面也会导致汽车在制动过程中丧失方向稳定性:前轮抱死会使汽车丧失转向能力，后轮抱死则会使车辆产生侧滑。
而防抱死制动系统——ABS系统(Anti-lock Braking System)的引入使制动过程中车轮处于非抱死状态，这样不仅可以防止制动过程中后轮抱死而导致的车辆侧滑甩尾，大大提高制动过程中的方向稳定性，同时可以防止前轮抱死而丧失转向能力。
目前模糊控制在汽车防抱制动中的应用也是越来越广泛，对其的研究也是ABS的一个重要方面，同时针对不同参数进行控制会给ABS系统的控制效果带来非常严重的影响。
2、学生应完成的任务①车辆工程专业课程设计；②学习和掌握MATLAB/Simulink建模和计算分析方法；③根据制动过程中车辆的运动状况建立各子系统的数学模型；④建立ABS控制模块的数学模型及相应的仿真模型；⑤利用建立的数学模型在MATLAB/Simulink环境下建立仿真模块；⑥将各子系统的MATLAB/Simulink连接成一个整体模块；⑦对仿真模型进行调试仿真试验，分析得出的结果；⑧改变仿真模型中相关参数的设置，比较对仿真结果的影响；⑨撰写设计说明书。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分收集资料及调研； (1 周) 第二部分学习并运用MATLAB/Simulink下进行仿真设计； (1 周) 第三部分建立ABS仿真模型； (2 周) 第四部分在MATLAB/Simulink下进行仿真设计；(2 周) 第五部分对模型进行仿真试验； (3 周) 第六部分对仿真结果进行评价分析； (2 周) 评阅及答辩(1 周)备注专业课程设计文档另附指导教师：年月日审批人：年月日摘要汽车防抱死系统(ABS)是一种在制动时能够自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果的制动系统。
基于 Simulink的ABS仿真
dv m F dt I d FR T b dt
式中，m 为 1/4 整车质量；F 为地面制动力；I 为车轮转动惯量；R 为车轮转 动半径；Tb 为制动力矩；v 为车辆速度； 为车轮角速度。
图S 整体仿真模型构建 本文中 ABS 整体仿真模型是在 MATLAB 软件下的 Simulink 环境中，基于 逻辑门限法控制策略构建完成的。逻辑门限法是目前国内外 ABS 产品广泛使用 的一种控制策略，它采用加、减速度门限控制，并附加一些其他门限进行辅助控 制，是对非线性控制系统的一种有效控制方法。在 ABS 系统控制过程中，通过 车轮加速度门限、 滑移率门限等控制制动系统的增压、 保压和减压过程合理变换， 将车轮的滑移率控制在最佳范围内，确保汽车的制动安全性。 本文针对 2011 款奥迪 A4L 车型进行 ABS 制动仿真， 其单轮模型参数见表 1， 其整体仿真模型 Simulink 框图见图 5。 在该仿真模型中， 主要包括一下 5 大模块： 轮胎模块、制动器模块、轮速/车速模块、滑移率模块和控制逻辑模块。在汽车 制动过程中，ABS 装置的主要目的是为了使车轮滑移率尽可能地接近最佳滑移 率。在本次模型中，最佳滑移率取值为 20%，在干混凝土路面进行仿真。
图 6 车速与轮速变化曲线（有 ABS 时）
图7
滑移率变化曲线（有 ABS 时）
当 ABS 不起作用时，速度变化曲线、滑移率变化曲线、停车制动距离变化 曲线分别如图 8、图 9 所示。
图 8 车速与轮速变化曲线（无 ABS 时）
图 9 滑移率变化曲线（无 ABS 时）
3.2 仿真结果分析 从以上参数变化曲线图中可以看出： (1) 安装有 ABS 的汽车在高速制动过程中 ABS 发生作用，汽车轮速与车速 基本保持一致，基本不会出现车轮抱死现象。而未装有 ABS 的汽车，在高速制 动时会发生车轮抱死现象。 (2) 安装有 ABS 的汽车在高速制动过程中，车轮滑移率始终保持在 20%左 右，这是较理想的滑移率状态。而为安装 ABS 的汽车在制动过程中轮胎滑移率 在短时间内快速增加，这是很危险的现象。 (3)安装有 ABS 的汽车在高速制动过程中，从开始制动到车辆完全停止，其 制动距离约为 900m,从开始制动到车辆停止的时间约为 15s， 而未装有 ABS 的汽 车在高速制动过程中，从开始制动到车辆完全停止，其制动距离约为 1000m,从 开始制动到车辆停止的时间约为 19s。 显然， 装有 ABS 的汽车的制动时间和制动 距离相比于未安装有 ABS 的汽车要小的多。
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
车辆运动方程： 车轮运动方程： 车辆纵向摩擦力：
（1） （2） （3）
3.2 汽车轮胎模型 汽车轮胎模型反映了车轮和地面附着系数 与滑移率之间的关系。常用的轮胎模型有双线 性模型、魔术公式模型等。但由于试验条件的 限制，本文采用双线性模型，把附着系数—滑 移率曲线简化为两段直线。 其计算公式为：
（4）
基 于 Simulink 的 汽 车 ABS
建模与仿真
长春科技学院 - 付建国 \ 王洪亮 \ 钟明利 \ 刘小芳
摘要： 本文阐述了在 Simulink 的环境下以 ABS( 防抱死制动系统 ) 滑移率为对象进行控制，根据 ABS 系统工作原理建立了 ABS 单一车轮的仿真 模型，并得出仿真曲线，验证汽车 ABS 具有良好的制动性能。
3.3 汽车制动器模型 汽车制动器模型指制动器力矩与制动系气 液压力之间的关系模型。汽车制动时首先要克 服制动器及制动缸中的弹簧回位力，设此力为 Pm，则相应的制动力矩可用如下公式表示 :
为了方便研究控制算法，本文在进行仿真
时假设制动器为理想元件，忽略了由滞后性带
来的影响。因此，制动器方程为：
4. 汽车 ABS 的 Simulink 模型
以附着系数为输入，以车身速度和制动距离为
输出。最后将车轮线速度、车身速度和制动距
离输入到滑移率计算模块，计算获得实际滑移
率。本仿真模型还设置了示波器，以便观察仿
真曲线，并进行相关分析。
本文所采用的汽车参数模型如表 1 所示。
表 1 单轮模型车辆参数
名称与符号
数值
汽车整备质量 M/kg 1500
制动初速度 v/（m/s） 120
采用 Matlab/ Simulink 图形化建模工具建
基于Simulink 防抱死制动系统 (ABS) 系统仿真
THANKS
模型子系统、液压制动模型子系统、电机制动模型子系统。基于PID控制的ABS电动汽车单轮模型制动系统模
块的关系如图片所示
3
Simulink模型
2014
2015
2016
2017
车轮速度子系统
为了控制制动压力的变化率，该模型从期望的滑动量中减去实际滑动量，并将此信号 馈入 bang-bang 控制（+1 或 -1，具体取决于误差的符号，请参见上图 ）。此开/关速 率通过一阶时滞，该时滞表示与制动系统的液压管路相关联的延迟，为施加到车轮上 的制动扭矩。
2
ABS防抱死系统原理
2 ABS的工作原理
ABS单轮模型
3
Simulink模型
3 simulink模型
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细➢内在容理论分析的基础上，利用simulink对汽车防抱制动系统的各个子系统进行图形仿真建模，主要细包内括容单轮车辆
基于simulink模型 的车辆ABS系统
滑移率控制
CONTENTS
1 问题分析 2 ABS防抱死系统原理 3 simulink模型 4 仿真分析 5 结论
1
问题分析
1 问题分析
现状
在车辆紧急制动时，驾驶员踏板往往踩死， 这种情 况下，如果车轮抱死，车 轮与路面间 的侧向附着力将完全消失:如果只是前轮 转向 轮)先于后轮抱死， 汽车将失去转向能力;如 果只是后轮先于前轮抱死，汽车将产生侧滑( 甩尾)现象。ABS是提高汽车安全性能的主要 因素之一，对于 具有较高非线性的汽车制 动 过程，很难建立精确的数学模型。本文以轿 车为研究 对象，建立了ABS数 学模型，采用 Simulink仿真软件对ABS进行仿真。单击编辑副标题
基于carsim的车辆abs控制系统仿真研究
第1章绪论1.1 论文研究的目的和意义1.1.1研究的目的本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对ABS的学习和认识，而本课题开发出的ABS仿真控制系统，就是学习ABS的结构、原理的良好平台。
为了学习开发质优价廉、具有自主知识产权的ABS系统，提高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用CarSim软件对ABS控制系统进行仿真研究，为ABS的生产设计打下良好基础。
1.1.2 研究的意义当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。
汽车安全性的研究分为两个方向:主动安全和被动安全。
主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。
ABS属于主动安全的范畴[1]，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。
我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。
此时如果没有装备ABS，车轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。
后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽车失去转向控制.随着汽车行驶速度的显著提高和道路行密度的增大，交通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的[2]，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务.而基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理开发的旨在改善车辆操纵性和横向稳定性的一些高技术系统，包括防抱制动系统(Anti-lock braking system,缩写为ABS )、防滑控制系统(Anti-Slip Regulation,缩写为ASR)和车辆动力学稳定性控制(Vehicle Dynamics Stability Control System，缩写为VDSC),更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。
汽车ABS系统的建模与仿真
汽车ABS系统的建模与仿真基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真摘要本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。
根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。
关键词ABS 仿真建模防抱死系统 PIDModeling and Simulation of ABS System of AutomobilesBased onMatlab/SimulinkAbstractA method for building a Simulator of ABS base on Matlab/Simulink is presented in this paper.The single wheel vehicle model was adopted as a research object in the paper. Mathematical models for an entire car, a bilinear tire model, a hydraulic brake model and a slip ratio calculation model were established in the Matlab/Simulink environment. The PID controller was designed. The established ABS mathematical model was simulated and researched and the simulation curves were obtained. The simulation results were compared with the results without ABS. The results show that established models were reliable and could achieve desirable brake control effects.Key wordsABS; control; modeling; simulation；Anti-lock Braking System;PID1.概述随着载重车辆动力性的不断提高，客观上也对车辆的制动性能与驱动性能提出了越来越高的要求。
基于MATLAB／Simuli的汽车ABS半实… (
基于MATLAB/Simulink的汽车ABS半实物仿真摘要：本文所研究的是一种基于MATLAB/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的半实物仿真的方法。
本方法利用Simulink提供的模型建立车辆的传动系模型、自动变速箱模型和ABS模型等。
所建成的这套半实物仿真系统既可在软件环境下对汽车进行仿真，也可以通过I/O接口与ABS系统相连接以观察系统的仿真效果，检验控制算法的合理性。
通过合理改变相应参数，本系统还可以模拟实际汽车在不同工况下的工作情况，极大提高了汽车电子设备的研发工作的效率。
同时，本系统也可用于教学演示。
关键词：Simulink，ABS,计算机仿真，半实物1 引言在汽车工业中，由于引进了大量的电子技术，使整车动力性、安全性、经济性、舒适性等性能得到大幅度提高。
为满足汽车电子设备研发的需要，我们建立了这套汽车电子半实物仿真系统。
本系统可以用来辅助汽车电子设备的设计、开发，减少实车实验的工作量，提高工作效率。
由于其良好的可操作性，也可作为教学演示软件使用。
2 半实物仿真由于计算机仿真是基于数学模型的仿真方法，虽然仿真成本较低，但仿真的效果取决于所建模型的质量。
在实际操作中，由于实物仿真系统很复杂，所以数学建模的难度较大。
有的系统甚至无法准确地建立数学模型。
而使用实物进行实验则受硬件设备及环境等因素的影响，成本过高，并且不容易模拟一些极限工况，所以应用也受到一定限制，而把实物系统放置在计算机仿真环节中进行仿真研究就可以解决上述问题，并能很好地综合以上两种方法的优点，所以，我们提出半实物仿真的思想。
在本文介绍的汽车半实物仿真系统中，既可以通过在计算机中建立数学模型进行仿真，也可以把仿真输出与实物汽车相连，以观察实际工作效果，验证所建数学模型的合理性和实物设备的效能。
从而降低成本，提高工作效率。
MATLAB以复数矩阵作为基本编程单元，集科学与工程计算、图形可视化、图形处理和多媒体等于一身，已在汽车工业等领域得到广泛的应用。
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
基于Simulink 的汽车ABS 建模与仿真汽车防抱死制动系统(ABS)是一种很关键的汽车主动安全技术。
本文采用基于有限状态机的系统仿真方法，采用Simulink 建模，对ABS 模型中的连续系统和离散系统进行仿真。
仿真结果表明，该仿真系统能比较真实地反映汽车ABS 系统的实际工作过程，显著缩短制动距离，提高安全性。
通过对ABS 建立理论模型并进行计算机仿真，可以初步确定ABS 的一些参数，还可以通过仿真结果来验证和分析控制逻辑。
因此，对ABS 的仿真分析可以有效缩短开发周期，减少开发成本，并通过少量的试验验证，可作为实际ABS 性能分析及控制逻辑的模型。
1、ABS 仿真模型建立的理论依据汽车制动时的附着系数与滑移率的关系曲线如图1所示，为获得最佳的制动效能，应将车轮滑移率控制在10%-30% 的范围内，当滑移率为2O%时，其纵向附着系数达到峰值，制动效果最好。
因此，通常把2O%的滑移率称为理想滑移率或最佳滑移率。
本设计的仿真系统取滑移率控制范围为18%--22%。
本文仿真系统的建立基于单车轮模型，单车轮的受力制动过程模型如图2所示，b x t d J T F R d ω=- (1)x dv M F dt = (2)通常车轮制动扭矩与轮缸压力成正比，即：b T K P =⨯ (3)t x d J K P d F R ω-⨯+⨯= (4)因此 可得车轮滑移率： V V V ωλ-=(5)式中M--车轮承受的质量；V--车身速度；V ω--车轮速度；x F —地面制动力；J —车轮转动惯量；ω--车轮角速度；R--车轮滚动半径；b T --制动器扭矩；K--制动力矩系数；P--轮缸压力； λ—滑移率。
本仿真系统采用的汽车模型参数如表1所示：表一 汽车模型参数2、ABS仿真模型的建立及参数设置ABS系统仿真模型如图3所示:图3 ABS系统仿真模型3、ABS系统仿真结果对初速度为25Km/h的汽车ABS系统进行计算机仿真，仿真结果如图4和图5所示。
基于CARSIM的车辆ABS控制系统仿真研究
第1章绪论1.1 论文研究的目的和意义1.1.1研究的目的本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对ABS的学习和认识，而本课题开发出的ABS仿真控制系统，就是学习ABS的结构、原理的良好平台。
为了学习开发质优价廉、具有自主知识产权的ABS系统，提高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用CarSim软件对ABS控制系统进行仿真研究，为ABS 的生产设计打下良好基础。
1.1.2 研究的意义当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。
汽车安全性的研究分为两个方向:主动安全和被动安全。
主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。
ABS属于主动安全的范畴[1]，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。
我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。
此时如果没有装备ABS，车轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。
后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽车失去转向控制.随着汽车行驶速度的显著提高和道路行密度的增大，交通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的[2]，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务.而基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理开发的旨在改善车辆操纵性和横向稳定性的一些高技术系统，包括防抱制动系统(Anti-lock braking system,缩写为ABS )、防滑控制系统(Anti-Slip Regulation,缩写为ASR)和车辆动力学稳定性控制(Vehicle Dynamics Stability Control System，缩写为VDSC),更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。
基于CarSim与Simulink车辆防抱死系统仿真分析
实 际 滑 移 率 处 于 最 佳 滑 移 率 附 近 '使 汽 车 在 最佳滑移率所对应的地面制动力下进行制动。
图1 ABS系统结构图
11
2
3
4
1 - 前轮车速传感器i 2 - 制动压力调节装置；
3-A B S 电控单元： 4-A B S 警告灯；
3 . 3 运 行 CarSim与 Simulink联合仿真模型
在制动主缸及轮缸压力控制模块和车速
及轮速控制模块中对ABS控制策略进行修改
并 运 行 ，如 图 3 所 示 。
4 仿真结果分析
在针对车辆防抱死制动系统测试的双路
面紧急制动测试工况下，对 于 有 无 A B S控制
车 轮 始 终 保 持 在 最 佳 的 紧 急 制 动 状 态 下 ，获
得最 佳 制 动 效 果 [1]。
2.3 ABS控制策略
在制动主缸/ 轮缸压力和车速/ 轮速控
制 模 块 中 写 入 A B S 的 P ID 控制 策 略 ，其策略
是以紧急制动时轮胎所期望达到的滑移率为
控 制 目 标 ，通 过 轮 速 与 车 速 传 感 器 收 集 汽 车
明显的维持方向盘稳定性和缩短制动距离，
有效提髙行车安全。
由 于 A B S 系统应用日趋广泛，且只能通 过主观评价去测评ABS对整车的性能影响， 调 试 周 期 长 ，效 率 低 ，故 对 A B S 控制模块的
研究及其在整车紧急制动仿真工况中的模拟
尤为重要。
2 汽车防抱死系统结构及控制策略
2.1 ABS系统结构组成 A B S 系 统 主 要 由 传 感 器 、 电子控制装置
基于AMESim与Simulink／Stateflow的汽车ABS联合建模与仿真研究
基于AMESim与Simulink／Stateflow的汽车ABS联合建模与仿真研究汽车ABS系统是现代汽车安全性能的重要组成部分，它能够在紧急刹车时避免车轮打滑和打滑过度，保证驾驶员和乘客的人身安全。
为了更好地研究汽车ABS系统，需要进行建模与仿真研究。
本文将介绍一种基于AMESim与Simulink/Stateflow联合建模的汽车ABS系统研究方法。
首先，我们需要了解AMESim和Simulink/Stateflow的基本概念。
AMESim是一种以物理原理为基础的多领域仿真软件，可用于建立液压、气动、热流等系统的数学模型，并通过仿真来对其性能进行分析。
Simulink是一种用于建立和仿真动态系统的可视化建模工具，Stateflow则是用于建立和仿真离散事件动态系统的建模工具，它们可以相互集成，进行联合建模和仿真。
接下来，本文将介绍联合建模和仿真ABS系统的过程。
首先，需要建立车辆动力学模型，包括车轮、刹车系统和悬挂系统。
然后，需要将车轮动力学模型与刹车系统模型相结合，建立汽车ABS系统模型。
在此基础上，还需要建立控制器模型，用于确保系统能够在各种情况下正常运行。
对于车轮模型，可借助AMESim进行建模。
首先将轮胎和车轮组合在一起，导入力学特性和减震特性，建立轮胎和车轮的物理特征模型。
然后，将车轮与刹车系统相结合，建立刹车系统的物理模型。
在刹车系统中，我们需要考虑刹车片接触和离开刹车盘时的特性，以及刹车盘的温度变化等因素。
对于控制器模型，可以利用Simulink/Stateflow进行建模。
首先，需要将在汽车ABS系统中充当传感器的各种设备模型输入到模型中。
然后，需要建立控制系统模型，包括基于压力、时间和速度等因素的控制器模型和驾驶员刹车工况判断模型。
最后，需要将控制系统模型与车轮模型和刹车系统模型相结合，建立完整的汽车ABS系统模型。
完成ABS联合建模后，我们可以通过仿真来测试汽车ABS系统的性能。
ABS四轮车辆的Matlab_Simulink建模与仿真
车辆模型的计算机仿真涉及系统仿真学 、计算机 技术和汽车设计技术. 车体模型、悬架模型、发动机模 型 、制动系统模型和驾驶员模型等都可以在设计前通 过计算机仿真 ,预计成品的参数和属性 , 为产品的设 计提供具有相当价值的参考. 由于车辆系统是一个非 常复杂的控制系统 ,精确的数学模型的建立、外界输 入的模拟等都存在着需要解决的问题[1 ,2] . 汽车模型 的计算机仿真是一个混合仿真系统[3] , 通过 Matlab/ Simulink[4]建立车辆模型 , 在仿真系统中嵌入相关的 硬件 ,如制动系统等 ,能够模拟真实的、实时的汽车运 行环境 ,为 ABS (Antislip Breaking System) 产品的开发 打下基础.
用形式相同的公式可计算出纵向?横向?和回正?矩一般表达式为yxdsincarctanbxebxarctanbx侧向?的表达式为fyafzdsincarctanbashebasharctanbashsv其中bcdeshsv是fz的函数可由以下公对于松蹄用类似方程表示cosq2f02fhr2c2fsin2fr2arctancos2cos22sin2sin2cos22r14rcoscoscos21222sin2sin式中qi作用在蹄片上的制动?矩166f01作用在紧蹄上的张开?上海?工大学学报2004?第26卷c蹄片支承销到制动器中心的距离fh摩擦片的摩擦系数张开?作用线到支承销的距离r1摩擦?的作用半径摩擦片外径摩擦片近作用点到支承销的距离摩擦片远作用点到支承销的距离制动器有两个蹄片单个车轮的制动?矩为rqq1q2图2气压系统模型fig
a , b ———车辆质心到前后轴的距离
c ———车辆轮距
基于MatlabSimulink的电动汽车仿真模型设计与应用
基于MatlabSimulink的电动汽车仿真模型设计与应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了越来越多的关注和推广。
在电动汽车的研发过程中，仿真模型的建立与应用发挥着至关重要的作用。
本文旨在探讨基于Matlab/Simulink的电动汽车仿真模型设计与应用，旨在为电动汽车的设计、优化和控制提供理论支持和实践指导。
本文将对电动汽车仿真模型的重要性进行阐述，指出其在电动汽车研发过程中的地位和作用。
接着，将详细介绍Matlab/Simulink在电动汽车仿真模型设计中的应用，包括其强大的建模功能、灵活的仿真能力以及高效的算法处理能力等。
在此基础上，本文将重点讨论电动汽车仿真模型的设计方法。
包括电动汽车动力系统的建模、控制系统的建模以及整车模型的集成等。
将结合具体案例，对电动汽车仿真模型在实际应用中的效果进行展示和分析，以验证其有效性和可靠性。
本文还将对电动汽车仿真模型的发展趋势进行展望，探讨其在未来电动汽车研发中的潜在应用前景。
通过本文的研究，希望能够为电动汽车仿真模型的设计与应用提供有益的参考和启示，推动电动汽车技术的不断发展和进步。
二、电动汽车仿真模型设计基础电动汽车（EV）仿真模型的设计是一个涉及多个学科领域的复杂过程，其中包括电力电子、控制理论、车辆动力学以及计算机建模等。
在Matlab/Simulink环境中，电动汽车仿真模型的设计基础主要包括对车辆各子系统的理解和建模，以及如何利用Simulink提供的各种模块和工具箱进行模型的构建和仿真。
电动汽车的主要子系统包括电池管理系统（BMS）、电机控制系统（MCS）、车辆控制系统（VCS）以及车辆动力学模型。
这些子系统都需要根据实际的电动汽车设计和性能参数进行精确的建模。
电池管理系统（BMS）建模：电池是电动汽车的能源来源，因此，BMS建模对于电动汽车的整体性能至关重要。
BMS模型需要包括电池的荷电状态（SOC）估计、电池健康状况（SOH）监测、电池热管理以及电池能量管理等功能。
基于Simulink四轮车辆模型ABS仿真研究
中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ３ ． ５ ２ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — １ ２ — ０ ４ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＡＢＳ ｏ ｆ Ｆｏ ｕ ｒ － ｗｈ ｅ ｅ ｌ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ
Ｉ Ｄ 控制 策 略模 型 。通 过仿 真 得到 了制 动 时车速 ， 能力 ，缩 短制 动距 离 的安 全装 ¨ 。ＡＢ Ｓ 能 有效 缩 Ｐ 短 制 动 时 间和 制动 距 离 ，能 够最 大 限度 地 改 善汽 车 轮 速 ，滑 移 率 ，制 动距 离 随 时 间的变 化 曲线 ，并 与 无 ＡＢ Ｓ控 制 时得 到 的相 应 曲线进 行对 比，可 以看 出
Ｃ Ｌ Ｃ Ｎ Ｏ． ： Ｕ４ ６ ３ ． ５ ２ ６ Ｄｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｃｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － １ ２ － ０ ４
的制动 性 能 ，满足 汽车 在行 驶 过程 中 的安全性 。
汽 车 实用 技 术
设 计 研 究
ＡＵＴＯＭＯＢ Ｉ ＬＥ ＡＰＰＬ Ｉ ＥＤ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
２ ０ ｌ ３ 年 第９ 期
２Ｏ１３ Ｎ０．９
基于 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ四轮 车辆模型 Ａ Ｂ Ｓ仿 真研 究
王 天利 ，刘 苑 ，海 超
（ 辽宁 工业 大学 汽 车与 交通 学 院 ，辽 宁 锦 州 １ ２ １ ０ ０ １ ） 摘 要 ：通过 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ建立 了 ＡＢ Ｓ仿真 模型 ，模 拟 了 ４独 立通 道 制动 系 统 的四轮 车辆模 型 在高 附 着 路 面上 的制 动 过程 。在 四轮车 辆模 型 建模 中考 虑 到车辆 实 际制 动 时轴荷 转移 的情 况 ，采用 Ｐ Ｉ Ｄ
基于Simulink的汽车ABS仿真研究
１ 、轮 胎 模 型
轮 胎模 型 是指 车辆 在 制动 时轮 胎 的附着 力 和其
电子技术 、计算机 控 制技 术等 在 汽车 上 的应 用给 汽
车 的发展 带来 了革 命性 的变 化 ， 用现 代 电子技 术 、 它参 数 之 间 的 函数 关 系式 ， 应 一般 用 轮 胎 的 附着 系 数 计算 机控 制 技术 等新 技 术解 决汽 车三 大 问题 是汽 车 和 路面 其 它有关 参 数的 函数关 系式 来表 示 。
潮此起彼伏 ， 导致众多车型卖一辆亏一辆。 与此同时， 不断增长的营销费用和高库存带来 的资金成本压力 ，
也 在大 肆侵 蚀商 家 的利润 ，造成 大多 数经销 商 “ 微利 ”甚至 亏本 ，尤其 是弱 势 品牌 和新 入市 的经销 商 。 除上所 述 外 ，车 市变化 还表 现在 销售 品牌化 、市场 份额 集 中化 、竞 争激 烈化 以及服 务 高端化 等方 面 ， 已逐渐 触 及经济 、金 融 、产业 以及社 会等领 域 。 未来 ，汽车 厂商 是继续 苦苦支 撑等 待新 的爆 发 ？还 是积极 求变 应势 而 为？这需 要作 出理性 的选择 。在 这 个 过程 中 ，能否放 下 以往 追求 “ 高增 长 、高收益 和低 风险 ”的思维 包 袱 ，坚持 理性 思辨和 积极 向上 的应
尤其值得关注的是 ，这样的增长，是厂商使尽浑身解数 ，在近似血腥价格战和强压经销商库存的结果，现
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
第22卷第2期 黑 龙 江 工 程 学 院 学 报(自然科学版) Vo l.22l .22008年6月Journal of H eilongjiang Institute of T echno logyJun.,2008基于Simulink 的汽车ABS 建模与仿真安永东1,杜嘉勇2,罗 萌3(1.黑龙江工程学院汽车工程系,黑龙江哈尔滨150050;2.浙江省桐乡市科技服务中心,浙江桐乡314500;3.中国船舶重工集团公司第七o 三研究所,黑龙江哈尔滨150000)摘 要:在Simulink 的环境下对汽车ABS 进行数学建模,以PID 控制器作为控制模块,对所建立的汽车A BS 数学模型进行仿真研究,得出仿真曲线,验证汽车A BS 具有良好的制动性能和方向操纵性。
关键词:A BS;建模;仿真;滑移率中图分类号:U 463.52+6 文献标识码:A 文章编号:1671-4679(2008)02-0040-04Modeling and emulation of the auto ant-i lock brakingsystem based on SimulinkAN Yong -dong 1,DU Jia -yong 2,LUO M eng(1.Dept.o f Automo bile Engineering ,H eilongjiang Institute of T echnolo g y,H arbin 150050,China;2.T o ng x iang Science and T echnolog y Serv ice Centr e,T o ng x ing 314500,China;3.N o.703Institute of China Shipping Gr oup,Har bin 150050,China)Abstract:This paper establishes the model of auto ant-i lock braking system w ith Simulink,em ulates the pro cedure of the ant-i lock braking system w ith the PID co ntro ller,and draw s a conclusion that anti-lock braking system has ex cellent braking performance and dir ection m anoeuver ability by contr asting em ulation curve.Key words:ant-i lock braking sy stem ;mo deling ;emulation;slip -ratio 收稿日期:2008-01-04基金项目:哈尔滨市科技局青年科学基金项目(6290)作者简介:安永东(1972~),男,副教授,研究方向:车辆工程.汽车防抱死制动系统(ABS)是一种主动安全装置。
基于Carsim Simulink的ABS系统建模与仿真.
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Thank you！
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ABS的控制目标
ABS的控制目标：滑移率S
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ABS的控制过程
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ABS控制算法
1.逻辑门限值控制 2.PID 控制 3.最优控制 4.滑模变结构控制 5.模糊控制 6.神经网络
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逻辑门限值控制
其基本的原理是利用车轮加减角速度门限及参考滑移率构成， 防抱死逻辑使滑移率在车轮峰值附着系数附近波动，从而获 得较大的车轮纵向和横向力； 优点：不需要建立具体系统的数学模型，控制过程比较简单， 结构原理上比较容易实现，并且对系统的非线性控制很有效； 缺点：需要进行大量的道路试验，开发时间相对较长，成本 较高； 逻辑门限值是开发ABS首选的控制方法。
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PID控制
PID控制是一种基于经典理论的控制方法，最大优点是不需 要了解被控对象的数学模型，只需要根据经验进行调节器参 数调节，这个特点正好满足了ABS系统建模比较困难的特点；
缺点：实际操作中很难确定一种准确的轮胎模型来实时确定 不同制动工况下的期望滑移率。
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PID控制框图
制系统。
功能： 1、提高制动时的方向稳定性
2、缩短制动距离
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ห้องสมุดไป่ตู้
ABS的发展历史
ABS技术最早由英国人霍纳摩尔于1920年研制发明并申请专利；
1930年代ABS在铁路机车的制动系统中得到运用；
1940年代末，飞机制动系统开始采用ABS，很快ABS成为飞机的标 准配置；
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ABS的发展历史
2018/11/20
基于 Carsim/Simulink的 ABS系统建模与仿真
汽车ABS系统的建模与仿真
基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真摘要本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。
根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。
关键词ABS 仿真建模防抱死系统 PIDModeling and Simulation of ABS System of AutomobilesBased onMatlab/SimulinkAbstractA method for building a Simulator of ABS base on Matlab/Simulink is presented in this paper.The single wheel vehicle model was adopted as a research object in the paper. Mathematical models for an entire car, a bilinear tire model, a hydraulic brake model and a slip ratio calculation model were established in the Matlab/Simulink environment. The PID controller was designed. The established ABS mathematical model was simulated and researched and the simulation curves were obtained. The simulation results were compared with the results without ABS. The results show that established models were reliable and could achieve desirable brake control effects.Key wordsABS; control; modeling; simulation；Anti-lock Braking System;PID1.概述随着载重车辆动力性的不断提高，客观上也对车辆的制动性能与驱动性能提出了越来越高的要求。
汽车级Simulink建模与仿真
MinMax
9. 判正负
Sign
10. 汇总器
Mux
11. 开关
Switch
Sources Sources Sinks Sinks Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Signal Routing Signal Routing
根据下列数学模型，用 Simulink 建模仿真。
1. 节气门开度（输入）：
2. 负载扭矩（输入）：
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实战1：一个发动机模型
3. 进入进气歧管的空气质量速度：
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实战1：一个发动机模型
4. 进气歧管的压力变化速度：
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实战1：一个发动机模型
5. 离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空 气质量速度）：
Combinatorial Logic：组合逻辑模块；
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实战2：离合器接合 /分离模型
Simulink模型：
Tin
slipping
Tfmaxk
wv
Tin
we
NOT
Fn
回调函数 的使用
Tfmaxk Fn
Tfmaxs
part6 1
Gain1
Scope2
1 Gain
Tin
w
locked
locked Tin
Continuous
2. 查找表
Lookup TableLoopup Tables
3. 积分器（限幅）Integrator
Continuous
4. 终止仿真
Stop
Sinks
防止“ 除零 ”而采取的措施： 1.0 – u(1) / (u(2) + (u(2) == 0) * eps)
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第22卷第2期 黑 龙 江 工 程 学 院 学 报(自然科学版) Vo l.22 .22008年6月Journal of H eilongjiang Institute of T echno logyJun.,2008基于Simulink 的汽车ABS 建模与仿真安永东1,杜嘉勇2,罗 萌3(1.黑龙江工程学院汽车工程系,黑龙江哈尔滨150050;2.浙江省桐乡市科技服务中心,浙江桐乡314500;3.中国船舶重工集团公司第七 三研究所,黑龙江哈尔滨150000)摘 要:在Simulink 的环境下对汽车ABS 进行数学建模,以PID 控制器作为控制模块,对所建立的汽车A BS 数学模型进行仿真研究,得出仿真曲线,验证汽车A BS 具有良好的制动性能和方向操纵性。
关键词:A BS;建模;仿真;滑移率中图分类号:U 463.52+6 文献标识码:A 文章编号:1671 4679(2008)02 0040 04Modeling and emulation of the auto anti lock brakingsystem based on SimulinkAN Yong dong 1,DU Jia yong 2,LUO M eng(1.Dept.o f Automo bile Engineering ,H eilongjiang Institute of T echnolo g y,H arbin 150050,China;2.T o ng x iang Science and T echnolog y Serv ice Centr e,T o ng x ing 314500,China;3.N o.703Institute of China Shipping Gr oup,Har bin 150050,China)Abstract:This paper establishes the model of auto anti lock braking system w ith Simulink,em ulates the pro cedure of the anti lock braking system w ith the PID co ntro ller,and draw s a conclusion that anti-lock braking system has ex cellent braking performance and dir ection m anoeuver ability by contr asting em ulation curve.Key words:anti lock braking sy stem ;mo deling ;emulation;slip ratio 收稿日期:2008 01 04基金项目:哈尔滨市科技局青年科学基金项目(6290)作者简介:安永东(1972~),男,副教授,研究方向:车辆工程.汽车防抱死制动系统(ABS)是一种主动安全装置。
它从防止制动过程中车轮抱死的角度出发,避免车辆后轮侧滑和前轮丧失转向能力,提高车辆对地面附着能力的利用率,从而达到改善车辆制动稳定性、操纵性和缩短制动距离等目的。
本文在Sim ulink 的环境下对汽车ABS 进行了建模和仿真,得出了仿真曲线,验证了汽车防抱死制动系统具有优良的方向操纵性和制动效能。
1 汽车防抱死制动系统的组成和工作原理汽车防抱死制动系统通常由传感器、电控单元(ECU)和执行器(压力调节器)3部分组成,并通过线路连接成一个有机体,形成一个以控制滑移率在15%~25%为目标的自动控制系统,如图1所示。
图1 汽车防抱死制动系统组成汽车制动的理想目标是保持制动时车轮滑移率始终在15%~25%的范围,从而获得维持转向能力和方向稳定性所需要的充分大的侧向力,并产生最大地面制动力。
这一控制目标是通过制动力不断调节来实现的。
汽车防抱死制动系统正是在制动过程中不断地计算滑移率来控制制动力,从而保证实际滑移率始终为理想滑移率,达到最佳的方向稳定性和制动效能。
通过传感器实时检测制动车轮的转速,根据车辆行驶的速度计算出车轮的滑移率,与设定的最佳滑移率相比,依据相比的结果调节制动力的大小,对车辆进行制动,获得理想的方向稳定性和制动效能。
2 汽车防抱死制动系统的建模汽车防抱死制动系统的数学模型由车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型和控制系统模型4部分组成。
2.1 车辆动力学模型目前,常采用的车辆模型主要有一般车辆模型、四轮车辆模型、双轮车辆模型以及单轮车辆模型。
本文选用的车轮动力学模型为单轮车辆模型,因为此模型主要描述的是制动性能,适合于汽车防抱死制动系统进行制动性能的分析,同时也可简化问题。
车辆受力分析如图2所示。
由图2可得车辆动力学方程为车辆运动方程:M v =-F.(1)车轮运动方程:I =FR -T b .(2)车辆纵向摩擦力:F = N.(3)式中:M 为1/4车辆的质量(kg ),v 为车辆行驶速度(m /s ),F 为纵向摩擦力(N ),I 为车轮的转动惯量(kg !m 2), 为车轮角速度(rad/s ),R 为车轮行驶半径(m ),T b 为制动器制动力矩(N !m ), 为纵向附着系数,N 为地面支持力(N )。
图2 车辆受力分析图根据式(1)、(2)和(3)建立Simulink 仿真模型,输入为制动力和纵向附着系数,输出为车辆速度、车轮转速及制动距离,仿真模型如图3所示。
图3 车辆动力学仿真模型2.2 轮胎模型轮胎模型是指制动过程中轮胎附着力和其它各种参数之间的函数关系式,通常用轮胎附着系数与各种参数的函数关系式来表示。
本文采用魔术公式来描述轮胎模型。
魔术公式是由Pacejka 等人提出并发展起来的,它是用三角函数的组合公式拟合试验轮胎数据,用一套形式相同的公式就可以完整地表达纵向力、横向力、回正力矩以及纵向力、横向力的联合作用等工况,故称为魔术公式。
用魔术公式模型来模拟制动时车轮纵向附着系数和车轮滑移率之间的关系为(S )=f +D sin {C arctan [BS -E(BS -ar ctan (BS ))]}.(4)式中: 为纵向附着系数,f 为轮胎的静摩擦系数,D 为峰值因子,C 为曲线形状因子,B 为刚度因子,E 为曲线曲率因子,S 为滑移率。
f 相当于车轮在纯滚动时附着系数,一般情况下设为0,D 、C 、B 、E 都是与路面有关的常数,通过改变这些参数可模拟不同路面的附着系数,根据式(4)建立的轮胎仿真模型如图4所示。
图5所示为!41!第2期 安永东,等:基于SIM U L IN K 的汽车A BS 建模与仿真干混凝土和湿沥青路面制动时轮胎与地面间的纵向附着系数与滑移率关系的仿真曲线。
图4轮胎仿真模型图5 轮胎模型仿真曲线从仿真曲线可以看出无论干混凝土路面或是湿沥青路面,最佳的纵向附着系数均处于滑移率为20%处,所以为了保证车轮在制动时获得最佳的纵向附着系数,滑移率应控制在20%左右。
2.3 制动系统模型制动系统包括传动机构和制动器两部分。
制动系统的建模也应该包括传动机构建模和制动器建模两部分。
本文中的传动机构建模主要是指液压传动系统的建模,液压传动系统建模主要是考虑制动力调节器的制动压力如何随电磁阀电流变化的关系,为简化系统,忽略了电磁阀弹簧的非线性因素及压力传送的延迟,将液压传动系统简化为一个电磁阀环节和一个积分环节。
传递函数为KS (T !S +1).(5)电磁阀的响应时间一般小于或等于10ms,故惯性环节的参数T 取0.01,同时K 取100。
制动器模型指制动器力矩与制动系气液压力之间的关系模型。
为了便于对控制过程的仿真研究,在进行仿真时假设制动器为理想元件,认为其非线性特性较弱并忽略了其滞后带来的影响。
因此,制动器方程为T b =k p p.(6)式中:T b 为制动器制动力矩,k p 为制动器制动因数,p 为液压传动系统输出压力。
根据式(5)和式(6)建立的制动系统的仿真模型如图6所示。
图6 制动系统仿真模型2.4 滑移率的计算模型汽车制动时,如果车轮线速度 R 低于汽车行驶速度v 时,轮胎和路面之间将产生滑移,此时滑移的程度常用滑移率表示,其计算公式为S =v - R v∀100%.(7)根据式(7)用Simulink 计算模块建立的滑移率的仿真模型如图7所示。
图7 滑移率计算模型2.5 控制器模型PID 控制即比例积分微分控制,是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。
其最大优点是可以不了解被控对象的数学模型,根据经验进行参数调整,并且实施容易,控制效果良好。
本文的仿真分析选用的控制器为经典的PID 控制器,其仿真模型如图8所示。
!42!黑 龙 江 工 程 学 院 学 报(自然科学版) 第22卷图8 PID 控制器模型3 汽车A BS 制动过程的仿真汽车ABS 的制动过程实际是制动力实时调节的过程,即对滑移率进行控制反馈,来调节制动器的制动力,从而保证滑移率实时处于理想值。
控制器将实际的滑移率与理想值进行比较,然后将差值输入到制动器模型中,制动力调节器输出相应的制动力给车轮,使其滑移率处于理想值,保证车辆获得最佳的制动性能和方向稳定性。
防抱死制动系统的仿真模型如图9所示。
以捷达轿车为例,取初始速度25m/s(90km/h),1/4质量M =388kg ,车轮转动惯量I =0.87kg !m 2,车轮半径R =0.289m,在干混凝土路面进行仿真,得到的车辆速度、车轮转速、制动距离和滑移率的变化曲线如图10所示。
图9防抱死制动系统的仿真模型4 结 论从仿真曲线可以看出,汽车ABS 的制动距离35.96m,制动时间2.828s 。
开始制动后0.176s 时滑移率处于最大值0.2344,随后进入调整阶段,经过0.587s 后,滑移率达到0.1999后稳定,并一直保持到制动结束,而制动车轮的线速度随车速的降低而均匀减慢,没有出现抱死现象,表示车轮具有良好的方向操纵性和制动效能。
参考文献[1]Jer emyBroug hto n,Chr is Baughan.T he effeet iveness ofanti lo ck braking systems in redueing aecidents in G reat Britain [J].A ccident Analysis and P reventio n,2002,34.[2]王纪森,付卫强,余 洋,等.防抱制动系统自寻优控制的半物理仿真研究[J].系统仿真学报,2005,17(12):2841 2843.[3]冯 渊.汽车电子控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2004.[4]郑伟峰,刘国福.国内A BS 发展现状[J].汽车电器,2005(11):1 3.[5]Jeong ho on Song.P erfor mane evaluation of a hybr id elect ric brake sy stem w ith a sliding mo de eontr oller [J].M echatr onies,2005,15.[6]周志立.汽车A BS 原理与结构[M ].北京:机械工业出版社,2005.[责任编辑:刘文霞]!43!第2期 安永东,等:基于SIM U L IN K 的汽车A BS 建模与仿真。