汽车ABS系统的建模与仿真
ABS Simulink仿真实战
0.1
0
0
0.1
0.2 0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8 0.9
1
32
实战3：防抱死制动系统（ ABS）
Simulink 模型：
0.2
Desired relative
slip
Scope
Scope2
Scope3
bangbang controller
100
TB.s+1
Hydraulic Lag
ctrl
Signal Routing Signal Routing
12
实战 1：一个发动机模型
用到的模块一览：
1. 关系运算符 2. 积分器
3. 饱和环节
Relational Op. Logic & Bit Op.
Integrator
Continuous
Saturation
Discontinuites
4. 单位延迟
27
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 lock
Tfmaxs
unlock Tf
logic
Scope
20
实战2：离合器接合 /分离模型
一个离合器 集中参数模型
21
单轮ABS建模与仿真_k
单轮ABS 建模与仿真一、理论分析与数学建模汽车在制动过程中，当制动器制动力大于轮胎-道路附着力时，车轮就会抱死滑移。
只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得较好的制动效果。
在汽车制动时，除车轮旋转平面的纵向附着力外，还有垂直于车轮旋转平面的侧向附着力。
在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离；侧向附着力决定汽车的侧向运动，影响汽车的方向稳定性和转向操纵能力。
当汽车匀速行驶时，实际车速V (即车轮中心的纵向速度)与车轮速度v ω (即车轮滚动的圆周速度)相等，车轮在路面上的运动为纯滚动运动。
然而，在汽车实际运行过程中，当驾驶员踩下制动踏板后，在制动器摩擦力矩的作用下，车轮的角速度减小，实际车速与车轮速度之间就会产生一个速度差，轮胎与地面之间就会产生相对滑移。
轮胎滑移的程度用滑移率slip 来表示。
车轮滑移率是指实际车速v ω与车轮速度w ω之差同实际车速v ω的比值，公式如下。
vw slip ωω-=1 当v ω=w ω时，滑移率slip=0，车轮自由滚动；当w ω=0时，滑移率slip=1，车轮完全抱死滑移；当v ω>w ω时，滑移率0<slip<1，车轮既滚动又滑移。
试验证明，在地面附着条件差(例如在冰雪路面上制动)的情况下，由于道路附着力很小，使可以得到的最大地面制动力减小。
因此，在制动踏板力(或制动分泵压力)很小时，地面制动力就会达到最大附着力，车轮就会抱死滑移。
在制动过程中，车轮抱死滑移的根本原因是制动器制动力大于轮胎-道路附着力。
滑移率大于理想滑移率后的区域称为非稳定制动区域或非稳定区，如图所示。
横向附着系数是研究汽车行驶稳定性的重要指标之一。
横向附着系数越大，汽车制动时的方向稳定性和保持转向控制的能力越强。
当滑移率为零时，横向附着系数最大；随着滑移率的增加，横向附着系数逐渐减小。
当车轮抱死时，横向附着系数接近于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力，其危害极大。
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MATLAB的汽车ABS制动过程仿真
基于MATLAB的汽车ABS制动过程仿真ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制动系统）是现代汽车上保证行车安全的重要制动系统之一。
ABS制动系统可以避免在制动时车轮抱死，从而提高了制动效果和稳定性。
为了深入理解ABS制动系统的工作原理和性能，本文将基于MATLAB软件进行汽车ABS制动过程的仿真。
一、建立模型和假设为了实现ABS制动过程的仿真，需要建立一个基于MATLAB 的系统模型。
该系统模型需要考虑以下几个方面：1. 汽车的运动方程。
2. 轮胎与地面的接触力，即摩擦力。
3. 制动器与车轮的接触力。
4. ABS控制器的控制策略。
在仿真过程中，假设车辆在制动前以一定的速度匀速行驶，制动时四个车轮的制动和抱死状态是相同的。
二、模型搭建在MATLAB界面中，首先利用simulink模块搭建模型。
模型如下：模型中包含了车辆运动方程、轮胎地面接触力、制动器与车轮接触力等模块。
其中，运动方程模块利用F=ma公式进行建模，轮胎地面接触力模块利用摩擦力系数进行计算，制动器与车轮接触力模块利用摩擦力系数和制动器力矩进行计算。
在模型中，还有制动器控制器模块，负责制动器的控制与调节。
制动器控制器可以采用PID算法或滑模控制算法来控制制动器的开闭和力矩大小。
三、仿真过程在进行仿真过程中，需要确定以下参数：1. 初始车速度v0=80km/h。
2. 初始刹车踏板角度θ=0。
3. 制动器摩擦力系数μs=0.7。
4. 刹车片初期转动半径r=0.05m。
在进行仿真操作前，应先在程序中设定好各参数，再设定仿真时间和仿真步长。
由于ABS制动过程会使用到控制器，因此应首先进行控制器的设计和仿真。
在此，控制器的设计采用滑模控制器，其仿真结果如下：控制器的仿真结果显示，在刹车操作开始10s后，滑模控制器调节出的制动器力矩逐渐增加并稳定于85N·m左右。
随着控制器的调节，车轮抱死现象得以解决、保持ABS制动状态下使车辆具备更好的稳定性和制动效果。
ABS的simulink仿真分析详细步骤
基于Matlab/Simulink 的汽车ABS 建模与仿真一、汽车制动时滑移率与附着系数的关系汽车制动时，随着制动强度的不断增加，车轮滚动的成分会越来越少，同时车轮滑动的成分将越来越多。
一般用滑移率λ来说明制动过程中滑动成分的多少。
滑移率的定义是：100%v r vωλ-=⨯式中，v 为车轮中心的速度；r 为车轮的滚动半径；ω为车轮的角速度。
在纯滚动时，车速v=ωr ，滑移率λ=0；在纯滑动时，车轮的角速度ω=0，滑移率λ=100%；在车轮边滑边滚时，0<λ<l00%。
所以，滑移率的大小反映了车轮运动过程中滑动成分所占得比例。
滑移率越大，则车轮运动过程中滑动的成分越多。
附着系数与滑移率的关系曲线如图1所示：图1滑移率与附着系数的关系根据制动时附着系数与滑移率的关系曲线可知，当把车轮滑移率的值控制在最佳滑移率20%附近时，汽车将能够获得最好的制动效能同时还拥有较好的方向稳定性。
附着系数的数值主要取决于道路的材料、路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、材料以与车速等因素。
因此对于不同的路面来说，附着系数与滑移率的关系是不同的。
图2是不同路面的附着系数与滑移率的关系。
图2 不同路面的附着系数与滑移率的关系路面峰值附着系数滑动附着系数沥青或混凝土（干）0.75沥青（湿）0.5—0.7 0.45—0.6混凝土（湿）0.8 0.7砾石0.6 0.55土路（干）0.68 0.65土路（湿）0.55 0.4—0.5雪（压紧）0.2 0.15冰0.1 0.07表1 各种路面上的平均附着系数二、汽车ABS原理汽车ABS作为一种主动安全装置，它可以通过调节车轮制动压力将汽车前后车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近，使汽车在获得最大地面制动力的同时拥有良好的方向稳定性。
1、汽车ABS的控制原理在常见的ABS 系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置ECU）。
电子控制装置ECU）根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。
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。
ABS控制器设计及仿真
汽车ABS控制器设计及其仿真摘要：ABS（Anti-lock Braking System）防抱死制动系统，通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩。
关键字：ABS 控制系统仿真一.ABS控制系统简介。
汽车制动性能主要是三个方面：⑴制动效能，即制动距离与制动减速度；⑵制动效能的恒定性，即摩擦材料的抗热衰性能；⑶制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑及失去转向性能。
汽车维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力。
而制动性能主要是有汽车轮胎的制动性能决定的。
ABS系统是一种能防止车轮被抱死而导致车身失去控制的安全装置，全称防抱死刹车系统。
我们知道，当车轮抱死滑移时，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失。
如果是前轮（转向轮）制动到抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力（跑偏）。
如果是后轮制动到抱死而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。
这些都极容易造成严重的交通事故。
因此，汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移，而是希望车轮制动到边滚边滑的运动状态。
从已有的实验中可以知道[1]，如图1所示，汽车车轮的滑动率在15%-20%时，轮胎与路面有最大的纵向附着系数，此时侧向附着系数也较大，因此，为了充分发挥轮胎与路面间这种潜在的附着能力，目前的许多中高级轿车及大客车和重型货车上均装备了防抱死制动装置（Antilock Braking System）,简称ABS.汽车电控防抱死制动系统的主要功用有：(1)在任何制动情况下驾驶员应能保持对行驶车辆的控制。
(2)在任何制动情况下应能保持汽车转向时的操纵性和制动时的稳定性。
(3)当左，右车轮处于不同附着系数路面或者路面附着系数突然变化时能够进行调整控制。
(4)能够缩短制动距离，提高汽车制动效能。
(5)制动噪声小，工作安全可靠，一但防抱死制动系统失效时，自检系统能显示报警，而由机械制动系统来承担汽车制动作用。
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
防抱死制动系统仿真
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
制动时间（x10-2s）
重庆理工大学 系统建模与仿真 13
100 G(s) TB.s 1
重庆理工大学 系统建模与仿真 10
防抱死制动系统（ABS）
8.仿真曲线：
swich=1，ABS制动
速度曲线 紫色：车轮身速度 黄色：车轮速度
滑移率曲线 黄色：实际滑移率
重庆理工大学
系统建模与仿真
11
防抱死制动系统（ABS）
9.仿真曲线：
swich=0，非ABS制动
重庆理工大学 系统建模与仿真 6
防抱死制动系统（ABS）
4.单轮制动数学模型：
v v Rr
slip 1 w / v
v
Vv
Rr
f (slip)
Ff F
dVv m Ff dt dw I F f Rr Tb dt
重庆理工大学 系统建模与仿真
Tb
防止“除零”而采取的措施： 1.0 – u(1) / (u(2) + (u(2) == 0) * eps)
必定非零！
重庆理工大学 系统建模与仿真 9
防抱死制动系统（ABS）
7.Simulink模型精讲
bangbang 控制器原理：
1, Uk 1, En 0 En 0
制动系液压管路：一阶惯性环节
Ff
Fz
7
防抱死制动系统（ABS）
5.Simulink模型：
重庆理工大学
系统建模与仿真
8
防抱死制动系统（ABS）
6.基本模块介绍：
1. 2. 3. 4. 传递函数 Transfer Fcn Continuous 查找表 Lookup TableLoopup Tables 积分器（限幅）Integrator Continuous 终止仿真 Stop Sinks
制动系统建模、仿真及ABS控制器设计
目录1. 动力学建模....................................................................................... - 0 - 2。
分段线性的轮胎模型 ................................................................... - 0 - 3。
控制算法........................................................................................ - 1 - 4. 仿真流程及参数输入 ...................................................................... - 1 - 5。
实例分析........................................................................................ - 2 - 6。
MATLAB 仿真过程..................................................................... - 2 - 6。
1。
逻辑门限值控制器 ............................................................. - 2 - 6。
2.模糊控制器 ............................................................................ - 6 -6.2。
1模糊控制器设计 ........................................................... - 6 -6。
(毕业设计)汽车ABS制动模型的仿真分析说明书
本科生毕业设计（论文）摘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Matlab/Simulink模拟汽车在直线制动的运动状态，对ABS 系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。
ABS防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ABS系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ABS防抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的ABS控制算法，并根据数学模型，利用Matlab/Simulink软件建立普通制动系统和ABS防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(ABS)车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ABS防抱死制动系统不仅能够达到防止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ABS 制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；Matlab/SimulinkAbstractIn order to accurately understand the anti-lock braking system performance, often using computer simulation technology to conduct research. This design uses Matlab / Simulink simulation of the car braking in a straight line movement, the ABS system of control of a computer simulation. Compared with the common experimental analysis,it has fsater analsing speed, higher precision, shorter period, etc. besides, it saves much labor and material resources.The establishment of antilock brake systems is the result of the combination of computer and actual produciton. Model of antilock brake systems can take place of the dangerous experiments,improve the safety and save much money. At the same time, it helps get the result as soon as possible. So that the function of the product can be made better. in a word, it provides an effective method to the reserch and development of the antilock braking system.The project briefly introduces the principles of the braking system .It gets antilock braking system controlling algorithm according to the establishment of ordinary braking system and methematical antilock braking system. On the basis of methematical model, it uses Matlab/Simulink software to eatablish a simulate template of an ordinary braking system and an antilock braking system to analyses the motional changing regularity of kinds of parameters of vehicle which installed with ordinary braking system and the vehicle with antilock braking system. When the results are compared, we get to know that antilock braking system can not only prevent the wheels form been braken while braking, but also controll the moving condition of them. So that this design of the braking process’s simulation analysis is effective.Key words：brake；antilock braking system；simulation；Matlab/Simulink目录第1章ABS防抱死系统简介和本课题意义 (1)1.1 工作原理 (1)1.2 ABS的优点及常用装置 (1)1.3 ABS发展历史及应用现状 (2)1.4 发展趋势 (5)1.5 本次设计意义 (6)第2章物理模型及数学模型的搭建 (7)2.1 制动系统物理模型 (7)2.1.1 普通制动系统物理模型 (7)2.1.2 有ABS制动系统物理模型 (7)2.2 制动系统数学模型 (9)2.2.1 普通制动系统数学模型 (9)2.2.2 有ABS制动系统数学模型 (10)第3章Matlab/Simulink软件介绍 (13)3.1 Matlab软件介绍 (13)3.2 Simulink软件介绍 (14)第4章制动系统仿真模型的建立 (16)4.1 仿真参数 (16)4.2 仿真模型 (16)4.2.1 普通制动系统仿真模型 (16)4.2.2 ABS防抱死制动系统仿真模型 (17)4.3 仿真模块功能 (17)4.3.1 单个模块功能 (17)4.3.2 多个模块功能 (19)第5章仿真计算结果和曲线 (23)5.1 仿真所得曲线 (23)5.1.1 普通制动系统 (23)5.1.2 有ABS制动系统 (25)5.2 仿真结果 (27)第6章结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)第1章ABS防抱死系统简介和本课题意义1.1工作原理当车轮抱死滑移时，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失。
第7章 汽车防抱死制动系统建模与控制仿真 [基于MATLAB的控制系统仿真及应用]
![第7章 汽车防抱死制动系统建模与控制仿真 [基于MATLAB的控制系统仿真及应用]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3e70703bd64783e09122b6a.png)
Fz
3
Mvxh Mga 2L
F0h
Mvyh 2C
Fz 4
Mvxh Mga 2L
F0h
Mvyh 2C
4
7.1.2 轮胎模型
我们选用Gim模型如下轮胎力学模型。
当
s
1
Ks
3 Fz
1
s
0
时，
纵向力
Fx
Ks 1
s s
s2
6Fz
cos
3、附着系数图形
1
0.8
0.6
0.4
0.2
00
2
4
6
8
装有ABS装置的图形
附着系数一直维持在 最大值（0.4）左右， 而没有装ABS装置的
附着系数在滑移率超 过最佳滑移率 （0.12s）时，逐渐 减小，可见ABS可以 利用最佳的附着系数。
13
7.2 基于单轮模型的Simulink仿真
4、制动距离
20
单轮车辆系统制动模型
单轮车辆制动模型的微分方程式
mu F Fb
J Fbr Tb Fb Fz
8
7.2 基于单轮模型的Simulink仿真
图 7.2.1 ABS单轮simulink仿真模型
9
7.2 基于单轮模型的Simulink仿真
制动过程仿真模型参数
参数 整车重量W/N 车轮转动惯量J/(kg.m-2) 车轮半径R/m 制动初速度V/(m.s-1) 制动力增长因数a/(N.m.s-1) 理想滑移率s
5K
6
7.1.3 滑移率模型
1、未含ABS系统的制动过程：
汽车ABS性能检验的建模及半实物仿真
大连理工大学硕士学位论文汽车ABS性能检验的建模及半实物仿真姓名：梅育庭申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：宋振寰;周雅夫20060601汽车ＡＢＳ性能检验的建模及半实物仿真（４）磁片铺装路面，洒水后附着系数０．１；图１＿１所示为日本ＮＡＢＣＯ公司山形ＡＢＳ试验场中的各种附着系数组合而成的ＡＢＳ制动性能试验路面的布置示意图，图１．２为Ｂａｓａｌｔ铺装路面的图片。
匡国：‘嬲＝，７１（ＤＲＹ）打磨棍凝±路ｒＩ．ｔ＝０．６０（船ＤⅡ＝０．４（ｗ昱７３棍凝土路雾麟黧渊瓣西硼越ｔｐ＝０２５（昂露力；藤鬻黼燃３０ｍ．１００ｍ。
Ｊ１ｆ１０ｍ．．５｛ｋｔａ。
．１５０ｍ图１．１典型的ＡＢＳ制动性能试验场地路面情况Ｆｉｇ．１．１ＴｙｐｉｃａｌｐａｖｅｍｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅｂｒａｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＢＳ图１．２Ｂａｓａｌｔ铺装路面Ｆｉｇ．１．２ＢａｓａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔＡＢＳ制动性能试验主要评价装用ＡＢＳ后的汽车直线行使紧急制动时的制动距离和方向稳定性，需要检测及评价的项目内容是：大连理工大学硕士学位论文３仿真模型在这一章中，将按照模型的层次分别介绍ＡＢＳ模型的功能及主要模块的设计思路。
图３．１ＡＢＳ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型Ｆ．ｇ．３．１ＳｉｍｕｌｈｌｋｍｏｄｅｌｏｆＡＢＳ图３．１是ＡＢＳ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真及实验模型。
下面分别介绍主要子模型及模块的功能。
（１）Ｓｐｅｅｄｏｍｅｔｅｒ汽车车速输出表盘。
用Ｄｉａｌ＆ＧａｕｇｅｓＢｌｏｃｋｓｅｔ库建立，用来输出仿真过程中汽车的即时车速。
（２）Ｓｐｅｅｄ汽车速度设定模块。
同样用Ｄｉａｌ＆ＧａｕｇｅｓＢｌｏｃｋｓｅｔ库建立，用来设定仿真初始时刻汽车的速度。
通过拖动滑快，来改变汽车制动时的初始速度。
Ｍｏｄｅｌ（３）子系统。
由ｓｐｅｅｄ模块输入汽车的制动初始速度，输出由理论模型计算得出的理论车速变化曲线、理论轮速变化曲线、理论滑移率变化曲线。
(完整版)基于AMESIM的ABS液压系统建模与仿真本科生毕业论文
第 1 章绪论1.1 研究目的与意义随着我国汽车工业的发展，就必须进行汽车关键零部件的自主研发。
汽车制动过程中的安全性也已成为人们关注的焦点。
汽车防抱死制动系统(ABS)，关系着汽车制动的安全性。
目前国内许多汽车公司已经开始进行汽车自主研发，要在商业的竞争中脱颖而出，要拥有自主知识产权的汽车，要使我国由一个汽车大国变为一个汽车强国，就必须进行汽车关键零部件的自主研发。
汽车制动过程中的安全性也已成为人们关注的焦点，防抱死制动系统ABS是汽车关键的零部件之一，因此国家、企业和高校都投入了大量的人力和资源对ABS进行自主研发。
汽车动力性能的提高和高速公路的延伸对汽车安全提出了越来越高的要求，许多国家都为此颁布了严厉的汽车安全法规，汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，已成为人们关注的焦点。
因此，探讨各种高性能的制动系统和完善制动系统的性能是减少交通事故和促进汽车工业发展的重要举措[1]。
而ABS可以在制动过程中自动、高频地对制动系统压力进行调节，从而对制动力进行调节，使车轮滑移率保持在理想滑移率附近，既防止车轮抱死，又充分利用了车轮与路面的附着能力，缩短了制动距离，提高了汽车制动过程中的方向稳定性和转向操作能力，达到了最佳制动效果的目的。
ABS控制的关键之一就是控制制动过程中的滑移率，从而提高路面附着系数的利用率，缩短制动距离，提高制动的稳定性。
然而，滑移率和路面附着系数的关系又受到很多因素的影响，如车辆本身的结构参数、车速、轮胎充气压力、轮胎垂直载荷、路面状况等等[2]。
因此，要求ABS保证汽车在短时间内在各种路面上，各种情况下都能安全制动的难度是相当大的。
还需要针对不同车型进行大量的参数匹配试验，大概需要一年半到两年的时间，并且需要大量的经验，不仅耗资巨大，而且延长了产品的开发周期。
目前国内外也有人应用新的控制理论，进行ABS控制的探讨。
根据汽车制动过程的物理实质及动力学分析，对ABS控制器的结构原理、控制方法等方面进行分析和研究，利用AMESim软件建立车辆防抱死制动系统模型，可以很容易分析液压系统元件对整个系统的影响。
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
基于AMESim的汽车液压ABS建模与仿真
收稿日期:2011-03-10基金项目:汽车安全与节能国家重点实验室开放基金(11151);汽车动态模拟国家重点实验室开放基金(20091113)作者简介:徐国民(1984-),男,江苏宿迁人,硕士研究生,主要从事汽车电子及控制技术的研究.文章编号:1006-3269(2011)01-0037-06基于AM ESim 的汽车液压ABS 建模与仿真徐国民1,马明星1,2,黄锦川2,管延才1(1.扬州大学机械工程学院,江苏扬州225127; 2.汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)摘 要: 利用ABS 混合仿真试验台实测制动压力,对某型号A BS 进行阶梯增减压制动的实验测试.在分析ABS 液压系统的组成和工作原理的基础上,基于A M ESim 建立了包括液压调节器、制动主缸、电磁阀及制动轮缸等模型.仿真了阶梯增减压制动.正常制动、常加常减制动的仿真结果与实验结果基本一致.结果表明:所建液压A BS 系统模型和参数的设置是比较准确的.该研究为A BS 轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.关 键 词: A BS;液压系统;A M ESim;仿真实验中图分类号: U 463.5 文献标识码: A do i:10.3969/j.issn.1006-3269.2011.01.009防抱死制动系统(Anti 1o ck Braking Sy stem,以下简称ABS)是汽车主动安全技术的重要领域.国外虽然已经有成熟产品,但由于国外技术的保密,其压力控制模型和具体技术参数很难获取,而国内ABS 技术并不成熟,主要依赖于进口.中国目前对ABS 制动系统的研究,大多集中在ECU(Electronic Co ntro l Unit)的控制理论及ABS 的匹配试验方面,而对ABS 液压系统的理论模型研究相对较少,因此,在理论模型包含的多个液压单元的诸多重要参数的选择和匹配问题上缺乏系统的理论研究[1].本文以AM ESim 软件为平台,建立了完整的ABS 液压系统模型,设置相关参数并仿真了阶梯增压、减压制动.其仿真结果与实验结果基本一致.本文还通过实验验证了所建模型的正确性,并在此基础上仿真了正常制动和常加常减制动.其结果为以后的ABS 轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.1 ABS 液压系统数学模型1.1 ABS 液压系统的组成图l 为典型的ABS 液压系统结构组成.在制动时,制动踏板力经真空助力器的放大后作用在总泵上;总泵的2条输出管路分别将压力作用在交叉的2个车轮上.1.2 ABS 液压系统的工作原理ABS 液压系统的工作原理是利用电磁阀的开关动作实现轮缸内的增压、保压和减压3种状态.ABS 未动作时,增压阀常开,减压阀常闭;在紧急制动情况下,驾驶员踩下制动踏板,压力很快上升,当车轮有抱死趋势时,关闭增压阀,进行保压,如果车轮仍有抱死趋势,则打开减压阀,进行减压.在图1所示的减压过程中,制动液的流动通道为:左前轮轮缸 回油电磁阀 ABS 低压储液器 回油单向阀 ABS 回油泵 回油单向阀 制动总泵 储液室[2].随着制动轮缸中的制动液流回储液室,轮缸中的压力降低,使车轮转速充分恢复,然后再重新进入升压阶段.在升压过程中,为了保持制动过程的平顺性而防止出现振荡,一般采用阶梯升压策略[3].这种压力调节方式的特点在于:压力的变化是非连续的,但通过3种压力状态的高速切换,可实现精细的压力调节,并且具有简单、可靠和便于电气控制的优点.因此,这种压力调节方式得到了广泛应用.1.总泵2.液压调节系统3.增压阀4.减压阀 5、8.蓄能器 6.ABS电机 7.ABS回油泵 9.进油电磁阀 10.出油电磁阀图1 ABS液压系统结构组成示意图1.3 主要液压元件的数学模型根据流体力学的相关理论可以建立描述系统主要液压元件动态性能的数学模型,为汽车ABS液压系统动态性能仿真分析和液压单元设计提供理论依据[4].1.3.1 ABS电磁阀模型加压阀主要由动铁和阀芯、静铁、回位弹簧、隔磁管、阀座等零件组成,如图2所示.图2 A BS加压型阀模高速开关电磁阀包括增压阀和减压阀.其中,增压阀是常开阀,减压阀是常闭阀.ABS液压系统的高频响应性能很大程度上取决于ABS电磁阀的动态响应特性,动铁和阀芯可以视为有限位运动的质量块,受电磁力、弹簧力、液压力、冲击力和粘滞力等作用.电磁阀的线圈通电后产生电磁力,用来控制电磁阀的开关状态.动铁和阀芯的动力学方程为:d vd t=1m[F m(i,x)-k(x0+x)+F p(x)-F f-cv2]d xd t=v(1)式中:m 动铁和阀芯的质量和;x 动铁和阀芯的位移;v 动铁和阀芯的速度;x0 回位弹簧预压缩量;i 线圈电流;k 回位弹簧刚度;c 速度阻尼系数;F p 阀芯组件液压力;F m 电磁力;F f 摩擦力.电磁阀线圈电流i的微分方程为:d id t=[U-iR-ivL(x,i)x]/[L(x,i)+i L (x ,i) i](2)式中:U 线圈电压;R 线圈电阻;L 线圈电感.阀起到节流作用,根据其流量特性,压力变化率一般表述为:d p cd t =k 1 pk 2(3)式中:k 1k 2 常系数;p 阀口两侧压差;p c 管路的当前压力.电磁阀可视为一阶延迟环节,电磁阀响应比较快,在ABS 工作过程中可以认为是阶跃响应.一阶系统单位阶跃响应的时域表达式为:c(t)=1-e -t/T(4)其中,T 为时间常数,其值的大小反应了液压系统的增压、减压能力.1.3.2 制动轮缸模型制动轮缸是一个作用有弹簧力、液压力和阻尼力的液压缸.制动钳的微分方程为:m d 2x d t2=ps -k sin (x -x g )-f d[sin (x -x g )]d t -F s -f ric -f visc (5)sin (x -x g )=x -x g ,(x -x g >0)0,(x -x g <0)式中:p 制动轮缸液压压力;m 制动钳可动部分质量;x 制动钳位移;F s 制动钳回位弹簧压力;s 油液作用等效面积;f ric 制动钳移动中的摩擦力;f visc 粘滞力;x g 摩擦块与制动盘之间间隙;k 制动盘抗压刚度;f 制动盘阻尼系数.1.3.3 液压管路模型连接ABS 液压调节器和制动系统其他部件的管路分为硬管和软管,如图1所示.测量软硬管的直径、长度、管壁厚度,管路材料的杨氏模量由AMESim H elp 文件获取.软管流速的计算与硬管基本相同,但由于管路材料不同,体积模量差异很大.软管压力特性的计算如下: P t =- A qx式中: 管路和流体的有效体积模量.=11 fluid +1 hose式中: fluid 流体体积模量;hose 管路体积模量.硬管中压力流量特性的计算如下: P t =-B A Q x式中:B 管路和流体的有效体积模量;A 管路截面积.流速计算为:v =2D | P -9.81 L sin ( )|L f f(6)式中:v 流速;D 管路直径;P 计算步长终点和起点之间的压降;油液密度;L 管路长度; 管路弯角;f f 摩擦系数.2 基于AM Esim 的液压A BS 建模与仿真AM ESim 作为多学科领域复杂系统高级建模和仿真的主流平台,主要应用于液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析.它用直观的图标符号代表系统的各个元件,包括车辆所涉及的各个学科领域的基础库:机械、液压、气动及电磁等元件.AM ES im 仿真在汽车燃油喷射系统、润滑回路、车辆悬挂系统、制动系统、传动系统、动力系统、冷却系统、废气回流、热管理和热分配控制等方面都有很好的应用[5].AM ESim 系统模型搭建步骤如下: 依据ABS 的工作原理,在草绘模式下从AMESim 元件库中选取合适的模块,并按照图3搭建; 定义整个系统的液压参数,如制动液的体积模量、动力粘度和温度等,以及各个元器件的内部结构参数等; 设定仿真参数、运行仿真并查看结果.1.制动主缸2.单向阀3.增压阀4.减压阀5.蓄能器6.泵7.电机8.制动轮缸9.制动液图3 液压A BS系统的A M Esim模型根据系统组成和控制原理建立液压ABS模型,主要包括制动主缸、增压阀模型、减压阀模型、泵模型、单向阀模型、低压蓄能器模型和缓冲腔模型,它们也都来自液压元件库;控制信号采用控制信号库中的模型;电动机模型来自机械元件库;制动轮缸采用AMESim制动系统给出的车辆轮缸模型[6].建立四轮车辆模型时,为了与实验相匹配,仿真时取左前轮进行仿真.2.1 基于AM ESim的ABS性能仿真分析与参数设置利用AM ESim软件在液压建模和动态仿真方面的优势,对ABS液压调节器的工作过程,实现增压、保压及减压工作过程进行仿真分析,探讨相关参数对ABS液压响应特性的影响.设定主缸压力为6MPa,根据上述理论设定模型参数,给定A BS电磁阀脉冲控制信号,周期为0.5s,脉宽为6ms.通过加、减压阀的配合,使制动压力升至最高后,先阶梯形下降11个周期,保持2s,再阶梯形上升11个周期.仿真时间共20s,步长0.0001s.试验与仿真采用相同脉冲控制信号,试验数据采集时间也为20s.得到的仿真与试验结果如图4所示.阶梯加、减压实验是为了研究实际工况中猛踩刹车下ABS和制动系统的特性.由图4可以看出:开始主缸压力为6M Pa,并保持了1.74s;随着11个阶梯形减压而下降到最小压力为1.58M Pa,需要图4 阶梯加、减压仿真与实验的对比结果5.01s,并保持2s;之后再阶梯形上升11个周期,增到最大压力5.98M Pa.同样设定正常制动和常加常减压主缸压力为6MPa,根据上述理论设定模型参数,给定ABS 电磁阀脉冲控制信号(正常制动程序中对ABS 输入的信号都为0值),周期为0.5s,脉宽为6ms,设定正常制动模型和常加常减制动模型信号,其仿真结果如图5、图6所示.正常制动实验是为了检测制动系统本身的特性,即制动加压能达到的最高压力和减压能达到的最小压力.模拟驾驶员遇到障碍踩下踏板时的主缸压力变化为6M Pa 并保持6s,然后稍松踏板使主缸压力达到最低压力约为0.68MPa,并保持3.5s,之后驾驶员再次踩下踏板使主缸压力达到最高压力约为5.8M Pa,并一直保持到最后总时间20s.此过程中,ABS 一直未工作.常加常减压是在ABS 作用下制动能达到的最大和最小压力.可以验证在ABS 作用下制动压力能不能达到正常制动的水平.同样是模拟驾驶员在踩踏踏板过程中,在ABS 的作用下主缸压力的变化.由图6可以看出,主缸能达到的最大压力为5.63MPa,最低达到0.31M Pa.2.2 仿真结果与实验影响因素的分析从以上仿真和实验结果对比可以看出,所建ABS 液压系统模型以及参数的设置是比较准确的,但也存在误差(见表1).表1 不同工况实验与仿真结果误差统计工况ABS 工作状况实验与仿真结果误差统计结果/%阶梯加减压工作10正常制动未工作3常加常减制动工作6表1反映了上述3种不同工况在主缸为6M Pa 时,实验与仿真结果存在的误差.分认为析误差存在是由几个方面引起的.(1)ABS 控制系统的控制存在滞后环节.主缸压力与轮缸压力的变化要经过加压阀和减压阀,而加压阀和减压阀打开和关闭的时间则影响轮缸压力的变化.两阀打开和关闭的时间越长,则系统的滞后性就越大,引起实验和仿真的误差也就越大.(2)本系统是采用脉冲信号控制的,一次脉冲压力的误差非常小,但多次累计以后,仿真结果会与试验结果有明显的差异.阶梯制动图6越到后期,误差也就越大.(3)电磁阀节流口径大小不一致和形状不一样.单向阀泄漏,电磁阀阀杆行程不一致性,电磁阀节流指数的设计,制动管路长度以及沿程压力损失,管路的传输延迟,压力波传播速度等,都会使仿真和实验结果产生误差.这主要是因为理论模型基本上忽略了这些实际存在的东西.3 结束语通过AM ESim建立完整的ABS液压制动系统仿真模型.经试验验证,该模型正确可靠,并且选择的各部模型参数比较准确.在此基础上,设定了正常制动模型和常加常减制动模型信号,得到了相同仿真时间和步长的结果.为研究者提供了非常全面的研究对象数据,为改进ABS的性能提供了简便有效的手段,为控制逻辑参数的选择提供了有力的依据.该模型与控制逻辑模型及整车动力学模型结合可进行整车路面防抱死制动研究,为ABS轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.因此,该模型为更全面的研究奠定了基础.但理论与实验也存在一定的误差,需要进一步研究各种因素对制动系统的具体影响.参考文献:[1] 祁雪乐.ABS液压制动系统动态特性研究和综合仿真匹配平台的建立[D].北京:清华大学汽车工程系,2005.[2] 谢敏松,李以农.汽车ABS液压调节器建模与分析[J].汽车技术,2007,38(4):16-18.[3] 陶润,张红,付德春,等.ABS液压系统仿真与电磁阀优化[J].农业工程学报,2010,26(3):135-139.[4] 李东敬王磊.汽车ABS液压调节器建模与仿真分析[J].机床与液压,2009,37(11):219-221.[5] 付永领,祁晓野.AM ESim系统建模和仿真-从入门到精通[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.[6] 王吉,李建华,靳力强,等.基于AM Es im与Sim ulink/S tateflow的汽车ABS联合仿真建模与仿真研究[J].汽车技术, 2010,41(1):25-33.Modeling and S imulation of Automobile Hydrau lic ABS Based on AMES imXU Guo min1,M A Ming xing1,2,H U ANG Jin chuan2,GU AN Yan cai1(1.Scho ol of M echanical Eng ineering,Y ang zho u U niv ersity,Y ang zho u225127;2.Department of A utomo tive Engineer ing,T singhua U niversit y,Beijing100084,China)Abstract:Based o n A BS hy dr aulic test bench,ex per i menta l test on the step brake was do ne for a ty pe of A BS.A M ESim model including hy dr aulic reg ulator,main cy lin der,step br ake soleno id valve and w heel cy linders is set up based on the analysis of A BS hy dr aulic system composition and w or king principle.T he simulat ion result of step br ake, the normal br ake,and on-off brake is consist ent w ith the test results.T he result sho ws:hydr aulic ABS sy stem mo del and parameter s selection a re close to t he truth.T he results pro vide an impo rtant experimental basis fo r ABS w heel cy l inder pressure o f fine-tuning and precise theo retical model.Key words:A BS;hydraulic sy st em;AM ESim;simula tio n o f experiment。
毕业论文----汽车防抱死制动系统的建模与仿真(含开题报告 中英文翻译)
分类号编号毕业论文题目汽车防抱制动系统的建模与仿真——模糊控制在ABS中的应用学院机械学院专业机械设计制造及其自动化毕业设计任务书设计题目：汽车防抱制动系统的建模与仿真专业：机械设计制造及其自动化班级学号：姓名:院、系：机械学院2010年2 月26 日一、毕业设计的目的毕业设计是本科教育中培养学生的重要的实践性教学环节，也是最后一个教学环节。
其目的：1.培养学生综合运用基础理论知识、专业知识和技能，解决工程实际问题的能力；2.培养学生运用机械设计手册、图册、国家标准规范和规程的能力；3.培养学生学会机械设计的思想、方法和步骤，掌握计算方法、掌握计算机绘图及编写工程设计文件等基本技能；4.提高学生分析问题、解决问题和独立工作的能力。
二、主要设计内容1.专业外文资料翻译；2.毕业实习，实习报告；3.开题报告；4.汽车防抱制动系统的建模与仿真。
三、重点研究问题1.汽车防抱制动系统的车辆仿真模型的建立；2.采用的控制方法模型的建立；四、主要技术指标和主要设计参数1．收集资料确定一个自己的设计参数，在查阅资料后确定下来。
2．控制方法根据所查找文献自己确定。
五、设计成果要求1.开题报告1份(要求3 000字左右、查阅文献10篇以上、文献综述引用5篇以上，样表从教务处表格下载中下载)；2.实习报告1份；3.专业外文资料翻译1篇(不少于2 000汉字)；4.毕业设计（论文）1份(设计说明书应在10000字以上，论文应在6000字以上，包括封面、任务书、开题报告、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录)；5.设计图纸一套（不少于A0图2张）；6.所有内容电子文档一套；7.毕业论文成果材料清单一份。
本科生毕业设计开题报告2010 年 03 月 30日学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化题目名称汽车防抱死制动系统的建模与仿真课题来源自选主要内容一．本课题设计的目的与意义本课题为《汽车防抱制动系统的建模与仿真》，要求我们收集资料自己确定一个设计参数，并查阅相关文献选择一种ABS的控制方法。
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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。
然而，由于车辆运动状态的复杂性和车轮与地面之间的附着力的非线性等因素，车辆在高速行驶中制动或在弯道上紧急制动以及在冰雪路面等复杂路况下运动时，经常会出现车轮因抱死拖滑而导致制动距离过长，同时还有车身侧滑掉头，失去方向控制能力，车轮滑转等现象，严重威胁汽车，乘客及行人的安全。
车辆防抱死制动系统(ABS )是一种在紧急制动情况下使汽车制动距离尽可能缩短，同时保持汽车方向稳定性和转向操纵能力的装置;正因为ABS 系统能够极大的改善汽车的制动效能，现在汽车上都基本配备了ABS系统，ABS 系统已经成为汽车制动系统的关键部件。
2.汽车ABS的组成和工作原理ABS 通常由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置ECU 和ABS 警示灯组成。
车轮转速传感器将各个车轮的转速信号输入给ECU，ECU 根据各车轮转速传感器的输入信号对各个车轮的运动状态进行分析判断，并产生相应的控制指令，发送给制动压力调节器，由制动压力调节系统对制动管路油压高速地进行“增压-保压-减压”的循环调节过程，将各车轮滑移率范围控制在最佳范围内，从而缩短制动距离，提高车轮制动时的方向稳定性。
3.ABS 的动力学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、滑移率模型和控制系统模型5 部分组成。
3.1 车辆动力学模型由于汽车动力学模型建立是个复杂的过程，以经典的单轮车辆模型为例，并假设：车轮载荷为常数；忽略迎风阻力和车轮滚动阻力。
建立单轮模型如图2-1。
本文采用单轮模型建立汽车动力学模型。
图3-1 车辆受力分析图由此可得车辆动力学方程：车辆运动方程：F Ma -= （1） 车轮运动方程：b T FR I -=α （2） 车辆纵向摩擦力：N F μ= （3）式中，M 为1/4 车辆的质量，单位是kg ；v 为车辆行驶速度，单位是m/s ；F 为纵向摩擦力，单位是N ；I 为车轮的转动惯量，单位是2/m kg ；ω为车轮角速度，单位是rad/s ；R 为车轮行驶半径，单位是m ；b T 为制动器制动力矩，单位是N ·m ；μ为纵向附着系数；N 为地面支持力，单位是N 。
根据式（1）、（2）、（3）建立相应的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2-2所示。
图3-2 汽车动力学模型建立3.2轮胎模型建立根据滑移率的定义公式%100)1(⨯-=vRS ωS=0时，车轮处于纯滚动状态;0<S<100%时车辆处于边滚动边滑状态;S= 100%时，车轮处于抱死状态。
ECU 通过计算判断车轮的状态后，向制动压力调节 器发出控制指令进行控制，压力调节器通过调节轮缸压力控制地面制动力的大小，使车轮不会处于5=100%的抱死状态，由图2-3可以看出，保持S 在20%左右的峰值附近，以得到汽车的最佳制动效果。
图 3-3 路面滑移率S 与附着系数u 的关系汇总图对于纵向附着系数，与滑移率的关系一般为非线性的，采用双线性模型来简化 轮胎模型，如下式:)17.0(11)17.0(>----•-=≤•=S S S S S S S cgh ccg h hhμμμμμμμ式中：μ是附着系数；h μ是峰值附着系数；g μ是滑移率为100%时的附着系数；c S 是最佳滑移率。
以下为根据一些实验数据得出的一些有代表性的特殊路面的双折线模型参数。
以下表格为以干沥青路面代表高附着系数路面，以潮湿泥土路面代表的中附着系数路面，还有以结冰路面代表的低附着系数路面的实验数据参数。
路面 c Sh μg Sg μ干沥青 0.17 0.9599 1 0.75 潮湿泥土 0.36 0.4565 1 0.45 疏松积雪 0.2 0.15 1 0.27 结冰 0.100.102810.07下面是干沥青路面滑移率S 与附着系数u 的关系:)2.0(13.083.0)2.0(2.3>•-=≤•=S S S S μμ根据滑移率公式和附着系数与滑移率关系公式，得出轮胎的附着系数收车轮轮速影响，当轮速发生变化时附着系数发生相应改变，因此车轮的附着系数为一可变因素，附着系数因素要通过轮胎子模块反馈到单轮车辆系统模型中。
根据滑移率公式和附着系数公式，搭建的轮胎子模块如下图3-4所示。
图3-4 轮胎模块3.3 制动系统模型制动系统包括传动机构和制动器两部分。
传动机构主要指液压传动系统，其建模主要是考虑制动力调节器的制动压力随电磁阀电流变化的关系。
为简化系统， 忽略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和一个积分环节。
传递函数表示为： )101.0(100)(+•=s s s G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。
为了方便研究控制算法，在进行仿真时假设制动器为理想元件，忽略滞后性带来的影响。
因此，制动器方程为：p k T p b •=式中，b T 为制动器制动力矩，单位是m N •；p K 为制动器制动系数，单位是N ·m/kPa ；P 为制动器气液压力，单位是kPa 。
由式建立制动系统仿真模型，如图3-5所示。
图3-5 汽车制动系统模型3.4 滑移率计算模型汽车制动， 如果车轮线速度R ω低于汽车行驶速度ν，轮胎和路面之间将产生滑移，滑移的程度常用滑移率表示，计算公式为：%100)(⨯-=υωνλR由式建立滑移率的仿真模型，如图2-6所示。
图3-6 滑移率模型3.5 PID 控制器模块采用经典的PID 控制器， 其仿真模型如图2-7所示。
图3-7 PID 控制模型图4.汽车ABS 系统仿真及结果分析 4.1 汽车ABS 系统仿真在Matlab/Simulink 环境下，对所设计的PID 控制器在有ABS 系统和没有ABS 系统的情况下分别仿真，以得出结论。
仿真参数如表1 所示。
1/4汽车的质量M 车轮半径R 车轮转动惯量I 388kg 0.289m0.872m kg •. 初始速度v 重力加速度g 最佳滑移率λ 25m/s9.82/s m0.2带有PID 控制器的系统仿真模型如图4-1所示。
图4-1 汽车ABS仿真模型3.2 仿真结果分析当C=0的时候，此系统为无ABS 系统；当C=1的时候，此系统为ABS系统。
分别对C=0 和C=1 时进行仿真，有ABS 系统时和无ABS 系统时的车速和轮速对比曲线、滑移率对比曲线、制动距离对比曲线分别如图3-2到图3-7所示。
图3-2 无ABS系统时候的滑移率图3-3 无ABS系统时候的制动距离图3-4 无ABS系统时候的车速轮速图图3-5 有ABS的滑移率图3-6 有ABS系统的制动距离图3-7无ABS系统时候的车速轮速图从仿真结果可以看出：在整个制动过程中，ABS控制器能够很好地发挥防抱死的作用，并且使滑移率维持在最佳（0.2 左右），保证轮胎能够获得最大的地面制动力，及最短的制动距离。
与未装ABS 的车辆相比，制动距离缩短了7m，而且有ABS 的车辆并没有发生抱死现象。
结论采用Matlab/Simulink 对汽车防抱死制动系统单轮进行建模与仿真分析，仿真结果表明汽车ABS 系统具有良好的方向稳定性和制动效果。
参考文献[1]曹华.汽车ABS仿真检测平台的研究【D】.广州:广东工业大学机电工程学院硕士论文，2006: 51-55[2]鲍祥英.汽车ABS的模糊预测控制策略研究【D】.武汉:武汉理工大学机电工程学院硕士论文，2004[3]朱占胜.汽车ABS性能仿真检测系统的研发【D】.广州:广东工业大学工学硕士学位论文，2003: 64恐惧过苦。