基于Matlab-Simulink的汽车防抱制动系统仿真
基于Matlab／Simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ａ ｈ ｍ ａ ｉａ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ ｉｓ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｍ ｅ ｈ ｄ ｔ ｔ ｄ ｅ ｉｌ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓｒ ｃ ： ｔ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｓ ａ ｆｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｓ ｕ ｙ ａ ｖ ｈ ｃｅ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ． ｎ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｔ ｌｃ ｒｋ ｎ ｙ ｔｍ ； ｏ ｅｉｇ； ａｌｂ；ｉ ｕａ ｉｎ ｙｗｏｄ ： ｎ ｉ ｏ ｋ ｂ ａ ｉｇ ｓ ｓｅ Ｍ ｄ ｌ — ｎ Ｍ ｔａ ｓｍ ｌｔ ｏ
汽 车 防 抱 死 制 动 系 统 （ ｔ Ｌ ｃ ｒｋ ｙ — Ａｎ ｉ ｏｋ Ｂ ａ ｅＳ ｓ — ｔｍ， Ｓ 是 汽 车 的一 种 主动 安 全 装 置 ， 于 汽 车 ｅ ＡＢ ） 用
Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｕ ｉｇｓｄ ｎ ａ ｄｔ ｅｅ ｔｂｉ ｍｅ ｔ ｆ ｔｅ ｔ ａ ｍｏ ｅ ｏ Ｓ ｕｉｇＭａｌｂ／Ｓｍｕｉｋ ｈｓ ａ ｅ， ｓ ｅ ａ ｎ ｈ ｓａ ｌ ｈ ｎ ｍａｈ ｍａｉ ｌ ｄ ｌ ｆ ｎ ｓ ｏ ａ ｃ ＡＢ ｓ ｔ ｎ ａ ｉ ｌ ｎ
过程 ， 很难 建立 精确 的数 学模 型 ； 随着计 算机 技术 和 软件 技术 的迅猛 发 展 ， 真 技 术 已 成 为 国 内外 研 究 仿
的热 点 ， 且在 汽 车研 发 中获 得 了广 泛 应用 。本 文 并
１ ＡＢ Ｓ数 学模 型
１ １ 整车 模型 ． 目前常 用 的整 车模 型有 四轮模 型 、 双轮 模 型 和 单 轮模 型 。 四轮 模 型 主要 描 述 复 杂 的动 力 学 性 能 ， 如 横 向动力 学控制 模 拟 等 ； 轮 模 型 主要 描 述 车辆 双 的直线 驱动 ， 如考 虑车 辆加 、 减速 对车辆 动力 学模拟
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
基于Matlab/Simulink 的汽车ABS 建模与仿真摘要：本文阐述了ABS(防抱死制动系统)的基本结构、原理和控制特点。
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 系统原理建立了ABS 单车轮的仿真模型，并得出仿真曲线，验证汽车ABS 具有良好的制动性能和方向操纵性。
Modeling and Simulation of the Anti-Lock BrakingSystem based on MATLAB/SimulinkAbstract ：The article illustrates basic operations and control features of ABS system. Control the ABS Slip Ratio with Simulink, creates a single wheel ABS model according to the ABS principle. It produces Simulation curves ，which verifies that the Auto ABS has good braking performance and direction of the manipulation. 引言在遭遇紧急情况下，大多数驾驶员都会将制动踏板立即踩死。
在汽车制动时，如果车轮抱死滑移，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）抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力；如果只是后轮抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。
这些都极易造成严重的交通事故。
为了避免因车辆滑移而带来的交通事故，有必要研究一种以滑移率为对象进行控制的防抱死制动系统（ABS ）。
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；随着计算机技术和软件技术的迅猛发展，仿真技术已成为国内外研究的热点，并且在汽车研发中获得了广泛应用。
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MATLAB的汽车ABS制动系统仿真研究
Internal Combustion Engine & Parts基于MATLAB的汽车ABS制动系统仿真研究周宁®;周辉于(①安徽三联学院机械工程学院，合肥230601;②洛阳理工学院，洛阳471023)摘要：汽车防抱死制动系统是现代汽车的关健部件，本文在基于Matlab软件中Simulink的基础上，以比亚迪F6的具体数据进 行PID控制的A B S防抱死制动系统的建模，并针对高低不同附着系数的路面条件进行仿真性能的研究。
关键词院Matlab;防抱死系统;仿真研究0引言汽车防抱死制动系统是现代汽车普遍采用的一种主 动安全装置，A B S装置的使用能够大大降低汽车在紧急制 动时的事故率，提高驾乘人员的乘坐安全性。
汽车A B S系统一般由车轮速度传感器、制动压力调节装置、电子控制 单元A B S EC：U等几部分组成，通过A B S E C U中的程序控 制，能够有效地提高车辆在紧急制动时的安全性。
M atlab软件具有大量的工具包，功能强大。
Simulink 是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，体现了 Matlab 软件的扩展与特色。
由于M atlab语言环境中Sim u link软 件具有用户界面友好，操作方便等优点，所以它成为了目 前工程界常用的仿真工具。
1基本原理目前，A B S系统在汽车上得到了广泛的使用，此系统 是在普通制动系统的基础上增加了轮速传感器、压力调节 器和电子控制单元E C U等装置，A B S系统的控制目标是 将车轮滑移率控制在20%附近。
其工作原理主要依靠车速 传感器收集的车速信号对车轮是否已经抱死进行判断，及基金项目：安徽三联学院校级一般自然科学科研项目《基于 M atlab的汽车A B S制动系统仿真研究》（编号：KJYB2017005 )。
作者简介：周宁（1988-)女，河北衡水人，硕士研究生，助教，现工 作单位安徽三联学院机械工程学院，研究方向为车辆安全技术。
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。
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_Simulink的ABS仿真
基于MATLAB/Simulink的ABS仿真研究摘要：为了研究ABS的制动过程，本文在分析汽车制动防抱死系统(ABS)工作原理的基础上，在MATLAB/Simulink环境下构建ABS动力学模型进行仿真实验，研究ABS对整车性能的影响，并绘制相关参数仿真曲线进行分析研究。
结果表明，ABS装置对车辆制动性能有较大影响。
关键词：仿真；ABS；MATLAB/Simulink；车辆动力学模型Simulation Study of the Anti-Lock Braking Systembased on MATLAB/SimulinkAbstract: In order to study the ABS braking process, this paper analyzed the working principle of ABS, built ABS vehicle dynamic model with MATLAB/Simulink methods to make simulation experiment, researched the influence of vehicle performance caused by ABS and researched the relevant parameters stimulation curve. The result shows that the ABS has a great impact on vehicle braking performance. Key words: stimulation；ABS；MATLAB/Simulink；vehicle dynamic model0.引言ABS(Anti-lock Braking System)，即车辆防抱死制动系统，是一种主动安全装置，它能够缩短汽车制动距离，增加汽车制动时的方向稳定性，减少汽车制动过程中的侧滑现象，提高汽车制动时的安全性能，减少交通事故的发生，已成为当今车辆的必备装置。
基于Matlab_Simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究_付百学
( 1. Dept. o f Automo bile Eng ineering , H eilongjiang Inst itute o f T echnolog y, H ar bin 150050, China; 2. Colleg e o f Elect romechanic
Abstract: Mat hem at ical modeling and it s simulat io n is an ef f ective met ho d t o st udy a vehicle perf orm ance. T his paper, using sedan and t he establishment o f a m at hemat ical model of ABS using M at lab / Sim ulink sof t w ar e, f rom t he angular accel erat ion and w heel slip rat io t arget s f or t he contr ol st udies t he ABS by sim ulat io n. T he simulation results show s that t he ABS mathemat ical model is reliable and has bett er co nt ro l fo r braking ef f ect. Key words: anti lock braking sy st em ; M odeling; M atlab; sim ulat ion 汽车防抱 死制动系 统 ( Anti L ock Br ake Sy s t em, ABS) 是汽车的一 种主动安全装 置, 用于汽 车 制动时防止车轮抱死拖滑, 以提高汽车制动过程中 的方向稳定性、 转向控制能力和缩短制动距离 , 充分 发挥汽车的制动效能。 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; 随着计算机技术和 软件技术的迅猛发展, 仿真技术已成为国内外研究 的热点, 并且在汽车研发中获得了广泛应用。本文 以轿车为研究对象, 建立了 ABS 数学模型 , 包括整 车模型、 轮胎模型、 制动器模型、 液压系统模型和控 制器模型 , 采用 M at lab/ Simulink 仿真软件对 ABS
基于MATLAB的汽车防抱死制动系统仿真研究
装载 数据
电磁阀信号 车轮角速度
ＡＢＳ
制动踏板 转向角
油门踏板
电磁阀信号 制动踏板 转向角 油门踏板
车轮角速度 车轮速度
电磁阀信号 １ 车辆横向速度
方向盘转角
驾驶员模型
车辆模型
图 ２ 车辆动力学模型系统
２．１ 驾驶员模块 在这一模块中包括了一个开环的输入系统， 即
驾驶员的工作输出， 它包括转向输出、制动输出和油 门输出， 这三种输出实际上就是驾驶员对方向盘、制 动踏板和油门踏板的操作动作， 如图 ３ 所示。
１ 车轮角速度
Ｃｏｎｖｅｒｔ 转换函数
ａｐ ｄｉｏ
ＳＲ
ｓｔ
Ｌｏｇｉｃ１
ａｐ ｄｉｏ
ＳＲ
ｓｔ
Ｌｏｇｉｃ２
Ｓｃｏｐｅ１
１ 电磁阀信号
ａｐ ｄｉｏ
ＳＲ
ｓｔ
Ｌｏｇｉｃ３
ａｐ ｄｉｏ
ＳＲ
ｓｔ
Ｌｏｇｉｃ４
图 ５ 用 Ｓ ｉｍｕｌｉｎｋ 构造的防抱制动控制器模型
３ 防抱制动控制逻辑 Ｓ ｔａ ｔｅ ｆｌｏｗ 模型的构建 与调试
图 ４ 车辆模型
Ｓｃｏｐｅ １
车轮角速度
Ｓｃｏｐｅ２ ２
车轮速度
３ 电磁阀信号 １
４ 车辆横向速度
５ 方向盘转角
Ｓｃｏｐｅ１
Ｓｃｏｐｅ４
２．３ 控制器模块
控制器模块主要是 ＡＢＳ 控制器。防抱控制逻辑
即包含在控制器模块中， 并主要是用逻辑条件来实
现的。在计算机软件编程中即是用 ｉｆ……ｔｈｅｎ 等逻
辑语法结构来描述的； 由于制动条件、路况的复杂
性， 导致了控制逻辑的复杂性， 当控制逻辑非常复杂
时， 这种描述也变得十分复杂。在我们的系统中可以
基于simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究
基于simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究李少廷;徐家川【摘要】在 simulink环境下对汽车防抱死制动系统进行数学建模，采用基于车轮加、减速度门限值及参考滑移率的控制策略，控制器以车轮的角加、减速度和滑移率的大小为输入，根据输入值的大小控制器输出相应的信号给制动模型，进而对轮速和滑移率进行调节，使其在理想范围内。
对汽车ABS模型进行仿真研究，通过得出的仿真曲线，验证了 ABS 制动系统拥有良好的制动性和操纵性。
%Mathematical modeling to the automotive anti-look braking system was built based on simulink.It adopted the wheel add,substract speed threshold method and referenced slip ratio control strategy.The size of the wheel angular velocity and slip ratio study were input into the controler,the corresponding signal was output to the model of the brake based on the size of the input value to adj ust the wheel speed and slip ratio.Simulation was carried out on the automobile ABS model and simulation curve was obtained.The results confirmed that the ABS braking sys-tem has good brake and maneuverability.【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(030)005【总页数】5页(P44-48)【关键词】防抱死制动系统;门限值;仿真【作者】李少廷;徐家川【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049;山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049【正文语种】中文【中图分类】U463.51汽车防抱死制动系统简称ABS,是一种主动安全控制装置.随着汽车车速不断提高，汽车的安全性能越来越受重视[1],作为汽车安全性能的重要组成部分,汽车制动性能的好坏直接关系到驾驶员和乘客的人身安全,因而提高汽车的制动效能一直是汽车研究的重要课题.汽车在制动时,如果汽车的前轮先抱死,驾驶员就无法控制车轮的行驶方向，容易出现撞车的危险.倘若汽车的后轮先抱死,则会出现侧滑、甩尾,甚至出现汽车“掉头”的严重事故[2].ABS能够防止前后车轮制动时被完全抱死,从而提高了汽车在制动过程中的稳定性和操纵性,缩短制动距离,防止轮胎过度磨损.本文在现有基础上对ABS逻辑门限值的控制策略进一步研究,通过matlab/simulink对汽车ABS进行建模仿真,以期设计出制动效果较好的ABS制动控制系统.汽车防抱死系统一般由车轮速度传感器、电子控制单元和液压控制单元(液压调节器)组成[3].图1为典型的防抱死制动系统的组成示意图.汽车ABS的控制目的就是让汽车获得最大地面制动力,同时还要保证汽车拥有良好的方向稳定性以及避免发生侧滑现象[2-4],这一控制目标通过不断调节制动压力实现.本文采用目前比较成熟的汽车ABS控制系统，基于车轮加、减速度门限值和参考滑移率的控制策略,通过控制车轮的减速度和滑移率达到最佳的方向稳定性和制动效能,保证最短的制动距离.汽车防抱死制动系统的数学模型主要包括：车辆动力学模型、轮胎模型、制动模型和控制模型.制动系统模型主要研究车轮与地面之间的关系,在研究中侧重于ABS的应用效果,因此可忽略载荷转移、空气阻力、轮胎滚动阻力和悬架系统、转向系统,采用简化的单轮模型代表车辆来研究其制动过程[5].轮胎的受力分析图如图2所示.本文以单轮车辆模型为研究对象,对系统直接运用牛顿定律，可得到单轮的车辆纵向运动方程轮胎模型是车辆行驶过程中轮胎附着力和其他各种参数之间的函数关系式,通常用路面附着系数与各种参数之间的函数关系式[4,6-7]表示,附着系数和滑移率之间存在非线性关系,这种非线性关系可以采用如下“魔术公式”来拟合：本文采用逻辑门限的控制方法,在simulink中,stateflow是有限状态机的图形现实工具,可以解决复杂的监控逻辑问题.用户可以用图形化的工具来实现各个状态之间的转换,可以在simulink中直接嵌入stateflow,达到两者的无缝对接.在stateflow 中,状态和状态转换是最基本元素,有限状态机的示意图如图4所示.由于本文采用了基于车轮加、减速度的门限值和参考滑移率的控制策略,因此在采用逻辑门限控制方法的ABS系统控制策略中,预选条件为判断车轮是否有抱死倾向的标准，而复选条件为判断车轮抱死是否有避免的倾向.当满足预选条件时,车轮有抱死倾向,应降低制动压力,以增加车轮转速.当满足复选条件时,车轮避免了抱死倾向,制动压力应再次升高.所以不同的预选条件和复选条件组合会产生不同的控制逻辑,由此可以看出,门限值的选选择图3中的中附路面进行防抱死制动系统仿真,制动初速度v=30m/s,车轮的转动惯量Iw=2.3kg·m2,车轮半径R=0.33m,1/4车身质量300kg,A=0.4,B=1.2,C=7,D=5,防抱死制动系统仿真图如图6所示.基于simulink的ABS制动控制仿真模型的制动过程就是将车轮的角加速度和滑移率作为参考对象输入到控制系统,控制系统根据stateflow模块绘制的状态和迁移条件输出控制信号到制动器,从而调节车轮的制动压力,使其角加速度和滑移率在控制范围内.仿真结果如图7～图11所示.由图7可知,装有ABS的车辆在制动过程中车轮始终没有抱死,一直保持一定的速度，能够保证汽车在制动过程中有较好的操纵性和稳定性.由图8可知,在装有ABS的车辆制动过程中,车轮的角加速度达到控制器的控制阀值时,控制系统发出指令,通过液压控制单元(电磁阀)的开启和关闭,控制制动压力,从而把车轮的角加速度控制在-62～62m/s2.由图9我们可以清楚地看到，在制动过程中,装有ABS制动系统的汽车比没有ABS 的汽车制动距离小,其中装有ABS的制动距离为180m左右,制动时间为12s,没有安装ABS的制动距离为220m左右,制动时间为14s.由图10可知,无ABS的车辆随着制动踏板踏到底,车轮的滑移率会迅速变为100%,而有ABS的车辆在制动的前8s,滑移率一直控制在0.2～0.4,根据图3中的曲线可以看出，车轮滑移率在0.2～0.4时可以获得最大的附着系数.由图11可知,无ABS的车辆在制动踏板踩到底后,车轮轮速迅速变为0,即车轮抱死,车轮抱死会严重影响车辆行驶的安全性,而装有ABS的车辆在制动时车轮不会抱死,保证了车辆的制动稳定性,增强了车辆的行驶安全性.由仿真结果可以看出,采用基于车轮角加速度门限和参考滑移率的控制策略的ABS制动控制系统,在制动过程中,汽车车轮没有出现抱死现象,表。
汽车防抱制动系统建模与仿真
式中，M 为车轮的承载质量，即四分之一车辆 质量，单位 kg； ν——车身速度，单位 m/s； F——车轮纵向摩擦力， 即地面制动力， 单位 N； 2 I——车轮转动惯量，单位 Kg· m； ω——车轮角速度，单位 rad/s； R——车轮滚动半径，单位 m； Tb——制动器摩擦力矩，单位 N· m； μ——纵向附着系数； N——车轮对地面的垂直反作用力，单位 N； 本文选用的参考车型为某 1.8 L 排量的中级乘 用车，其输入参数如表 1 所示。 由表 1 可求得四分之一车辆质量为 380 kg；车 轮滚动半径取自由半径 0.345 m；制动初始速度去 100 km/h，即 27.78 m/s。
阶段，绝大部分工作通过计算机仿真完成，缩短了 开发时间，节约了成本。这种新的 ABS 开发技术 消除了传统开发的许多缺点，有可能成为 ABS 开 发 的主 流趋势 。本 文采用 计算 机仿真 软件 进行 ABS 仿真研究，符合 ABS 开发研究潮流。
1 汽车防抱制动系统工作原理
汽车在制动时，踩下制动踏板，靠轮胎与路面 间的附着摩擦产生制动作用，在附着条件允许的情 况下，希望地面制动力尽可能的大，从而获得尽可 能大的汽车减速度使汽车得到制动。汽车制动时， 车轮的切向速度将低于汽车行驶速度，轮胎和路面 之间将产生滑移。大量试验和理论研究表明，汽车 的滑移程度与方向稳定性、平稳性以及制动距离有 密切关系。这是因为滑移率与汽车和地面间的纵向 附着系数和侧向附着系数关系为非线性关系的。在 干燥硬实路面条件下，附着系数与滑移率的关系如
1 Td s ) E(s ) (14) Ti s
式中， U(s)、 E(s)是系统控制量 u 和偏差 e 的拉 氏变换， Kp 是比例系数， Ti 是积分系数,Td 是微分系 数。 本文所设计的 PID 控制器是以期望滑移率 S0 与实际滑移率 S 之差为输入：
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真研究
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真研究【摘要】本文采用Simulink建模，对ABS模型中的连续系统和离散系统进行仿真，以此来初步确定ABS的参数，并通过仿真结果验证和分析控制逻辑。
仿真模型有效模拟了汽车ABS作用过程，真实地反映汽车ABS系统的实际工作情况，表明ABS在缩短汽车距离上的显著功能。
【关键词】ABS；仿真模型；Simulink随着汽车保有量的不断增长，道路交通事故己成为世界性的社会问题。
众所周知，很多交通事故都是由于车辆制动性能不良所引起的，所以对车辆制动工况的制动性能和稳定性能进行分析和研究很有必要。
制动过程是很复杂的汽车动力学问题，所以在实际路测中会受到很多因素的影响，即使在完全相同条件下测得的结果也可能有较大差异，所以可利用利用计算机进行仿真研究，能够获得更加接近实际的结果，可以对汽车制动工况的各项性能做出宏观上的正确评价。
在现代电子技术的迅速发展的今天，作为汽车主动安全技术的重要体现，车辆制动防抱死系统（ABS），已经普遍安装在各种轿车和载重车上。
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。
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，该仿真系统可以比较真实反映出汽车ABS系统的工作过程，显著地缩小了制动距离，提高了安全性。
通过对ABS建立理论模型，并且进行计算机仿真，可初步来确定ABS的参数，还可以通过仿真结果验证和分析控制逻辑。
所以对ABS的仿真分析既减少开发成本，也有效地缩短了开发周期，同时实际ABS性能分析及控制逻辑的模型也可通过少量的试验来验证。
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由3部分组成：传感器、电控单元( ECU) 和执行器(压力调节器)，三部分通过线路连接成一个有机体，形成一个自动控制系统。
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：
基于MATLAB的制动防抱死系统的建模与仿真
Ｃ Ｌ Ｃ ＮＯ． ： Ｕ４ ６ ３ ． ５ 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 ５ ） 速 ，与此 同时，车轮速度减 少的更多 。
汽 车 实 用 技 术
测 试 试 验
ＡＵ ＴＯ ＭＯ ＢＩ ＬＥ Ａ Ｐ Ｐ【 ＿ Ｉ Ｅ Ｄ ＴＥ Ｃ ＨＮ ０Ｌ Ｏ Ｇｙ
２ ０ ｌ ５ 年 第４ 期
２０ｌ ５ Ｎ ０． ４
基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ的制动防抱死 系统 的建模 与仿真
任 肖 ， 齐超 飞
（ 长安大学 汽车学 院，陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
引 言
从近代典型 的汽 车事 故数据分析 ，在紧急状况发 生时，
如 果 汽 车 高 速 行 驶 到 静 止 过 程 中 处 于 失 控 状 态 ，会 造 成 更 加
于是就会产 生车身速度 与车轮速 度之差 ，称之为滑移现象 ， 表征滑移量 的参数 定义 为滑 移率：
滑移 率 （ 入） ＝兰 × 。 。 ％
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ’ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｎ ＭＡ ＴＬ ＡＢ， Ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｌ ｏ ｃ ｋ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｌ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ Ｃ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ｏ ｆ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｂ ｙ ｈｅ ｔ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ａｎ ｄ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｎｃ ａ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ８ ０ ｋ ｒ ｎ ／ ｈ ， ６ ０ ｋ ｒ ｎ ／ ｈ ， ３ ０ ｋ ｍ／ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｉｎ ｋ ｄ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｚ ＝ ０ ． ７ ， ｚ ＝ ０ ． ５ ， ｚ ＝０ ． １ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ￣ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｂ ｒ ｋｉ ａ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｈ ｅ￣ ｔ ＇ ｏ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｌ ＂ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ， ｎｄ ａ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
2-基于Matlab_Simulink的半挂汽车列车防抱死制动系统仿真研究
半挂汽车列车制动时各轴受力情况如图 3 所示。 第 i 轴车轮运动方程 I1 ω i = P τi R － T bi 第 i 轴车轮纵向摩擦力 P τi = μ i Z i （ 4） （ 5）
M i 为第 i 轴载荷， kg； v 为汽车行驶速度， m / s； 式中， I i 为第 i 轴车轮转动惯量， kg · m2 ； ω i 第 i 轴车轮角
1
1． 1
动态模型的建立
整车模型 汽车运动是借固结于运动着汽车上的动坐标
［1 ］
— —车辆坐标系来描述的 系—
， 如图 1 所示， 固结于
汽车上的 oxyz 直角动坐标系就是车辆坐标系。 oxyz 处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上 x 轴平行于地面指向前方， z 轴通 处于静止状态下， y 轴指向驾驶员左侧， 过质心垂直指向上方， 坐标原 点 o 常可令其与质心重合。与操纵稳定性有关的主 — —横 要运动参量为 ： 车厢角速度在 z 轴上的分量 —
图 3 各轴车轮受力图 Fig． 3 Stress Analysis of Each Wheel
对牵引车有 Z 1 = G 1 （ 1 － ξ1 ） + y ψ1 + x η1 － x η1 － 对半挂车 Z 3 = G 2 ξ2 －
图 2 半挂汽车列车制动时的受力分析图 Fig． 2 Stress Analysis while Semitrailer Train Braking
Abstract： The paper establishes a semi-trailer model and simulation for ABS application including body model， tire
基于MatlabSimulink的整车ABS控制算法仿真研究
基于Matlab/Simulink的整车ABS控制算法仿真研究作者：李涛陈光耀张志猛来源：《粘接》2020年第06期摘要：汽车防抱死系统是保障汽车安全行驶的重要部件，如何做好该部件的设计工作一直以来都是相关单位十分重要的研究课题之一。
因此，本次研究基于Matlab与Simulink对整车防抱死系统进行了仿真分析，并提出相关的控制算法，旨在优化防抱死系统的动力学性能，为该部件的优化设计提供理论基础。
关键词：防抱死系统;Matlab;Simulink;控制算法;仿真分析中图分类号：U461.91：TP391.9文献标识码：A文章编号：1001-5922（2020）06-0082-04ABS系统的全称为antilock brake system，翻译成中文为“制动防抱死系统”，本次简称为防抱死系统。
汽车在行驶过程中往往需要进行大量不同程度的刹车操作，而在汽车行驶速度过快或路面光滑的情况下，由刹车操作所造成的车闸抱死将会严重威胁国内人员和路人的生命健康安全[1]。
在没有发生交通安全事故的情况下，防抱死系统的不合理设计也会影响到相关部件与轮胎的使用寿命[2]。
因此需要通过针对防抱死系统的合理化设计来提高整车运行的安全性和稳定性。
1 汽车车辆模型建模1.1 车辆整车模型汽车模型属于典型的四轮车辆模型，该模型的设计涉及车辆运动的四车轮转动、车轮转角、横摆运动与纵向运动，建立车辆整车模型的目的在于模型车辆操纵、制动等状况下的力学特征[3]。
图1为四轮车辆模型结构。
在该模型中，将整车质量看作为簧上、簧下质量之和，不考虑风阻、轮胎滚动阻力以及车辆侧倾的影响，只考虑横向、纵向以及绕车辆惯性轴的转动，可建立如下模型：1.2 车辆车轮运动模型车轮转动方程由驱动力矩方程、地面与车轮间的摩擦力矩方程、制动器制动力矩方程所组成，本次研究针对后两轮驱动型车进行分析，所得到的方向如下所示：1.3 车轮轮胎模型轮胎所受的力是车辆行驶的动力，所涉及的力包括翻转力矩、回正力矩、侧倾力、侧偏力、纵向制动力以及驱动力等。
基于MATLAB的汽车制动过程仿真
基于MATLAB的汽车制动过程仿真摘要：在参考国内外大量文献的基础上，文章建立了ABS制动防抱死系统的单轮模型，对现代ABS防抱死制动系统的不起作用过程和起作用过程进行了仿真分析，并运用MATLAB语言编制了汽车制动过程的仿真软件，结合具体数据对汽车制动过程进行了仿真。
仿真结果表明，文章建立的汽车制动系模型是可靠的、准确的，可为汽车制动系的设计提供理论参考。
关键词：制动系统；防抱死制动系统；仿真近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，车辆制动系统的重要性表现得越来越明显，众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血；另一方面，随着科技的不断发展，计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各种设计领域，汽车设计也不例外。
在汽车设计中使用动力学仿真可以在设计阶段预测产品性能，改善产品的结构，同时也能够评价已有产品的质量、性能等，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。
目前，在国际上对汽车的开发设计和性能预测的要求越来越精确，要求新产品（新车型）的开发周期越来越短。
那么，传统的开发设计方法已不适应这些要求，而仿真软件设计正是解决这些问题的。
1 ABS防抱死制动系统建模1.1 单轮模型2 ABS防抱死系统仿真2.1 ABS不起作用的制动过程在分析ABS之前，先分析ABS不起作用时的制动过程，根据单轮模型、轮胎模型和制动器模型，汽车的制动控制过程可以细化成如图2所示的流程。
当驾驶员踩下制动踏板，制动器开始起作用，这时制动器模型和轮胎模型分别将制动力矩和地面附着系数传给单轮模型，单轮模型计算出车轮的角速度，并把这个角速度传给滑动率模型，滑动率模型在得到前时刻的汽车车身速度，计算出此时的滑动率，然后将滑动率传给轮胎模型，轮胎模型一方面计算出车身的减速度，为计算下一时刻的车速做准备，另一方面将得出的地面附着系数传给下次仿真的轮胎模型，这样不断的作用，直到车身速度为0，汽车制动完成。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图3所示。
毕业设计基于Simulink的制动防抱死系统
目录引言 (1)1汽车防抱死制动系统（ABS）简介 (3)1.1 制动防抱死系统的基本组成 (3)1.2 制动防抱死系统的工作原理 (4)1.3 制动防抱死系统的工作过程 (5)2 车辆数学模型的建立及仿真 (5)2.1 单轮车辆受力模型 (6)2.2 路面模型 (7)2.3 轮胎模型 (9)2.4 制动器模型 (9)2.5 控制器模型 (9)2.5.1 PID控制 (10)2.5.2 开关控制方式 (11)2.6 1/4整车模型的建立及仿真 (12)2.6.1 无ABS的1/4整车模型 (14)2.6.2 开关控制的ABS的1/4整车模型 (15)2.6.3 PID控制的ABS的1/4整车模型 (16)3仿真结果分析 (17)3.1 车速轮速对比图 (17)3.2 车轮滑移率对比图 (19)3.3 车轮制动距离对比图 (20)3.4 制动力矩对比图 (22)总结 (23)参考文献 (25)致谢 (26)ContentsAbstract (1)1ABS brief introduction (3)1.1 The basic composition of ABS (3)1.2 Works of ABS (4)1.3 ABS work process (5)2 Establish the mathematical model and simulation of the vehicle (5)2.1 Single-wheel vehicles mechanical model (6)2.2 Pavement model (7)2.3 Tire model (9)2.4 Brake model (9)2.5 Controller model (9)2.5.1 PID control (10)2.5.2 Switch Control (11)2.6 1/4 establishment of vehicle models and simulation (12)2.6.1 No ABS 1/4 vehicle model (14)2.6.2 1/4 vehicle model switching control of ABS (15)2.6.3 1/4 vehicle model PID control of ABS (16)3The simulation results analysis (17)3.1 V ehicle wheel speed comparison chart (17)3.2 Wheel slip rate comparison chart (19)3.3 Wheel braking distance comparison chart (20)3.4 Braking torque comparison chart (22)Conclusion (23)References (25)Acknowledgement (26)基于Simulink的制动防抱死系统两自由度系统仿真分析作者：辛慧斌.指导教师：赵冉（山东农业大学讲师）【摘要】本文通过对单轮模型制动过程的受力情况分析，建立了车辆数学模型（四分之一车辆简化模型）；给出了车辆受力模型，路面模型，轮胎模型，制动器和液压系统模型以及控制器模型。
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（ａ）试验曲线
图４雪路面常规制动对比曲线
（ｂ）仿真曲线
（ａ）试验曲线（ｂ）仿真曲线
图５干路面常规制动对比曲线
对比两图的曲线可知，本文所建立的车辆动
力学系统模型模拟的车辆紧急制动工况与实际样
本实验结果有比较好的吻合，对应变量的计算值
和测量值在时域内变化趋势一致且吻合程度较
高。
这表明所建立的车辆动力系统模型满足精度
要求。
可在ＡＢＳ控制逻辑研究工作中应用。
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（ａ）常规制动
４ＡＢＳ性能仿真
在上述模型的基础上。
对本文设计的ＡＢＳ
控制逻辑进行仿真试验，结果如图６和图７所
示。
从仿真结果可以看出ＡＢＳ控制逻辑在低附
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（ｂ）ＡＢＳ制动
图６高附着路面常规制动与ＡＢＳ制动仿真对比
基于Matlab/Simulink的汽车防抱制动系统仿真
作者：边立舰， 刘昭度， 崔海峰， 王任广
作者单位：北京理工大学汽车动力及排放测试国家专业实验室,北京,100081
刊名：
北京汽车
英文刊名：BEIJING AUTOMOTIVE ENGINEERING
年，卷(期)：2006(2)
参考文献(5条)
1.郭孔辉汽车电子技术 2003
2.郭孔辉;刘溧;丁海涛;李玉璇汽车防抱制动系统的液压特性 1999(04)
3.司利增汽车防滑控制系统-ABS与ASR 1999
4.G Gim Vehicle Dynamic Simulation with a Comprehensiv Model for Pneumatic 1988
5.薛定宇;陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 1999
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引用本文格式：边立舰.刘昭度.崔海峰.王任广基于Matlab/Simulink的汽车防抱制动系统仿真[期刊论文]-北京汽车 2006(2)。