汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 編號 題目： 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法 仿真研究 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 0923084 學生姓名： 蔣 耀 指導教師： 陳炎冬 （職稱： 講師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 全套 資料 ， 扣扣 414951605 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 汽車防抱死制動系 統(tǒng)的控制方法仿真研究 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 92 學 號： 0923084 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 I 無錫 太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車行駛速度的提高，汽車行駛安全性能越來越受到人們的重視，而汽車的緊急剎車往往造成汽車的側(cè)翻而 對駕駛員造成傷害， ABS 系統(tǒng)就是在這種要求下產(chǎn)生和發(fā)展的，它是提高汽車制動安全性的又一重大進步。但是由于電子元件的故障導致 ABS 故障率也相對較高，使之不能正常的工作，給行車帶來了極大安全隱患。本課題主要研究 ABS 在控制系統(tǒng)作用下進行增壓，保壓，降壓操作從而將滑移率控制在一定范圍內(nèi)，保證車輛在剎車過程中的安全性。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 從實踐中選題，了解 ABS 系統(tǒng)的意義； 學會搭建正確的車輛制動動力學模型； 學習 Matlab/simulink 相關(guān)知識，掌握其操作過程，學會用 simulink進行仿真； II 論文中的理論依據(jù)、所提出的觀點、得出的結(jié)論無原則性錯誤； 能對四分之一車輛模型進行正確的受力分析； 所完成 的論文工作量滿足要求，格式正確、規(guī)范。 四、接受任務學生： 機械 92 班 姓名 蔣 耀 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日III 摘 要 為了能夠準確的了解制動防抱死系統(tǒng)的性能，常常使用計算機仿真技術(shù)來進行研究，本設計采用 Matlab/Simulink 模擬汽車在直線制動的運動狀態(tài)，對 ABS 系統(tǒng)的控制規(guī)律進行計算機仿真。它與常規(guī)的試驗分析相比，具有分析速度快、精度高、周期短、節(jié)省大量的人力物力的優(yōu)點。 ABS 防抱死制動系統(tǒng)模型的建立，是計算機與生產(chǎn)實際相融合的產(chǎn)物。模型的建立，可以代替危險性試驗，提高安全性和經(jīng)濟性，同時可以方便快捷的得 到試驗所得到的結(jié)果，以此完善設計開發(fā)中的產(chǎn)品性能，為 ABS 系統(tǒng)的研制與開發(fā)提供一條有效的方法。 本設計簡單介紹了制動系統(tǒng)的工作原理，通過建立普通制動系統(tǒng)和 ABS 防抱死系統(tǒng)的數(shù)學模型，提出了基于路面附著系數(shù)的 ABS 控制算法，并根據(jù)數(shù)學模型，利用Matlab/Simulink 軟件建立普通制動系統(tǒng)和 ABS 防抱死制動系統(tǒng)的仿真模塊， 分析普通制動系統(tǒng)和裝有防抱死制動系統(tǒng) (ABS)車輛制動過程中各參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律 。通過對比仿真結(jié)果可知 ABS 防抱死制動系統(tǒng)不僅能夠達到防止車輪在制動過程時抱死的目的，還能準確控制車輪的運 動狀態(tài)，因此證明本次設計 對 ABS 制動過程的仿真分析是有效的。 關(guān)鍵詞 ： 制動；防抱死制動系統(tǒng)；仿真； Matlab/Simulink IV Abstract In 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 production. 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 processs simulation analysis is effective. Key words： brake； antilock braking system； simulation； Matlab/Simulink V 目 錄 摘 要 . III ABSTRACT . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 課題研究的意義 . 1 1.2 研究內(nèi)容 . 1 2 防抱死 制動系統(tǒng)概述 . 2 2.1 汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS 的功能 . 2 2.2ABS 制動系統(tǒng)研究的理論狀態(tài) . 2 3 防抱死制動系統(tǒng)基本原理 . 4 3.1 制動時汽車的運動 . 4 3.2 滑移率定義 . 6 3.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 . 7 3.4 制動時車輪的受力分析 . 8 3.5 采用防抱死制動系統(tǒng)的必要性 . 10 3.6 防抱死制動系統(tǒng)基本工作原理 . 11 3.7 ABS 控制技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀 . 12 4 基于 MATLAB 軟件的仿真分析 . 15 4.1 計算機仿真 . 15 4.1.1 計算機仿真的分類 . 15 4.1.2 Matlab 及 Simulink 的簡要介紹 . 15 4.2 制動方程建立 . 18 4.2.1 盤式制動器制動力矩的計算 . 18 4.2.2 車輪模型的動力學方程 . 20 4.3 在 MATLAB 中建立無 ABS 制動的模型 . 24 4.4 在 MATLAB中建立汽車 ABS 制動模型 . 26 4.4.1 開關(guān)控制的 ABS 系統(tǒng)仿真 . 26 4.4.2P I D 控制的 ABS 系統(tǒng)仿真 . 28 4.4.3 門限控制 ABS 的系統(tǒng)仿真 . 30 4.5 MATLAB 仿真的參數(shù)及結(jié)果 . 31 4.5.1 仿真參數(shù) . 31 4.5.2 無 ABS 的仿真結(jié)果 . 32 VI 4.5.3 開關(guān)控制 ABS 的仿真結(jié)果 .34 4.5.4 PID 控制 ABS 的仿真結(jié)果 .36 4.6 不同情況下的組合分析 .38 5 總結(jié) 與展望 .41 總結(jié) .41 展望 .41 致 謝 .42 參考文獻 .43 附錄 .44 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 1 1 緒論 1.1 課題研究的意義 對車輛的制動過程進行 動態(tài) 的分析 研究 ,可以分析 出 車輛的性能 ,幫助 車輛的設計 ,采用實驗的方法雖然可以獲準確的數(shù)據(jù) 。 但成本大 ,周期長 ,盲目性大 。 計算機仿真技術(shù)的發(fā)展為車輛制動過程的研究提供了一個有效手段。通過對車輛制動過程全工況動態(tài)仿真 ,可仿真實際情況中影響車輛制動過程主要因素 ,為進一步優(yōu)化車輛的制動系統(tǒng)、縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期提供有利的工具。 1.2 研究內(nèi)容 對汽車制動 過程進行 受力分析，建立 單輪 車輛制動過程的動力學數(shù)學模型 ，通過對車輛制動過程全工況動態(tài)仿真， 來模擬分析 實際情況中 汽車制動性能與各相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系 ， 分析制動過程的特點 ，得出相關(guān)結(jié)論和對仿真結(jié)果進行處理 ，模擬出配備防抱死制動系統(tǒng)，簡稱 ABS 的汽車動態(tài)制動過程。 比較分析影響制動過程的因數(shù)： 1.有 ABS 與無 ABS 兩種情況下的 比較 2.有 ABS 不同控制方法程比較 根據(jù)以上 二 種情況對汽車 剎車制動 過程進行仿真，比較各種 不同 情況下汽車的制動距離 ，滑移率 ， 車速輪速的關(guān)系 得出結(jié)論。 無錫太湖學院學士學位論文 2 2 防抱死制動系統(tǒng)概述 2.1 汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS 的功能 ABS是根據(jù)不同 的轉(zhuǎn)差率輪胎附著力性能的地面 控制制動力的汽車制動系統(tǒng)。汽車制動的過程中 ,它可以防止車輪制動鎖發(fā)生 ,并充分利用地面附著系數(shù)和增益高的地面制動力 ， 減少汽車制動距離 ， 并能保持汽車制動器在處理。這項技術(shù)在提高車輛安全 ， 減少交通事故損失和提高汽車運行的經(jīng)濟發(fā)揮了積極作用 ， 是一種最重要的安全技術(shù)在汽車行業(yè) 。 ABS 防抱死制動裝置就是為了防止缺陷的發(fā)生而研制的裝置，它有 包括下面 幾點好處： 1.增加制動穩(wěn)定性 2.防止方向失控、側(cè)滑和甩尾 3.提高制動效率，縮短制動距離（松軟的沙石路面除外） 4.減少輪胎磨損，防止爆胎。 現(xiàn)代轎車的 ABS 由輸入傳感器、控制電腦、輸出調(diào)制器及連接線等組成。輸入傳感器通常 包括 四 個車輪的輪速信號、剎車信號，個別車型還有減速度信號、手剎車或車油面信號。 第一個優(yōu)勢是提高 ABS汽 車制動穩(wěn)定性。汽車制動 ,剎車力的四個輪子是不一樣的 ,如果汽車前輪鎖 ,汽車司機將無法控制行駛方向 ,這是非常危險的 ,如果汽車的后輪鎖 ,第一張幻燈片 ,搖擺的尾巴就會出現(xiàn) ,甚至使汽車整個把嚴重的事故。 ABS能防止四個輪子是完全鎖當制動 ,提高汽車的穩(wěn)定性。汽車制造商的研究數(shù)據(jù)表明 ,車輛配備 ABS,會使車輪側(cè)滑事故下降了約 8%。 ABS第二個優(yōu)勢 是 ,可以縮短制動距離。這是由于緊急制動在同等條件下 ,ABS滑 移率會(汽車滑動距離、傳動比 )控制在 20%左右 ,可以獲得結(jié)果的最大縱向制動力。 第三利用 ABS是改善磨損條件的輪胎 ， 以防止井噴。事實上 ， 方向盤鎖會導致小輪胎磨損 ,輪胎胎面損失將不均勻 ， 使輪胎消耗費用的增加 ， 嚴重時將無法繼續(xù)使用。因此 ,配有 ABS具有一定的經(jīng)濟效益和安全 。 此外 ， ABS 使用 方便 ,工作可靠。使用 ABS 和普通制動系統(tǒng)使用幾乎沒有差異 ， 緊急剎車時 ,只有腳踩剎車踏板硬、 ABS 將進入工作狀態(tài)根據(jù)情況 ， 即使雪和濕滑的道路、 ABS將保持制動狀態(tài)最佳。 ABS 通過計算機控制車輪制動力 ， 可以充分發(fā)揮效率的制動和改 善制動減速和縮短制動距離 ， 能有效地提高車輛制動的穩(wěn)定性 ， 防止車輛側(cè)滑和旋轉(zhuǎn) ， 減少交通事故發(fā)生的數(shù)量 ， 因此被認為是最有效的措施 ,提高汽車的安全性。高級汽車的 ABS已經(jīng)和公交已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛使用。 2.2ABS 制動 系統(tǒng)研究的理論狀態(tài) 研究 ABS 在中國 從 80 年代初開始。單位和企業(yè)從事的工作是開發(fā)了很多 ABS,如東風汽車公司、重慶高速公路研究所、大學西安市公路、清華大學、吉林大學、北京理工大學、上海汽車制動器有限公司和山東中國重汽集團等。典型的有以下幾個。清華大學國家重點實驗室等汽車安全與節(jié)能宋健幾個博士生導師、教 授 ,擁有強大的技術(shù)力量 ,他們也有一批先進的儀器和設備的配套 ,如汽車力學參數(shù)綜合試驗臺 ,彈射式?jīng)_擊試驗床和滾動試驗臺 ,模擬和校準試驗臺 ,柯達高速圖像運動分析系統(tǒng)、電液振動臺 ,直流電力測功機和發(fā)動機排放分析儀、工況的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)開發(fā)和仿真、計算機工作站和亞當斯 ,軟件思想 ,非接觸式速度計、噪聲測試系統(tǒng)、轉(zhuǎn)鼓試驗臺、電動汽車電池測試 ,電機試驗臺及其控制系統(tǒng)等。汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 3 實驗室研究 ABS 制造各種各樣的 ,其中 ,ABS 控制量 ,不同的輪速信號抗干擾處理 ,輪速信號響應的研究指出 ,防抱死制動電磁閥動作的研究在國內(nèi)的領(lǐng)先地位 車動態(tài) 模擬國家 重點實驗室的吉林大學為代表的四個院士 ,研究人員致力于汽車操縱穩(wěn)定性、汽車輪胎、汽車操縱動力學模型、汽車輪胎穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性研究 ,在輪胎力學模型中 ,車輛操縱穩(wěn)定性和人 -車閉環(huán)控制仿真運動的結(jié)果已達到世界先進水平 。 中國南方學院技術(shù)學院的交 通為代表的吳教授豪佳女士從事汽車安全與電子技術(shù)和結(jié)構(gòu)設計和計算的研究 ,在一個獨特的特性是 ABS技術(shù) ,建立制動壓力函數(shù) ,通過地面輪制動力和車輛動力學方程來計算平均汽車制動減速 ,車的速度 ,還可以通過計算輪缸等效應力函數(shù)的防抱死制動滑移率時。此外 ,在滑移率之間的 關(guān)系和粘附系數(shù)、車輛技術(shù)條件和試驗方法有獨特的見解。 濟南程軍電子科技 公司為代表的 ABS專家程軍、濟南程軍電子科技公司的 ABS控制算法研究 ,作者理論與實踐的汽車防抱死制動系統(tǒng) (如幾本書，特別是在 ABS控制算法，是國內(nèi) ABS開發(fā)者的一個必要的信息。此外 ,他們都是基于仿真環(huán)境 MAT2LAB防抱死控制邏輯 ,基于 VB開發(fā)環(huán)境對車輛處理的仿真研究 ,仿真車輛動力學控制方面進行了研究。 重慶形狀的產(chǎn)品包 括汽車、摩托車系列 JN111FB空氣制動電子單通道 ,JN144FB空氣制動電子四通道和 JN244FB液壓電子設備 如類型的 ABS及其相關(guān)零部件 30多個品種 ,ABS產(chǎn)品已通過國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測中心和認定的國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家實用新型技術(shù)專利 ,并正式列入國家火炬計劃項目。西安市 BoHua公司主要產(chǎn)品適用于大中型客車及卡車的四通道氣壓 ABS和適用介質(zhì)貨車液壓三通道 ABS及其相關(guān)組件。包括 BH1203 - FB型 ABS和 BH1101 - FB型 ABS通過了科技成果鑒定陜西省科學技術(shù)委員會和機械行業(yè)新產(chǎn)品鑒定的陜西省 ,認為該技術(shù)已達到國內(nèi)領(lǐng)先水平 。 山東重汽集團引進國際先進技術(shù)進行的研究也已取得了一些進展。 重慶公路 研究所研制的適用于中型汽車的氣制動 FKX - ACI 型 ABS 裝置已通過國家級技術(shù)鑒定 ,但各種制動情況的適應性還有待提高。 清華大學開發(fā)的適 用于介質(zhì)客車空氣制動 ABS由于資源價格和性能優(yōu)勢 ,應用陶瓷材料將迅速擴大 ,應用金剛石、立方氮化硼超硬材料將進一步擴大 ,新的刀具材料的交貨時間會越來越短 ,品種新品牌的推出將越來越快。人們希望兩高速鋼 ,硬質(zhì)合金強度和韌性 ,硬度和耐磨性的超硬材料的新的刀具材料是完全可能的 。 無錫太湖學院學士學位論文 4 3 防抱死制動系統(tǒng)基本原理 3.1 制動時汽車的運動 3.1.1 制動時汽車受力 分析 汽車在制動的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風的阻力和自身重力的作用。地面對汽車的作用力又分為 :作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖3.1 所示。其中 Fx為地面作用在每個車輪上的地面制動力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，他是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。 Fy為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向 附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動時，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖 3.1（ a）所示。 圖 3.1 汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時的平面受力簡圖 若汽車在轉(zhuǎn)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖 3.1 (b)所示。地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力和汽車的 方向操縱性有關(guān)，它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向 ；側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車的行進方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好 ；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。 正如上面提到的 ,應用適當?shù)闹苿?,可以有效地把車停下來。制動強度太大 ,是汽車的主要原因有各種危險的運動狀態(tài)。因此 ,汽車 ,根據(jù)冰雪路、壞路、水、濕路 ,干路 ,直路 ,彎曲的道路 ,道路狀況 ,如根據(jù)車輛的速度和方向角的駕駛條件操作 ,必須剎車 ,注意不要讓車輪鎖 。 3.1.2 車輪抱死時汽車運動情況 車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變的很小，這 將使汽車制動時保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 5 對 ABS 系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動兩方面簡單討論一下當車輪抱死時汽車的運動情況。 （ 1） 汽車在一種路面上直線運動制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖 3.2 所示。圖 3.2 (a)為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作。為制動時前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運動情況示意，當前輪抱死時轉(zhuǎn)彎力為零，駕駛員無法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來避讓前方 的障礙物，這時由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來維持方向穩(wěn)定性。圖 3.2 (b)為只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。汽車不能保持原來的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運動叫外旋轉(zhuǎn) )。圖 3.2 (c)為前后車輪全部抱死時時轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制動力不相等時，即使對汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會產(chǎn)生不規(guī)則運動而處于危險狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動釋 放，汽車就會沿著瞬時行駛方向急速駛出，這也是很危險的 。 （ 2） 汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖 3.3 所示。所有這些運動情況若在制動時出現(xiàn)，都是極其危險的。 圖 3.2 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 3.3 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時的運動情況 3.2 滑移率定義 通常 ， 汽車在制動過程中存在著兩種阻力 ： 一種阻力是制動器摩擦片與制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力 ， 這種阻力稱為制動系統(tǒng)的阻力 ， 由于它提供制動時的制動力 ,因此也稱為制動系制動力 ； 另一種阻力是輪胎與道路表面之間產(chǎn)生的摩擦阻 力 ， 也稱為地面制動力。地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎 - 道路附著力 ， 大小等于地面對輪胎的法向反作用力與輪胎 - 道路附著系數(shù)的乘積。如果制動系制動力小于輪胎 - 道路附著力 ，則汽車制動時會保持穩(wěn)定狀態(tài) ， 反之 ， 如果制動系制動力大于輪胎 - 道路附著力 ， 則汽車制動時會出現(xiàn)車輪抱死和滑移。 地面制動力受地面附著系數(shù)的制約。當制動器產(chǎn)生的制動系制動力增大到一定值 (大于附著力 )時 ,汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。汽車的實際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率。 滑移率 S的定義式為 : tttb VrwV VVS 10 （ 3.1） 錯誤 !未找到引用源。 式中 : Sb 滑移率 ； Vt 汽車的理論速度 (車輪中心的速度 ) ； 汽車車輪的角速度 ； r 汽車車輪的滾動半徑。 由上式可知 :當車輪中心的速度 (即汽車的實際車速 ) Vt 等于車輪的角速度 和車輪滾動半徑 r 乘積時 ,滑移率為零 ( Sb = 0) ,車輪為純滾動 ；當 = 0時 ,Sb = 100 % ,車輪完全抱死而作純滑 動 ；當 0 Sb 100 %時 ,車輪既滾動又滑動。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 7 3.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 圖 3.4 給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。當輪胎純滾動時 ,縱向附著系數(shù)為零 ；當滑移率為 15 % 30 %時 ,縱向附著數(shù)達到峰值 ；當滑移率繼續(xù)增大 ,縱向附著系數(shù)持續(xù)下降 ,直到車輪抱死 ( Sb = 100 %) ,縱向附著系數(shù)降到一個較低值。另外 ,隨著滑移率增大 ,橫向附著系數(shù)急劇下降 ,當車輪抱死時 ,橫向附著系數(shù)幾乎為零。從圖可以看出 ,如果能將車輪滑移率控制在 15 % 30 %的范圍內(nèi) ,則既可以 使縱向附著系數(shù)接近峰值 ,同時又可以兼顧到較大的側(cè)向附著系數(shù)。這樣 ,汽車就能獲得最佳的制動效能和方向穩(wěn)定性。 ABS 即是基于這一原理而研制的。 圖 3.4 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 實驗證明，道路的附著系數(shù)受車輪結(jié)構(gòu)、材料，道路表面形狀、材料有關(guān)，不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。圖 3.5給出了不同類型路面上滑移率 -縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。 無錫太湖學院學士學位論文 8 圖 3.5 不同路面上縱向、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線 由圖 3.5可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢是一致的。滑移率和縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線隨 路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會不一樣，并且對應不同路面類型的滑移率 -縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。一般干燥潔凈的平整水泥、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達 0.8-0.9，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至 0.1-0.2。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設計 ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標和策略。若汽車在同一種類型路面上制動時的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間 的關(guān)系曲線也會略有不同，制動時的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動初速度制動時車輪的附著系數(shù) -滑移率關(guān)系曲線不會有太大變化。 簡而言之 ,制動在路上 車 ,車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是主要因素，汽車制動性能。事實上，汽車制動過程是一個非線性變化過程和路面之間輪，輪附著系數(shù)與車輪運動狀態(tài)變化的非線性過程，所以，汽車的制動過程是一種非線性制動過程。制動時汽車的制動系統(tǒng)通過改變車輪的運動 ,改變車輪的滑移率 ,形成整個制動過程的非線性。 3.4 制動時車輪的受力分析 汽車在行 駛過程中能夠?qū)嵤┲苿舆^程的本質(zhì)原因是由于與輪胎接觸的路面給相應車輪提供了路面制動力。路面制動力是使汽車制動并進行減速行駛的外力。但是路面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一個是制動器內(nèi)制動器摩擦片與制動盤或者制動蹄與制動鼓之間的摩擦力 制動器制動力；另一個是輪胎與路面間的摩擦力 附著力（路面制動力）。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 9 圖 3.6(a) 制動時車輪受力情況 圖 2.6(a)為車輪在制動時的受力情況示意圖，路面制動力可由下式確定： xbMFr （ 3.2） 式中 : xbF 路面制動力， N ； M 制動器摩擦力矩 , Nm 。 上式成立的先決條件是路面制動力不超過路面間的附著力。 制動器制動力相當于將汽車架離地面，并踩住制動踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動車輪直至它能轉(zhuǎn)動所需的力，可由下式確定： rMF （ 3.3） 式中 : F 制動器制動力， N 。 當制動踏板力較小，制動器摩擦力矩不大時，路面與輪胎之間的摩擦力 路面制動力足以克服制動器摩擦力矩而使車輪滾動。顯然，車輪滾動時的路面制動力就等于制動器制動力，且隨踏板力的增長而增長，如圖 3.6(b)所示。但路面制動力是滑動摩擦的約束反力，它的值不可能超過附著力，即： 圖 3.6(b) 路面制動力 ，制動器制動力，以及附著力的關(guān)系 WFFxb (3.4) xbF max F （ 3.5） 無錫太湖學院學士學位論文 10 式中 : F 路面附著力， N； W 車輪上的垂直載荷， N； 路面附著力系數(shù)。 圖 3.6(b)路面制動力，制動器制動力，以及附著力的關(guān)系 當路面制動力達到附著力時，車輪即將抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)純滑移現(xiàn)象。此時，如果繼續(xù)增大制動器踏板力（或制動管路壓力），制動器制動力將由于制動器摩擦力矩的增大而繼續(xù)增長。但是，若作用在車輪上的垂直載荷為常數(shù)，路面制動力達到附著力之后就不 再增加。 由此可見，汽車的路面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受到路面附著力系數(shù)的限制，所以只有汽車具有足夠的制動器制動力，同時路面又能提供足夠高的附著力時，才能獲得足夠高的路面制動力，足夠大的制動減速度和較小的制動距離。 提示：影響附著系數(shù)的因素很多，如路面的狀況、輪胎的花紋、車輛的行駛速度、輪胎與路面的運動狀態(tài)等。在諸因素中，車輪相對于路面的運動狀態(tài)對附著力有著重要的影響，特別是在濕路面上其影響更為明顯。 3.5 采用防抱死制動系統(tǒng)的必要性 汽車運行在一條直線，緊急 制動突然 ,汽車輪鎖和汽車 線往前滑 ,還發(fā)出嚇人的輪胎與地面之間的摩擦，車子終于停了。在日常生活中，每個人都可能會遇到這種現(xiàn)象。如果發(fā)生車禍，交通警察是在第一個痕跡總是檢查汽車制動器 ,確定司機在事故中制動而采取了措施。然后測量制動距離 ,看看車輛制動效果好。當輪胎滑移率為 8% 8%，輪胎和她的臉摩擦 (附著力 )是最大的。如果輪胎滑移率太大 ,附著力減少相反。如果司機可以控制輪胎滑移率 ,所以它總是制動時 8% - 25%范圍內(nèi) ,汽車將停車在較短的制動距離。 當車輛轉(zhuǎn)向 ,如果車輛緊急制動 ,以及直線驅(qū)動輪鎖將會出現(xiàn)的現(xiàn)象。因為輪鎖、汽車汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 11 側(cè)向附 著力變成零 ,汽車輪胎側(cè)向滑動 ,汽車能夠控制方向的深度 ,這是非常危險的。車輛橫向附著力和制動力之間的關(guān)系非常密切。當沒有剎車前、后輪胎的滑動方向是零 ,那么車輪側(cè)向附著力是最大的。司機一步動態(tài)制動踏板 ,隨著增加制動力、輪胎滑移率增加 ,小橫向附著力逐漸慢下來。最后 ,當輪胎滑移率為 100%,輪胎鎖。這汽車側(cè)向附著力幾乎等于零。 ,把汽車 ,輪胎側(cè)滑開始出現(xiàn)。在方向盤鎖、方向盤已經(jīng)不能工作 ,陷入這場困境的我們無法控制汽車的方向 ,前輪鎖車只有最后停車沿著直線 ,只有后輪鎖車終于停止旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象 ,如果前輪和后輪鎖、汽車側(cè)邊緣直接 的最后一站。的各種狀態(tài)是極其危險的 。當然技術(shù)熟練的司機在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動，如采用點制動?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動踏板，使輪胎抱死為此。 司機不能做許多事 情 ,傳感器將能夠這樣做。傳感器數(shù)據(jù)排序、判斷 ,到執(zhí)行機構(gòu)所需信息，這部分的工作電腦 ,它非常簡單 ,根據(jù)指令執(zhí)行的計算機操作，它也不會有什么大問題在機械結(jié)構(gòu)。 ABS系統(tǒng)調(diào)整到每個車輪制動缸，制動液壓力，以防止任何造成剎車過猛可能當車輪鎖。當不再有可能鎖車輪 ,然后回到正常的壓力?；坡士刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)。這樣不但 提高車輛交通的穩(wěn)定性，提高車輛方向控制 ,縮短制動距離 。 3.6 防抱死制動系統(tǒng)基本工作原理 ABS 系統(tǒng)是通過不 斷變化的根據(jù)某些規(guī)則當制動壓力的制動液不會產(chǎn)生車輪鎖狀態(tài)。這一變化過程的制動液壓力實際上是 ABS 系統(tǒng)實施的過程控制方法。下面基于車輪加減速度邏輯門限控制方法來控制直線制動過程的單個道路為例 ， 簡單 ， 基本工作原理 。 在汽車制動 ,如果 車輪鎖滑 ,橫向附著力車輪和路面之間將完全消失。如果只有前輪轉(zhuǎn)向輪制動鎖滑車輪滾滾 ,車輛將失去動力。如果只有后制動擁抱死亡滑動和前輪軋、甚至小橫向干擾力 ,也將有一個邊車 (spin)現(xiàn)象。這些都是容易導致嚴重的交通事故。汽車制動時，因此，不希望鎖車輪制動滑動，但希望這個車輪制動器到邊邊滑動狀態(tài)。 圖 3.7 ABS的工作區(qū)域 通過實驗 ,當汽車 車輪滑移率為 15% 15%,最大的附著系數(shù)之間的輪胎和路面。因此，為了充分發(fā)揮這種潛在輪胎與路面間的附著能力 ,ABS系統(tǒng)來實現(xiàn)速度控制車輪中心和切無錫太湖學院學士學位論文 12 線速度，保持滑動率在 15% 20%之間這個特性。 ABS工作領(lǐng)域的現(xiàn)代汽車 ABS ABS工作區(qū)域如圖所示在制動過程中 ,控制單元 (ECU)在 10到 12次 /秒的頻 率控制制動壓力調(diào)節(jié)器 ” 增壓壓力保持一個救援 “ 制動壓力調(diào)節(jié)回路 ,實現(xiàn)車輛在制動和車輪滑移率控制在縱向附著系數(shù)路面附近之間最大的理想滑動率在較窄的范圍內(nèi) ,改善汽車的制動性能和制動時的方向穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)這一目標 ,為汽車駕駛道路條件和實現(xiàn)不同的控制過程。目前 ,廣泛采用邏輯閾值 ABS控制方法 ,即控制參數(shù)事先指定并設置相應的控制閾值方法 (用于汽車 ,在各種速度和路面條件下 ,通過反復試驗獲得的數(shù)據(jù) ),當制動器將檢測實際參數(shù)和 ECU設定閾值比較，及時控制制動過程?；诘缆沸旭偁顩r，控制過程 ,對制動 ABS可以分為： 汽車高附 著系數(shù)的路面和低附著系數(shù)路面附著系數(shù)的路面突變由高到低附著系數(shù)路面等三種制動控制過程。 邏輯門限控制方法 ， ABS控制參數(shù) ： 輪減速 (或角減速 )、加速度 (或角加速度 )和車輪滑移率。輪減速和加速通過輪速傳感器輸出信號從 ECU通過車輪滑移率在實際大多數(shù)是 ABS制動過程 ,當車輪的減速控制閾值