基于AMESIM的ABS液壓系統(tǒng)建模與仿真

畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：日期：

學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日

注意事項1.設計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂

指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質(zhì)量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）指導教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質(zhì)量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質(zhì)量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評定成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學系意見：系主任：（簽名）年月日第1章緒論1.1研究目的與意義隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，就必須進行汽車關鍵零部件的自主研發(fā)。汽車制動過程中的安全性也已成為人們關注的焦點。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)，關系著汽車制動的安全性。目前國內(nèi)許多汽車公司已經(jīng)開始進行汽車自主研發(fā)，要在商業(yè)的競爭中脫穎而出，要擁有自主知識產(chǎn)權的汽車，要使我國由一個汽車大國變?yōu)橐粋€汽車強國，就必須進行汽車關鍵零部件的自主研發(fā)。汽車制動過程中的安全性也已成為人們關注的焦點，防抱死制動系統(tǒng)ABS是汽車關鍵的零部件之一，因此國家、企業(yè)和高校都投入了大量的人力和資源對ABS進行自主研發(fā)。汽車動力性能的提高和高速公路的延伸對汽車安全提出了越來越高的要求，許多國家都為此頒布了嚴厲的汽車安全法規(guī)，汽車在制動過程中的方向穩(wěn)定性和轉向操縱能力，已成為人們關注的焦點。因此，探討各種高性能的制動系統(tǒng)和完善制動系統(tǒng)的性能是減少交通事故和促進汽車工業(yè)發(fā)展的重要舉措[1]。而ABS可以在制動過程中自動、高頻地對制動系統(tǒng)壓力進行調(diào)節(jié)，從而對制動力進行調(diào)節(jié)，使車輪滑移率保持在理想滑移率附近，既防止車輪抱死，又充分利用了車輪與路面的附著能力，縮短了制動距離，提高了汽車制動過程中的方向穩(wěn)定性和轉向操作能力，達到了最佳制動效果的目的。ABS控制的關鍵之一就是控制制動過程中的滑移率，從而提高路面附著系數(shù)的利用率，縮短制動距離，提高制動的穩(wěn)定性。然而，滑移率和路面附著系數(shù)的關系又受到很多因素的影響，如車輛本身的結構參數(shù)、車速、輪胎充氣壓力、輪胎垂直載荷、路面狀況等等[2]。因此，要求ABS保證汽車在短時間內(nèi)在各種路面上，各種情況下都能安全制動的難度是相當大的。還需要針對不同車型進行大量的參數(shù)匹配試驗，大概需要一年半到兩年的時間，并且需要大量的經(jīng)驗，不僅耗資巨大，而且延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期。目前國內(nèi)外也有人應用新的控制理論，進行ABS控制的探討。根據(jù)汽車制動過程的物理實質(zhì)及動力學分析，對ABS控制器的結構原理、控制方法等方面進行分析和研究，利用AMESim軟件建立車輛防抱死制動系統(tǒng)模型，可以很容易分析液壓系統(tǒng)元件對整個系統(tǒng)的影響。1.2ABS防抱死系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢防抱死制動理論最早是1928年由英國人提出來的，基于防抱死制動理論的制動系統(tǒng)首先是應用在火車和飛機上。最早官方記錄的汽車防抱制動系統(tǒng)是在英國1932年發(fā)布的專利382241，題目是“制動時防止車輪壓緊轉動車輪的安全裝置”。1936年，德國博世公司(BOSCH)申請一項電液控制的ABS裝置專利，促進了ABS技術在汽車上的應用。汽車上開始使用ABS始于20世紀50年代中期福特汽車公司，1954年福特汽車公司在林肯車上裝配法國航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分采用機械式，結構復雜，功能相對單一，只有在特定車輛和工況下，防抱死控制才有效，因此制動效果并不理想。機械結構復雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格偏高，使ABS技術在汽車上的推廣應用舉步維艱。直到70年代后期，由于電子技術的迅猛發(fā)展，為ABS技術在汽車上的應用提供了可靠的技術支持。ABS控制部分采用了電子控制，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高[3]，制動效果也明顯改善，同時其體積逐步也變小，質(zhì)量也逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強，價格也逐漸降低。這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。進入90年代后，ABS技術不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善?，F(xiàn)在發(fā)達國家已廣泛采用了ABS技術。ABS裝置制造商主要有:德國博世公司(BOSCH)，歐、美、日、韓國家的汽車采用的最多;美國德科公司(DELCO)，由美國通用及韓國大宇汽車采用；美國本迪克斯公司(BENDIX)，由美國克萊斯勒汽車采用;還有德國戴維斯公司(TEVES)德國瓦布科(WABCO)、美國凱爾西海斯公司(KELSEYHAYES)等，這些公司的ABS產(chǎn)品都在廣泛地應用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。國內(nèi)對ABS的研究工作始于八十年代初，研制單位有東風汽車公司、交通部重慶公路所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514工廠與西安交通大學等。東風汽車公司從80年代初開始研究ABS，該公司對Wabco公司的ABS產(chǎn)品進行了剖析、試驗、改進和消化吸收，將Wabco的ABS裝在EQ-145型車上并在各種路面上進行試驗。交通部重慶公路所研制的ABS適用于中型汽車，其第一代ABS電子控制單元(ECU)采用了Z80芯片，第二代ABS產(chǎn)品采用了MCS-96系列8098單片機，控制軟件、傳感器和執(zhí)行器都由自己研制，裝車試驗的主要問題是系統(tǒng)對于路況的識別不夠理想。1984年興平814廠研制的第一代防抱制動系統(tǒng)的主要缺點是不能自動適應不同路況，以后該廠與西安公路交通大學合作研制了第二代防抱制動系統(tǒng)，增設了路面識別功能的電路，但對于長軸距的大客車則不是很理想。宏安公司是我國批量生產(chǎn)ABS的廠家。該公司于1993年投產(chǎn)，當年生產(chǎn)ABS5000套。重型汽車研究中心1995年6月對自制的ABS系統(tǒng)進行了道路試驗，但存在一些問題，隨后，課題組重新設計了軟件及硬件，所生產(chǎn)的ABS基本上己達到國外產(chǎn)品的性能。隨著車輛動力學與控制理論研究的不斷深入，以及計算機技術、傳感器技術、液壓技術和通訊技術的不斷發(fā)展，可以預測ABS技術將向以下幾個方向發(fā)展。ABS正在向小型車普及，但作為附加的安全裝置，它會增加整車的重量并占據(jù)安裝空間，因此要求其體積和重量盡可能小。減小ABS體積的主要途徑有優(yōu)化結構設計(如減小壓力調(diào)節(jié)器)及增加集成度。目前，經(jīng)過優(yōu)化的ABS己可將主缸、壓力調(diào)節(jié)器和電控單元集成為一體，從而大大減小了體積和成本。由于技術的不斷改進，ABS的功能在不斷加強。ABS的作用是通過控制汽車的縱向制動力來使汽車在制動過程中保持最佳的縱向附著系數(shù)和較好的橫向附著系數(shù)，從而提高汽車的制動性能、方向穩(wěn)定性和操縱性。與此相類似的是汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)，其作用是防止汽車在加速過程中打滑，以保證汽車加速時的方向穩(wěn)定性、操縱性，其控制機理仍然是通過控制縱向滑移率來控制縱向力，可見，ABS和ASR是密切相關的，因此常將它們結合在一起使用，構成行使安全系統(tǒng)。這樣，它們可共用許多電子元件和系統(tǒng)部件來控制汽車車輪的運動，電子控制和保護裝置都被裝在同一個殼體內(nèi)。Bosch公司早在1987年就推出了ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。1996年，Bosch公司提出了車輛動力學系統(tǒng)(VDC)的概念，在ABS/ASR的基礎上，加入側向穩(wěn)定性控制等新內(nèi)容，以實現(xiàn)全工況內(nèi)的汽車運動狀態(tài)最佳[4]。1.3汽車ABS結構與工作原理1.3.1傳感器汽車ABS輪速傳感器是ABS的信息感知元件，為了防止車輪抱死，控制程序必須知道單個車輪的實時速度。只有取得準確的車輪速度或加速度信號，控制系統(tǒng)ECU才能知道什么時候下達卸壓指令，什么時候下達保壓指令，什么時候下達增壓指令，從而使車輪不致抱死，并不斷減速直到停止，如圖1.1。圖1.1ABS輪速傳感器實時性ABS的防抱死控制大約在5-7ms就完成一個循環(huán)，因而對輪速處理過程的實時性要求就更高了。系統(tǒng)取得輪速所花的時間分為硬件轉換時間和軟件計算時間。這兩者之間又以軟件時間的開銷為大。最極端的情況是一個循環(huán)的時間都花在了輪速的計算上。由于有著這樣的限制，輪速算法不可能設計得很復雜。ABS輪速的精度對其以后的輪加減速度和參考車速的計算精度影響很大。所以輪速算法應能對輪速原始信號中的粗大誤差加以識別、剔除，或者抑制粗大誤差的影響。實用的輪速算法采用測量脈沖的寬度，經(jīng)過數(shù)字濾波，從而對輪速的結果進行合理性的判斷修正。1.3.2電子控制單元ABS的電子控制單元(ElectronicControlUnit)，簡稱ECU。它的主要作用是接收輪速傳感器等輸入信號，計算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等，并進行判斷，輸出控制指令，控制制動壓力調(diào)節(jié)器等進行工作。ECU一般由以下幾個基本電路：輪速傳感器的輸入放大，整形電路、運算電路、電磁閥驅(qū)動電路、回油泵驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電源、電源監(jiān)控電路和故障診斷電路。大多數(shù)電子控制單元是以微處理器為基礎，采用專用集成電路，一般至少有一個微處理器來確保快速、可靠地處理數(shù)據(jù)，如圖1.2。圖1.2ABS電子控制單元1.3.3壓力調(diào)節(jié)單元壓力調(diào)節(jié)單元(HydraulicControlUnit)，簡稱HCU，是ABS中的主要執(zhí)行機構，也是ABS液壓系統(tǒng)的核心部件，如圖1.3所示。其作用接受ABS電子控制單元的指令，驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的電磁閥動作(或油泵電機動作)，實現(xiàn)輪缸壓力的調(diào)節(jié)。其結構原理及性能特征對ABS的控制性能產(chǎn)生及其重要的影響。圖1.3ABS液壓調(diào)節(jié)單元內(nèi)部結構HCU要按既定的壓力控制模式，有效地對制動壓力實施控制，又必須滿足以下基本要求：通常助力式和動力式液壓制動系的促動時間為0.36s。ABS的促動時間應小于上述時間。目前，典型HCU的反應時間僅為0.01s，而ECU每秒可進行200次左右計算。一般來講，HCU的頻率為5～10次/秒時，即可達到使用要求。HCU對制動壓力實施有效控制，應使增壓和減壓速率適當。壓力調(diào)節(jié)速率決定了制動器摩擦力矩的調(diào)節(jié)速率和控制過程中加、減速度的大小。加、減速度絕對值小，則制動效能低下；加、減速度絕對值大，會使ABS難以控制，此時不僅影響制動效能，而且會使車輛制動時舒適性降低?？梢妷毫φ{(diào)節(jié)速率是否得當，將影響ABS控制質(zhì)量。合理的制動壓力取決于路面條件、氣象條件、車輛類別及承載情況等。制動壓力波動不宜太大，否則制動摩擦力矩波動范圍大，路面制動力波動范圍也增大，會使車輛傳動系的沖擊損傷也大。并且過大的制動壓力波動會引起制動管路的震動，影響ABS的控制效果。HCU主要有電磁閥、蓄能器、回油泵，以及一些輔助液壓閥等構成。它與ECU封裝在一起。HCU中共有4對用于防抱死制動壓力調(diào)節(jié)的高速開關電磁閥。每對高速開關閥又由一個常開閥(又稱加壓閥)和一個常閉閥(又稱減壓閥)組成。每對電磁閥對一個控制通道進行獨立防抱死制動壓力控制。4個常開閥分別設置在制動主缸兩腔和液壓助力室至各制動輪缸的制動管路中；而另4個常閉閥分別設置在各個制動輪缸至蓄能器的制動液通路中。在防抱死制動過程中，通過HCU電磁閥的開關動作來實現(xiàn)制動壓力的調(diào)節(jié)。通常在制動開始時，系統(tǒng)中的各電磁閥均不通電，常開閥和常閉閥都處于斷電狀態(tài)，常開閥開啟，常閉閥關閉，主缸的高壓制動液經(jīng)常開閥進入制動輪缸而不能進入蓄能器。HCU從結構上保證各制動輪缸的制動壓力與制動踏板行程，以及制動踏板力成比例關系，隨著制動壓力的增加，輪速迅速降低而趨于抱死狀態(tài)時，ECU根據(jù)輸入的輪速信號判斷出系統(tǒng)下一個控制周期應進入減壓狀態(tài)，常開閥和常閉閥都通電，常開閥關閉，常閉閥打開，輪缸內(nèi)的制動液經(jīng)常閉閥進入蓄能器；隨著制動壓力的降低，當輪速逐漸恢復到一定值時，ECU判斷出當前需要處于保壓狀態(tài)，常開閥通電，常開閥關閉，常閉閥斷電，輪缸中的制動液被封閉在兩個電磁閥之間。回油泵的作用是將蓄能器中的制動液泵回主缸。經(jīng)過這樣幾個控制循環(huán)，汽車就完成制動過程，達到減速停車的目的。1.3.4A汽車在行駛過程中，車輪在路面上的縱向運動可有滾動與滑動兩種形式，車輪相對于路面的滑動又可分為滑移與滑動兩種形式.試驗表明，當輪胎在路面上滑移時，將改變輪胎與地面間的附著系數(shù)，因而也改變了汽車的制動力。隨著制動壓力的升高，在與輪速旋轉相反的方向上將產(chǎn)生地面制動力矩，輪速開始減小，隨著制動力的增加，車輪開始產(chǎn)生滑移，車輪滾動的成份越來越少，而滑動的成份越來越多，一般用滑移率S來描述制動時車輪的滑移程度，如公式（1.4）。(1.4)式中，V—汽車行駛速度；S—滑移率；ω—車輪的轉動角速度ABS的產(chǎn)生離不開前人對路面特性的研究。隨著人們對輪胎與路面間的互相作用機理和輪胎動力學認識的不斷加深，在研究中得到了如圖1.5所示的路面附著系數(shù)μ與車輪滑移率S的關系。在輪胎和地面的接觸面上還存在著另一個摩擦力，它作用在車輪的側向，稱為側向附著力。側向附著力越大汽車的方向穩(wěn)定性就越好。汽車在轉彎時，轉動方向盤使車輪產(chǎn)生一個轉角，相應的產(chǎn)生了側向附著力，使汽車持續(xù)曲線運動。決定側向附著力大小的摩擦系數(shù)稱為側向附著系數(shù)，側向附著系數(shù)隨滑移率的增大而減小。側向附著系數(shù)縱向附著系數(shù)Sc滑移率S側向附著系數(shù)縱向附著系數(shù)Sc滑移率S圖1.5車輪滑移率與路面附著系數(shù)的關系由圖1.5可知，隨著制動力的增加，車輪的滑移率也在不斷增加，隨著滑移率S的增加，縱向附著系數(shù)會達到一個峰值點μh，其對應的滑移率為Sc。當滑移率繼續(xù)增加到S>Sc時，縱向附著系數(shù)開始減小，當S＝100％時，即車輪抱死拖滑，縱向附著系數(shù)降低到最小值μg，這時地面制動力最小，導致制動距離增加。由圖2.1可看出，隨著滑移率的增加，側向附著系數(shù)在不斷減小，當S＝100％時，汽車抗側向干擾的能力接近于零。在傳統(tǒng)制動的情況下，汽車緊急制動時極易發(fā)生車輪抱死，即滑移率S＝100％，這樣不但沒有充分利用路面提供的縱向附著力，導致制動距離加長，而且更為嚴重的是，此時側向附著系數(shù)非常小，抗側滑能力非常低，也幾乎喪失了轉向能力[5]。如果汽車此時受到很小的側向干擾(如汽車重力的橫向分力、路面不平整產(chǎn)生的橫向力、橫向風力等)，就有可能使汽車發(fā)生側向滑動，跑偏或者甩尾掉頭等危險工況。另外，如果制動時車輪經(jīng)常抱死，會加劇輪胎的摩損，大大降低輪胎的使用壽命。汽車ABS通過自動調(diào)節(jié)制動力矩，使滑移率保持在最佳滑移率Sc附近，充分利用了輪胎與路面的附著能力，提高了制動性能，縮短了制動距離，同時又保持了較大的側向附著系數(shù)，提高了汽車的抗側滑能力和轉向能力，防止制動過程中側滑、跑偏和甩尾現(xiàn)象的發(fā)生，保證制動時的安全性，減少交通事故的發(fā)生。1.4AMESIM在汽車防抱死技術方面應用汽車防抱死制動系統(tǒng)涉及到自動化、機械、液壓、氣動、電、磁以及熱等多學科領域的集成和相互作用，為了準確地仿真此類系統(tǒng)，就需要適合系統(tǒng)工程設計的仿真平臺。AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforSimulationsofengineeringsystem)是法國IMAGINE公司自1995年推出的一種新型的高級建模仿真軟件。AMESIM系統(tǒng)仿真平臺，提供了系統(tǒng)工程設計的完整環(huán)境和多學科領域系統(tǒng)的各類模型庫，包括控制應用庫、機械應用庫、流體應用庫、電磁應用庫、熱分析應用庫以及內(nèi)燃機應用庫等。所有的應用庫都提供了將信號端轉換成為結構化的多通口功能模塊，方便工程師利用方塊圖靈活、迅速地建立物理系統(tǒng)的模型1.5研究的主要內(nèi)容1、建立ABS液壓系統(tǒng)數(shù)學模型，表示出所要建立模型對象的組成及工作過程的各個環(huán)節(jié)。2、從AMESIM模型庫中選取液壓元件模型，按照工作原理連接各個元件，對ABS液壓系統(tǒng)進行增壓、減壓，保壓種狀態(tài)下的仿真。分析ABS液壓系統(tǒng)響應特性，及影響參數(shù)。3、通過對ABS原理的深入研究，對制動過程的深入分析以及對多種控制方法特點的分析，在MATLAB/Simulink中搭建ABS模型，將ABS對整車的性能影響進行仿真，并對仿真結果進行分析來證明方法的可行性。第2章ABS液壓系統(tǒng)數(shù)學建模2.1車輛模型2.1.1單輪車輛模型目前，常用的車輛模型主要有一般車輛模型、四輪車輛模型、雙輪車輛模型[10]以及單輪車輛模型。為簡化研究問題，選用的車輪動力學模型為單輪車輛模型，因為此模型只要描述的式制動性能，適合于汽車防抱死制動系統(tǒng)進行制動性能分析，同時也可簡化問題。車輛受力分析如圖2.4所示。車輛運動方程：(2.1)車輪運動方程：(2.2)車輪縱向摩擦力：(2.3)定義滑移率為：FxNTbVMFxNTbVM圖2.4單輪車輛模型式中，M－汽車的質(zhì)量；V－汽車的速度；Fx－地面制動力；I－車輪轉動慣量；ω－車輪角速度；r－車輪滾動半徑；Tb－制動力矩；Tg－輪胎和地面間的制動力矩；μ－附著系數(shù)；N－車輪對地面法向反力根據(jù)車輛的運動方程（2.1），（2.2），（2.3）建立Simulink仿真模型，輸入位置動力和縱向附著系數(shù)，輸出為車輛速度、車輪轉速及制動距離，仿真模型如圖2.5所示。圖2.5單輪車輛Simulink模型2.2簡化的四輪車輛模型忽略車輛側傾的影響，將簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量合為車輛整體質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力和車輛風阻，考慮車輛縱向、橫向、繞Z軸的轉動和四個車輪繞其旋轉軸的轉動，為研究方便，假定制動過程中前輪轉向角為零，前后車輪幾何中心在同一軸線上，橫擺過程中兩輪上的附著系數(shù)不變，令車輛坐標系原點與汽車質(zhì)心重合[9]，可建立一個7自由度的四輪車輛模型。由公式（2.6）可得在制動過程中的整車動力學方程為：(2.6)式中,Vx－汽車縱向速度；Vy－汽車橫向速度；第一個下標f－汽車前輪；第一個下標r－汽車后輪；第二個下標f－汽車左輪；第二個下標r－汽車右輪；rdF－汽車前輪滾動半徑；rdR－汽車后輪滾動半徑；Tbxx－車輪上的制動力；M－整車質(zhì)量；a－質(zhì)心到前軸的距離；b－質(zhì)心到后軸的距離；Iz－整車轉動慣量；Ixx－車輪轉動慣量；作為整車模型，還應考慮汽車在縱向加速度和橫向加速度下引起的載荷轉移考慮到這些因素，作用在各個車輪上的垂直載荷如公式（2.7）。(2.7)式中，g—重力加速度；hg—汽車質(zhì)心高度；L—前后軸距離；c—車輛輪距2.3制動系統(tǒng)液壓元件模型制動液壓系統(tǒng)主要由制動主缸、輪缸，電磁閥組成，制動防抱死液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是改善制動效能縮短制動距離；充分利用橫向附著系數(shù)，防止側滑改善汽車制動時的方向操縱性能；減小輪胎的局部磨損；減輕駕駛員的勞動強度，提高乘客的乘坐舒適性和安全性。由于ABS是一種快速反應機構，執(zhí)行機構的動態(tài)特性起著至關重要的作用。2.3雷諾數(shù)是個無量綱比值，它代表慣性力與粘性力之比，但雷諾數(shù)較小支配流動的主要因素是粘性力。雷諾數(shù)其定義如下：(2.8)—液體密度(Kg/m3)；—液體的平均流速(m/s)；—不同流動狀態(tài)下的特征尺寸；—液體絕對粘度(Pa)2.3液體流動狀態(tài)為層流狀態(tài)，通過閥體的體積流量：(2.9)—通過閥體的體積流量(m3)；—層流時閥口流量系數(shù)；—閥口截面積(m2)；—液體密度(Kg/m3)；—閥口兩端壓力差；—層流系數(shù)；—雷諾數(shù)絕對粘度與液體密度的比值稱為運動粘度，其定義為：(2.10)—流體的運動粘度(m2/s)；—流體的絕對粘度；—流體的密度(Kg/m3)2.3.3(2.11)—制動主缸中壓力；ksp—制動主缸中回位彈簧剛度2.3真空助力器閥口中的氣體流動可以看作是氣體在噴嘴中的流動，假定氣體為理想氣體，在真空助力器閥口中的氣流速度遠大于氣體與外界進行熱交換的速度，氣體流過時的能量損失遠小于它具有的總能量，可以忽略。因此，真空助力器閥口中的氣體流動可視為等熵流動。真空助力器閥口中的氣流為亞聲流速狀態(tài)。這時以聲速傳播的外界壓力擾動波能達到和傳出口界面去影響口內(nèi)的流動。此時通過閥口的氣體流量為：(2.12)—流過閥口截面積的流量(m3/h)；—閥口流通截面的有效面積(mm2)；—閥口上游絕對壓力(Pa)；—絕對溫度(K)；2.3.5制動(2.13)i—分別代表四個車輪的制動輪缸；Q2i+1—流入電磁閥的流量；Q2i—流出電磁閥的流量2.3.6(2.14)—氣體質(zhì)量；—初始氣體壓力；—初始氣體體積；—氣體體積；—氣體常量；—初始氣體質(zhì)量2.3(2.15)—葉片寬度；—轉子和定子間的偏心量；—定子內(nèi)徑制動開始時（不考慮油液的可壓縮性），由流量連續(xù)方程可求得活塞的運動速度為：(2.16)—油缸作用面積設制動器的間隙為S0，則消除間隙所需時間為td。即制動器響應滯后時間。(2.17)進入制動輪缸的油液會呈現(xiàn)三種狀態(tài)：增壓，保壓，減壓a.增壓變化規(guī)律：(2.18)VD—油缸及管路容積—油液的體積彈性模量在增壓過程，制動缸體積變化情況：(2.19)b.減壓的變化規(guī)律：在減壓過程，由制動缸排除的油液為：(2.20)PR—回油壓力;油缸壓力下降變化率為：(2.21)c.保壓時的變化規(guī)律為：(2.22)將三種狀態(tài)按統(tǒng)一的公式描述，并進行線性化處理，有增壓減壓(2.23)保壓k0—閥的顯性化系數(shù)由油壓的變化所引起的車輪上制動力矩的變化為：(2.24)kb—是與制動器的結構參數(shù)和線性化系數(shù)k0有關的常數(shù)2.4本章小結本章主要建立了單輪車輛模型和簡化的四輪車輛模型，并進行了受力分析，求解出車輛運動方程、車輪運動方程、車輪縱向摩擦力方程。并且建立了ABS液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型，包括制動主缸、輪缸、蓄能器、回油泵等液壓系統(tǒng)元件模型，汽車液壓制動系統(tǒng)的建模比較真實全面地反映了防抱死制動系統(tǒng)中執(zhí)行元件特性，所建立的微分方程組，通過求解，可以應用于實際參數(shù)下的ABS模擬系統(tǒng)。第3章基于AMESIM的ABS液壓系統(tǒng)建模3.1AMESIM簡介3.1.1AMESIM軟件功能簡介AMESim（AdvancedModelingandSimulationEnvironmentforSystemsEngineering）是世界著名的工程系統(tǒng)高級建模與仿真平臺，它提供了一個系統(tǒng)級工程設計的完整平臺，使得用戶可以在單一的平臺上建立復雜的一維多學科領域的機電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎上進行仿真計算和深入的分析[12]。工程師在一個基于工程應用的AMESim友好環(huán)境下可研究任何元件或者系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。AMESim的圖形化用戶界面使得用戶可以在完整的應用模型庫中選擇需要的模塊來構建復雜各種系統(tǒng)的模型。建模仿真過程一般分為四個步驟：構建方案的模型；選擇模型復雜程度；設定模型的參數(shù)；仿真計算分析。而且簡便易用的操作使得用戶可以迅速有效地進行產(chǎn)品的設計開發(fā)。大量的用戶群使得AMESim已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的車輛，發(fā)動機，越野設備，航天航空，船舶，軌道交通，冶金設備，海洋工程以及重型設備等工業(yè)領域內(nèi)的多學科專業(yè)，包括控制、流體、機械、熱分析、電、磁以及能源等復雜工程系統(tǒng)建模與仿真的首選平臺[11]。工程設計師完全可以應用集成的一整套AMESim應用模型庫來設計一個系統(tǒng)或一個流體元件，所有的這些來自不同物理領域的模型都是經(jīng)過嚴格的測試和實驗驗證的[13]。AMESim使得工程師迅速達到建模仿真的最終目標,分析和優(yōu)化工程師的設計，從而幫助用戶降低開發(fā)的成本和縮短開發(fā)的周期。AMESIM液壓元件設計庫包含了機液系統(tǒng)的基本結構單元模塊，它被看作是液壓元件建模的工程語言，可以對噴油器、液壓錘、柱塞泵、葉片泵、半主動緩沖器以及其他類型的液壓閥建模。由于是基于結構單元建模，因此可以非常直接和直觀地理解模型層次。AMESIM液壓元件設計庫通過細分結構單元來處理液壓元件的多樣性，使工程師可以用最少的圖標和單元模塊來構建最多的工程系統(tǒng)模型，齊全的分析工具、多種仿真運行模式以及開放的結構，使得AMESim在汽車液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及車輛熱分析等方面都有很好的應用，并在法國雷諾、雪鐵龍汽車的設計過程中有過實際應用，是目前國際上流行的汽車設計及仿真方面的理想工具。3.2ABS液壓系統(tǒng)結構ABS液壓系統(tǒng)主要由主缸、輪缸，控制閥組成。制動壓力調(diào)節(jié)器串聯(lián)在制動主缸和輪缸之間，通過電磁閥直接或間接地控制輪缸的制動壓力，此系統(tǒng)屬于循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器，電磁閥的開關根據(jù)傳感器測得的輪速信號與車速信號，ECU經(jīng)過處理得出控制信號，控制相應的電磁閥，通過改變電磁閥的開啟或關閉，來調(diào)節(jié)各制動輪缸實施制動壓力。具體的ABS液壓系統(tǒng)工作過程分析：1、常規(guī)制動過程：電磁閥不通電，增壓閥常開，減壓閥常閉。主缸和輪缸管路相通，制動主缸可隨時控制制動壓力的增減，此時回液泵不工作。2、減壓過程：控制器發(fā)出控制指令，增壓閥關閉，減壓閥開啟。制動主缸和制動輪缸的通路被截斷，制動輪缸和蓄能器接通，輪缸的制動液流入蓄能器，制動壓力降低。與此同時，ABS電機帶動回液泵工作，把流回蓄能器的制動液加壓送回制動主缸。3、保壓過程：控制器發(fā)出控制指令，增壓閥關閉，減壓閥關閉。所有通路都被截斷，制動器制動壓力保持不變。4、增壓過程：控制器對電磁閥斷電后，增壓閥開啟，減壓閥關閉。制動主缸和制動輪缸再次接通，制動主缸的高壓制動液再次進入制動輪缸，增加制動壓力。增壓和減壓的速度可直接通過調(diào)節(jié)增壓閥和減壓閥的進、出油口開啟程度來控制。3.2.1AM1、依據(jù)ABS的工作原理，從AMESim模型庫中選取合適元件并按照原理圖連接好。2、設定ABS液壓系統(tǒng)參數(shù)，如制動液的體積模量、密度、動力黏度和工作溫度等，定義各個液壓元件的關鍵尺寸與內(nèi)部參數(shù)。3、設定仿真參數(shù)，運行仿真，查看結果。3.3ABS系統(tǒng)模型的AMESim實現(xiàn)3.3.1車輛ABS模型根據(jù)ABS液壓系統(tǒng)的結構圖，在AMESim中搭建出單輪車輛ABS液壓系統(tǒng)模型，如圖3.1所示。圖中模型包括：ECU即信號處理裝置，PID控制裝置，線性信號源，信號轉換裝置，助力器，液壓調(diào)節(jié)器，制動主缸，制動輪缸。模型的工作原理如下:在系統(tǒng)進入工作狀態(tài)后，首先由控制信號源提供工作信號，ECU根據(jù)控輪速信號進行控制，系統(tǒng)制動輪缸模型進入增壓狀態(tài)。此狀態(tài)制動輪缸中制動壓力持續(xù)上升，增壓持續(xù)一定時間后，由控制信號源對系統(tǒng)提供工作信號，系統(tǒng)進入減壓狀態(tài)。圖3.1ABS系統(tǒng)結構圖3.3.液壓ABS系統(tǒng)主要由控制器(ECU)、液壓調(diào)節(jié)器和輪速傳感器3部分所組成。其工作性能的好壞不僅與控制器的控制邏輯和傳感器有關，還與液壓調(diào)節(jié)器的性能密切相關。在確?？刂破骱蛡鞲衅餍阅艿臈l件下，ABS系統(tǒng)的性能由液壓調(diào)節(jié)器決定。如圖3.2。圖3.2液壓調(diào)節(jié)器AMESIM模型液壓調(diào)節(jié)器作為ABS系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能好壞直接影響ABS的制動效果。因而研究和評價ABS液壓調(diào)節(jié)器是十分重要的，下面由以上元件依照實際工作原理連接，組成ABS液壓調(diào)節(jié)模型。3.3.3控制器模型對于防抱死控制系統(tǒng)，首先應該確定期望滑移率。理論上取最優(yōu)滑移率點作為期望滑移率，選取AMESIM軟件中的控制信號單元，搭建控制單元模型，將滑移率轉化為車速與輪速的差值。由于所采用的PID控制算法是不依賴于數(shù)學模型的，所以為得到最優(yōu)的PID控制效果就要對參數(shù)進行整定，其目的是使系統(tǒng)獲得滿意的制動效果，即系統(tǒng)穩(wěn)定，對給定量變化能迅速跟蹤，不同干擾下，系統(tǒng)輸出能保持給定值，控制性能保持穩(wěn)定。如圖3.3、3.4。圖3.3控制器內(nèi)部結構模型圖3.4AMESIM超級元件模型3.3.4為了提高汽車行駛的安全性，根據(jù)交通法的要求，現(xiàn)代汽車的行車制動系統(tǒng)都采用了雙回路制動系統(tǒng)，采用了串列雙腔主缸。本文也采用了串列雙腔主缸模型，主缸的AMESim模型如圖3.5所示。首先在草圖模式(SketchMode)中根據(jù)主缸的物理結構，和其物理意義，選擇合適的元件，構建出主缸的AMEsim模型，主要包括液壓元件設計庫中的活塞缸子元件，帶彈簧的活塞缸子元件和考慮摩擦的運動質(zhì)量塊子元件等，然后再進入子模型模式為各元件選擇合適的子模型，再進入?yún)?shù)模式，根據(jù)主缸的實際結構確定相應子模型的參數(shù)，前、后缸活塞直徑22.2mm；前、后缸活塞桿徑3.25mm；前缸運動部件等效質(zhì)量0.3kg；后缸運動部件等效質(zhì)量0.2kg；后缸彈簧剛度3.8N/mm，設置完參數(shù)之后就可以進入運行模式進行模型仿真。圖3.5制動主缸模型3.3.5制動器采用鉗盤式制動器。在防抱死制動過程中，制動壓力的反復變化，使輪缸活塞的受力和運動狀態(tài)不斷變化，因此在建立輪缸活塞模型時，應考慮動態(tài)特性的影響，圖3.6為輪缸模型。圖3.6制動輪缸模型根據(jù)輪缸的結構和數(shù)學模型，在AMESim中搭建輪缸的模型，該模型包括機械模塊庫中的一個接觸式彈簧阻尼系統(tǒng)，線性彈簧系統(tǒng)和液壓元件設計庫中的活塞缸以及考慮摩擦的運動質(zhì)量塊，輪缸活塞直徑54mm；輪缸活塞質(zhì)量0.4kg。3.3.調(diào)節(jié)器的增壓閥為常開閥，減壓閥為常閉閥，二者都為二位二通電磁閥，電磁閥自然頻率為50Hz，閥的阻尼比率為0.8，電磁閥最大流量2.5L/min，如圖3.7。增壓閥連接在從制動主缸到制動輪缸的管路中，減壓閥連接在制動輪缸與低壓蓄能器之間。在防抱制動過程中，通過上述的電磁閥開關切換，改變制動液的通路，從而形成增壓、保壓和減壓3種壓力狀態(tài)。圖3.7電磁閥模型3.3.在液壓系統(tǒng)中，液壓泵把驅(qū)動電動機的機械能轉換成液壓系統(tǒng)中油液的壓力能，供系統(tǒng)使用。在此系統(tǒng)中選擇了葉片泵作為減壓回路的動力源，葉片泵具有結構緊湊、涌動平穩(wěn)、輸油均勻等優(yōu)點，通過葉輪高速運轉產(chǎn)生離心力吸油的。泵排量為0.1cc/rev，泵的轉速為3000rev/min，如圖3.8。圖3.8液壓泵模型3.3.蓄能器在流體動力系統(tǒng)中非常有用，它用來儲存能量、消除脈沖。此系統(tǒng)采用的是氣囊式蓄能器，目前應用得最廣泛，它的主要結構由充氣閥、殼體、皮囊和進油閥組成，如圖3.9，氣囊被固定里面充滿惰性氣體。這種蓄能器可用于吸收由于液流速度和方向急劇變化所產(chǎn)生的液壓沖擊，使其壓力幅值大大減小，以避免造成元件損壞。圖3.9蓄能器模型3.4本章小結本章主要分析了ABS液壓系統(tǒng)的工作特點，由電磁閥、液壓泵和蓄能器等共同組成液壓調(diào)節(jié)單元，并根據(jù)傳感器將車輪轉速和車速信號傳給給電子控制裝置，經(jīng)過計算得出控制信號，控制相應的電磁閥、電動泵和儲壓器等組成的制動壓力調(diào)節(jié)裝置，通過制動管路對各制動輪缸實施制動壓力的調(diào)節(jié)，使車輪制動力始終保持在較好的制動狀態(tài)。并運用AMESim軟件根據(jù)系統(tǒng)實際原理搭建了ABS系統(tǒng)模型，包括制動主缸模型，輪缸模型和液壓調(diào)節(jié)器模型和控制器模型，AMESim的圖形化用戶界面使得用戶可以在完整的應用模型庫中選擇需要的模塊來構建復雜系統(tǒng)的模型。建模仿真過程分為四個步驟：構建方案的模型；選擇模型復雜程度；設定模型的參數(shù)；仿真計算分析，為下一章的仿真提供了系統(tǒng)模型。第4章ABS液壓系統(tǒng)仿真4.1仿真車輛參數(shù)本文采用的是海域MB防抱死制動系統(tǒng)進行分析，該車制動系統(tǒng)為液壓驅(qū)動、前盤后鼓制動方式。盤式制動器為浮鉗式制動器，鼓式制動器為領、從蹄式制動器。駐車制動采用手拉桿式機械制動于后輪。具體參數(shù)見表4.1。利用AMESim軟件在液壓建模和動態(tài)仿真方面的優(yōu)勢，模擬ABS實際工作過程，實現(xiàn)增壓、保壓及減壓工作過程的模擬。在實際工作過程中，對于調(diào)節(jié)器液壓特性有主要影響的是制動液、制動管路及控制閥(增、減壓閥)開度大小。選取AMESim控制庫的線性信號元件作為增減壓閥和ABS電機的控制源，仿真時間步長設為0.001s，仿真時間設定為1s，對系統(tǒng)進行仿真。表4.1車輛參數(shù)最大踏板力500(N)空氣阻力系數(shù)0.315轎車迎風面積1.946(m2)車輪靜力半徑268(mm)前后制動器的轉動慣量前42(Kg.m),后20(Kg.m)輪缸活塞的直徑22.2(mm)制動工作容積11.77(cm)制動管路最大液壓12(MPa)制動踏板機構傳動比4.1制動踏板機構及主缸機械效率0.86增壓閥節(jié)流面積0.4mm2工作溫度39.85回油泵排量0.1cc/rev蓄能器容量3ml液壓介質(zhì)密度850kg/m3液壓介質(zhì)體積彈性模量17000bar4.2基于AMESIM汽車ABS液壓系統(tǒng)仿真4.2制動力輸入為系統(tǒng)關鍵部分，作為系統(tǒng)的輸入，經(jīng)過信號放大裝置傳遞給系統(tǒng)，各個部件根據(jù)信號源的輸入量的大小，決定輸出的值所以尤為關鍵。因為這次主要仿真ABS液壓系統(tǒng)在增壓減壓情況，所以定義為3個階段，第一階段制動力大小0～500null，第二階段為500～500null，第三階段為500～0null，每段仿真階段時間為0.5s。如圖4.2為制動力仿真曲線。制動力（N）制動力（N）圖4.2制動力曲線4.根據(jù)仿真結果得到整個仿真過程中制動缸的壓力變化曲線，設定增壓、減壓信號輸出時間分別為0.5s，由圖4.3，4.4可以看到一組制動壓力的增減曲線，在此模型的算法中得到的是一組非線性的壓力曲線，調(diào)整兩個電磁閥模塊的若干特征參數(shù)，可得到不同的制動壓力響應曲線和制動液流量曲線，從而了解各參數(shù)對ABS液壓閥工作壓力動態(tài)響應和制動液流量的影響。壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)圖4.3制動輪缸壓力曲線4.2.流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）圖4.4各個制動輪缸流量曲線4.2.制動輪缸內(nèi)，單活塞桿缸進、出油口的布置為缸筒固定，由于單桿活塞桿左右兩腔的有效工作面積不相等，因此，它在左右方向所產(chǎn)生的推力和速度不相等，液壓油進入無桿腔，活塞開始不斷移動，隨著腔內(nèi)壓力增大，活塞位移增加，隨著壓力不斷減小，工作腔內(nèi)活塞又逐漸向初始位置移動。如圖4.5。位移（m）位移（m）位移（m）位移（m）位移（m）位移（m）位移（m）位移（m）圖4.5制動輪缸活塞位移曲線以0.0s～0.1s一個循環(huán)為例分析，在0.00s～0.50s增壓過程中，增壓閥保持開啟，減壓閥保持關閉，液壓回路在回油泵的工作下，將液壓介質(zhì)導入制動輪缸。輪缸流量在增壓閥開啟后，前期流量迅速增加，0.1s內(nèi)流量由0增至0.18L/min，輪缸體積得到快速的液壓介質(zhì)補充，輪缸壓力達到10bar；增壓后期輪缸壓力趨于飽和，流量降低，但液壓系統(tǒng)具有延遲現(xiàn)象，所以壓力有小幅上升，壓力可達到12bar。增壓過程中，減壓閥處于關閉狀態(tài)。0.5s～1.0s減壓過程中，增壓閥關閉，減壓閥打開，制動輪缸中液壓介質(zhì)通過減壓閥流回回路，部分介質(zhì)儲存在蓄能器里，蓄能器內(nèi)液體迅速增加如圖4.6，減壓閥打開后，此時輪缸中的壓力處于高壓狀態(tài)，富余的介質(zhì)迅速建立流量，輪缸壓力急劇下降，減壓過程中，回油泵將液壓油泵回，如圖4.7，泵內(nèi)流量增加。此時蓄能器，一個作用是消除壓力的沖擊和脈動，消除系統(tǒng)噪聲；另一個重要作用是儲存減壓所排出的液壓介質(zhì)，作為下次增壓的油源。流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）圖4.6蓄能器流量變化曲線圖4.7回油泵流量變化曲線4.2.壓力控制回路是利用壓力控制閥作為回路主要控制元件，控制系統(tǒng)全局或系統(tǒng)局部壓力，以滿足執(zhí)行元件輸出壓力所需要的力或力矩要求的回路，ABS制動液從制動主缸流向各個制動分缸，此ABS系統(tǒng)液壓管路中，左前輪、左后、右前右后輪管路長度分別為5m，1.5m，4.75m，2.25。仿真曲線如圖4.8。流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）流量（L/min）圖4.8各個制動管路流量4.3ABS液壓特性分析4.3.1受電磁閥的開關響應能力、閥芯運動時間、制動管路長度和壓力波傳播速度等因素的影響，在壓力狀態(tài)切換時輪缸的壓力對控制指令的響應存在一定得滯后。從理論上對具體的滯后時間進行標定，不但復雜而且可信度低，所以，通過試驗曲線來得到各切換動作滯后時間的方法顯得更為方便。圖4.9為電磁閥輸入信號曲線，圖4.10為電磁閥切換時輪缸壓力的變化曲線。根據(jù)曲線可看出電磁閥切換滯后約25ms。壓力(bar)信號(null)壓力(bar)信號(null)圖4.9增壓閥信號輸入曲線圖4.10增壓閥壓力變化曲線4.3.2主缸的壓力不同，則常開閥口上下游得壓力差不同，輪缸的壓力增壓速率就不同，如圖4.11和4.12。主缸的壓力是由制動踏板的行程(即駕駛員實施制動時的操縱性)決定的，所以，對ABS車輛進行制動時，要求駕駛員將制動踏板踩到底，以保證輪缸增壓特性的穩(wěn)定性。壓力(bar)壓力(bar)圖4.11主缸壓力曲線圖4.12輪缸壓力曲線壓力(bar)壓力(bar)4.3.3制動液的體積彈性模量和粘度對液壓系統(tǒng)的影響分析系統(tǒng)進行增壓、減壓階段時調(diào)節(jié)器內(nèi)壓力變化情況。液體在外力作用下流動時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象稱為液體的粘性。液體只有在流動時才會呈現(xiàn)出粘性，液體的粘度隨液體的壓力變化而變化。對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大；但是在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，液壓油粘度對溫度的變化十分敏感。由圖，4.13，4.14，4.15看出壓力體積彈性模量10000pa，粘度42.5cp的制動液表現(xiàn)的壓力曲線最為平滑，并且按照設定的增壓，保壓時間完成壓力變化，所以制動液的體積彈性模量越小，粘度越小，調(diào)節(jié)器表現(xiàn)的液壓特性越好。壓力（bar）壓力（bar）圖4.13體積彈性模量20000pa粘度42.5cp壓力（bar）壓力（bar）圖4.14體積彈性模量10000pa粘度42.5cp壓力（bar）壓力（bar）圖4.15體積彈性模量10000pa粘度60cp4.3.4閥節(jié)流系數(shù)和通流面積對液壓系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)在增壓，減壓階段時進行分析，在液體流經(jīng)閥口時，通過改變節(jié)流口通流截面積的大小或通流通道的長短來改變液阻，從而控制通過閥口德流量，閥口大小對流量穩(wěn)定性的控制質(zhì)量影響極大。通流截面積大，通道短，水力半徑大，通流能力強，孔口不容易被堵塞，流量穩(wěn)定行就好，最小穩(wěn)定流量越??；反之，流量穩(wěn)定性就差。由圖4.16，4.17，4.18看出，通流面積1mm2節(jié)流系數(shù)1.0時，壓力變化曲線比較正常，按照規(guī)定完成增壓，減壓過程。所以節(jié)流系數(shù)和通流面積越大，表現(xiàn)的液壓特性越好。容積（cm3容積（cm3）圖4.16通流面積0.4mm2節(jié)流系數(shù)1.0容積（cm3容積（cm3）圖4.17通流面積1mm2節(jié)流系數(shù)1容積（cm3容積（cm3）圖4.18通流面積1mm2節(jié)流系數(shù)0.4通過對ABS液壓控制系統(tǒng)中電磁閥動態(tài)響應的研究，基于AMESIM軟件建立了系統(tǒng)仿真模型，并建立了系統(tǒng)中模塊的數(shù)學模型，為模型分析提供了理論依據(jù)。通過對制動過程中制動主缸、輪缸壓力變化情況和對幾組不同電磁閥通流面積、節(jié)流系數(shù)的分析，可以得到不同制動液體積模量、粘度和不同的電磁閥參數(shù)對系統(tǒng)工作壓力動態(tài)響應的影響，進而可以使設計者能夠方便合理的設計ABS系統(tǒng)中的關鍵參數(shù)。4.4基于Simulink車輛制動過程分析Simulink是MATLAB的一個附加組件，為用戶提供建模和仿真的平臺[17]。它是一種用來實現(xiàn)計算機仿真的軟件工具。Simulink是采用模塊組合的方法來創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算模型，其特點是快速準確。根據(jù)第三章建立的單輪車輛Simulink模型進行分析如圖4.19。圖4.19單輪車輛Simulink模型通過仿真，可以得到車輛制動時有、無ABS作用下的制動時間的差別，當汽車以70Km/h的速度做減速行駛時，可將實際的車體速度v折算為此時車輪所對應的角速度QUOTEr,在實際情況中，由于制動力的存在，車輪并沒有做純滾動，而是以QUOTEr做滑動滾動，此時的QUOTEr總是小于v,這與仿真出來的結論是一致的如圖4.21。圖4.20有ABS作用時的滑移率曲線圖4.21有ABS作用時的車速與輪速曲線在車輛制動模型中，將控制信號的值分別設置為1和0，就可到車輛在有、無ABS作用下的滑移率和車輪角速度曲線。從圖4.21中可以看出，在有ABS作用時，車輪的角速度并不是很快下降直至抱死，而是隨著v緩慢下降，從而大大減少了車輪抱死的可能性，從滑移率曲線上看，在有ABS的作用時，滑移率控制在0.2左右，使附著系數(shù)保持在最大值附近；而無ABS作用時，滑移率很快上升到最大值，使附著系數(shù)急劇下降如圖4.23。而滑移率在0.2附近時，可以提供這與大的附著系數(shù)，從而提供最大的地面制動力，這時保持車輛行駛的穩(wěn)定性有實際意義。圖4.22無ABS作用時的滑移率曲線圖4.23無ABS作用車速與輪速曲線通過Simulink平臺對車輛制動時進行了分析，得到汽車的制動穩(wěn)定性與ABS裝置的密切關系。在急剎車時ABS能夠防止車輪鎖死，并適應輪胎和路面之間的摩擦系數(shù)，制動穩(wěn)定的制動力，以保證制動時車輛的穩(wěn)定性。4.5本章小結試驗結果表明，輪缸的壓力狀態(tài)切換過程存在一定的滯后，滯后特性對防抱死制動效果將產(chǎn)生不利影響，并分析了電磁閥和制動液體積彈性模量和粘度參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，制動液的體積彈性模量越小，黏度越小，調(diào)節(jié)器表現(xiàn)的液壓特性越好?；贏MESim的汽車ABS液壓系統(tǒng)建模與分析，仿真結果可信度較高。AMESim建模為調(diào)節(jié)器的研究提供了一種行之有效的方法。將AMESim用于液壓系統(tǒng)產(chǎn)品設計，使仿真功能得到了極大擴展，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，可有效地利用現(xiàn)有產(chǎn)品的設計成果，使得仿真結果圖形的分析更加方便。本章在Simulink建立汽車ABS模型，對車輛在制動過程中進行了分析，無ABS作用時，滑移率很快上升到最大值，使附著系數(shù)急劇下降，而在有ABS作用時，車輪的角速度并不是很快下降直至抱死，而是隨著v緩慢下降，從而大大減少了車輪抱死的可能性，從滑移率曲線上看，滑移率控制在0.2左右，使附著系數(shù)保持在最大值附近；從而提供最大的地面制動力，這對保持車輛行駛的穩(wěn)定性有實際意義。結論本文通過AMESIM軟件，根據(jù)汽車ABS系統(tǒng)實際工作情況，進行了建模與仿真分析，并得出了ABS系統(tǒng)各個部件在進行增壓，減壓時的壓力、流量等變化曲線。通過改變ABS液壓系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的變化，分析了制動液體積彈性模量和增壓、減壓閥開啟節(jié)流面積變化對液壓系統(tǒng)的影響狀況。本文的主要內(nèi)容和結論可以歸納為以下幾點：（1）在閱讀了大量文獻的基礎上，闡述汽車ABS研究現(xiàn)狀和現(xiàn)實意義，并介紹了ABS的發(fā)展前景。（2）通過分析汽車ABS系統(tǒng)工作狀況，建立了ABS系統(tǒng)的數(shù)學模型，為下面運用軟件建立ABS模型提供理論依據(jù)。（3）從AMESIM模型庫中選取液壓元件模型，按照工作原理圖連接各個元件。但由于ABS系統(tǒng)需要在增壓、保壓、減壓三種狀態(tài)下工作，根據(jù)一定的控制邏輯進行切換，運行AMESIM軟件對ABS液壓系統(tǒng)模型進行仿真，分析ABS液壓系統(tǒng)響應特性，得出制動液的體積彈性模量越大，粘度越小，調(diào)節(jié)器表現(xiàn)的液壓特性越好，并且節(jié)流系數(shù)和通流面積越大，表現(xiàn)的液壓特性越好。（4）通過對ABS原理的深入研究，對制動過程的深入分析以及對多種控制方法特點的分析，在MATLAB/Simulink中搭建汽車ABS模型，對車輛在制動過程中進行了分析，無ABS作用時，滑移率很快上升到最大值，使附著系數(shù)急劇下降，而在有ABS作用時，車輪的角速度并不是很快下降直至抱死，而是隨著v緩慢下降，從而大大減少了車輪抱死的可能性，從滑移率曲線上看，滑移率控制在0.2左右，使附著系數(shù)保持在最大值附近；從而提供最大的地面制動力，這對保持車輛行駛的穩(wěn)定性有實際意義。至此，對ABS液壓系統(tǒng)的仿真基本完成，雖然仿真完成，但還存在一些不足：ABS液壓系統(tǒng)是非線性的，各環(huán)節(jié)的延遲等動態(tài)特性使工作過程非常復雜，建立其精確的模型并不是很理想，并且在AMESIM環(huán)境中建立的ABS液壓系統(tǒng)需要在增壓、保壓、減壓三種狀態(tài)下循環(huán)工作，需要根據(jù)一定的控制邏輯進行切換，在控制信號的調(diào)整方面還存在不足。參考文獻[1]程軍．車輛防抱系統(tǒng)控制的研究[J]．汽車技術，2000，21（3）：15-55.[2]徐達．汽車防抱死制動系統(tǒng)[J].武漢汽車工業(yè)大學學報，2002，7（1）：11-106.[3]程偉濤．ABS的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J]．商用汽車雜志，2002，4（5）：21-44.[4]李朝祿，劉榮華譯.汽車制動防抱死裝置構造與理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995：21-126.[5]郭健忠，果繼輝．制動防抱死系統(tǒng)及其正確使用[J]．公路與汽運，2002，（5）：14-48.[6]司利增．汽車防滑控制系統(tǒng)ABS[M].北京：人民交通出版社，2001：18-95[7]張新．汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的理論與實踐[M].長沙：中南大學出版社,2005：22-80.[8]何宇平．汽車制動性能的研究[J]．北京理工大學學報，2002（5）：19-153[9]郭辛．\o"ABS液壓系統(tǒng)建模研究"ABS液壓系統(tǒng)建模研究[J]．綿陽師范學院學報，2003（4）：11-106[10]李有義．液力傳動[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001：1-59.[11]霍夫曼．液壓元件及系統(tǒng)的動態(tài)仿真[M].浙江大學出版社，2004：4-55[12]余佑官．AMESim仿真技術及其在液壓系統(tǒng)中的應用[J]．液壓氣動與密封，2005,(3):28-31.[13]王春行．液壓控制系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社，2000：22-45.[14]錢學森，宋?。こ炭刂普揫M].科學出版社，2002：4-55[15]江玲玲，張俊?。贏MESim的液壓位置伺服系統(tǒng)動態(tài)特性仿真[J].機床液壓，2001,(3):12-106.[16]姚?。瓵MESim建模與仿真[M].西安電子科技大學出版社，2002，5-90.[17]沈輝．精通Simulikn系統(tǒng)仿真與控制[M].北京大學出版社，2003，9-80.[18]Leffler．ElectronicBrakeManagementEBM-ProspectsofanIntegrationofBrakeSystemandDrivingStabilityControl[J].SAE960954，2000,4(2)：5-22.[19]Jonner．Winner，Dreilick，Schunck，ElectrohydraulicBrakeSystem-TheFirstApproachtoBrakebyWireTechnology[J].SAE960991，2000,4(2):11-24.致謝大學生活馬上就要結束了，我首先感謝大學學院的老師們，特別是我的指導老師，張金柱老師，從他身上我學到了許多寶貴的知識。他在學業(yè)上對我的悉心指導，以及孜孜不倦、嚴謹細致的科研態(tài)度，更令我受益非淺。本設計從最初的方案選取到完成，每一步都是在老師的指導下完成的，傾注了老師大量的心血。沒有老師的細心指導，就沒有今天的成績。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。本設計的順利完成，也離不開許多同學的大力支持。在此感謝張鯤鵬，當我使用AMESIM軟件中遇到問題時，是他給我細心的講解，并與他共同思考，沒有他的幫助是無法完成設計的，同窗之間的友誼長存。對在一直給我鼓勵的王雪飛、楊明、張毅、孫純表示真誠的感謝。感謝他們曾經(jīng)為我在畢業(yè)設計過程中的支持和鼓勵。在這次的畢業(yè)設計過程中得到了指導老師張金柱的大力支持，在此表示深深的敬意和衷心的感謝。感謝汽車工程系的各級領導和車輛工程教研室的各位老師，在畢業(yè)設計期間他們給了我莫大的幫助。附錄附錄A英文原文Anti-lockBrakingSystemAnanti-lockbrakingsystem,isasafetysystemwhichpreventsthewheelona\o"Motorvehicle"motorvehiclefromlockingwhile\o"Brake"braking.Arotatingroad\o"Wheel"wheelallowsthedrivertomaintainsteeringcontrolunderheavybrakingbypreventinga\o"Skid"skidandallowingthewheeltocontinueinteracting\o"Traction"tractivelywiththeroadsurfaceasdirectedbydriversteeringinputs.WhileABSoffersimprovedvehiclecontrolinsomecircumstances,itcanalsopresentdisadvantagesincludingincreasedbrakingdistanceonslipperysurfacessuchasice,packedsnow,gravel,steelplatesandbridges,oranythingotherthandrypavement.ABShasalsobeendemonstratedtocreateafalsesenseofsecurityindrivers,whomaydrivemoreaggressivelyasaresult.Sinceinitialwidespreaduseinproductioncars,anti-lockbrakingsystemshaveevolvedconsiderably.Recentversionsnotonlypreventwheellockunderbraking,butalsoelectronicallycontrolthefront-to-rearbrakebias.Thisfunction,dependingonitsspecificcapabilitiesandimplementation,isknownas\o"Electronicbrakeforcedistribution"electronicbrakeforcedistribution,\o"Tractioncontrolsystem"tractioncontrolsystem,emergency\o"Brakeassist"brakeassist，or\o"Electronicstabilitycontrol"electronicstabilitycontrol.EarlyABSAnti-lockbrakingsystemswerefirstdevelopedfor\o"Aircraft"aircraftin1929,bythe\o"France"French\o"Automobile"automobileand\o"Aircraft"aircraftpioneer,\o"GabrielVoisin"GabrielVoisin,as\o"Thresholdbraking"thresholdbrakinganairplaneisnearlyimpossible.Anearlysystemwas\o"DunlopRubber"Dunlop's\o"Maxaret(pagedoesnotexist)"Maxaretsystem,introducedinthe1950sandstillinuseonsomeaircraftmodels.In1958a\o"RoyalEnfieldSuperMeteor"RoyalEnfieldSuperMeteor\o"Motorcycle"motorcyclewasusedbythe\o"RoadResearchLaboratory(pagedoesnotexist)"RoadResearchLaboratorytotesttheMaxaretanti-lockbrake.TheMaxaretworksbydetectingrapiddecelerationsofthewheelthatmaycauseittolockandreleasesandre-appllieshydraulicpressuretothebrakeseveraltimesasecond,keepingtheaveragebrakingeffortatthemaximumthatcanbeusedbytheroadsurfaceandtyrecombination.Theexperimentsdemonstratedthatanti-lockbrakescouldbeofgreatvalueonmotorcycles,whereskiddingisinvolvedinahighproportionofaccidents.Stoppingdistanceswerereducedinalmostallthetests,comparedwithlockedwheelbraking,butparticularlyonslipperysurfaces,wheretheimprovementcouldbeasmuchas30percent.Enfield'sTechnicalDirectoratthetime,TonyWilson-Jonessawlittlefutureinthesystem,however,anditwasnotputintopr