汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究

汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究,汽車,抱死,制動,系統(tǒng),控制,節(jié)制,方法,法子,仿真,研究,鉆研 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 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(xué) 號： 0923084 學(xué)生姓名： 蔣 耀 指導(dǎo)教師： 陳炎冬（職稱：講師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容 外，本畢業(yè)設(shè)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(xué) 號： 0923084 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 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(jìn)步。但是由于電子 元件的故障導(dǎo)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(jìn)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(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 從實踐中選題，了解 ABS 系統(tǒng)的意義； ② 學(xué)會搭建正確的車輛制動動力學(xué)模型； ③ 學(xué)習(xí) Matlab/simulink 相關(guān)知識，掌握其操作過程，學(xué)會用 simulink 進(jìn)行仿真； I ④ 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； ⑤ 能對四分之一車輛模型進(jìn)行正確的受力分析； ⑥ 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(wù)學(xué)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(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 為了能夠準(zhǔn)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(jìn)行研 究，本設(shè)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(jìn)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(jì)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(shè)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(shè)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(xué)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(xué)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(dá)到防止車輪在制動過程時抱死的目的， 還能準(zhǔn)確控制車輪的運動狀態(tài)，因此證明本次設(shè)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 III 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 process’s simulation analysis is effective. Key words：brake ；antilock braking system；simulation ；Matlab/Simulin k 目 錄 摘 要 .III ABSTRACTIV 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(xué)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 I 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(xiàn) .43 附錄 .44 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 課 題 研 究 的 意 義 對車輛的制動過程進(jìn)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(shè)計, 采用實驗的方法雖然可以獲準(zhǔn)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(jìn)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(jìn) 行 受 力 分 析 ， 建 立 單 輪 車輛制動過程的動力學(xué)數(shù)學(xué)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(jìn)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(jìn)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。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 1 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(jì)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(yán)重的事故。ABS能防止四個輪子是完 全鎖當(dāng)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(dǎo)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(yán)重時將無法繼續(xù)使用。因此,配有ABS 具有一定的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(rèn)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(fēng)汽車公司、重慶高速公路研究所、大學(xué)西安市公路、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工 大學(xué)、上海汽車制動器有限公司和山東中國重汽集團(tuán)等。典型的有以下幾個。清華大學(xué) 國家重點實驗室等汽車安全與節(jié)能宋健幾個博士生導(dǎo)師、教授,擁有強大的技術(shù)力量,他們 也有一批先進(jìn)的儀器和設(shè)備的配套,如汽車力學(xué)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(zhǔn)試驗臺,柯達(dá)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(dāng)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 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 控制系統(tǒng)等。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(yīng)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(xué)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(xué)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(xué)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(dá)到世界先進(jìn)水平。 中國南方學(xué)院技術(shù)學(xué)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(shè)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(xué)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(yīng)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(jì)南程軍電子科技公司為代表的ABS專家程軍、濟(jì)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(xué)控制方面進(jìn)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(shè)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(rèn)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(xué)技術(shù)委員會和機械行業(yè)新產(chǎn)品 鑒定的陜西省,認(rèn)為該技術(shù)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。 山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一些進(jìn)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(yīng)性還有待提高。 清華大學(xué)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(yīng)用陶瓷材 料將迅速擴(kuò)大,應(yīng)用金剛石、立方氮化硼超硬材料將進(jìn)一步擴(kuò)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。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 3 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(fēng)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(dāng)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(fēng)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(jìn)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(yīng)用適當(dāng)?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 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 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。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(dāng)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(jìn)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(dāng)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。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 5 圖 3.2 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況 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(dāng)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 : （3.1）ttbV rwS??10 式中: S b — 滑移率 ; Vt — 汽車的理論速度(車輪中心的速度) ; ω— 汽車車輪的角速度; r — 汽車車輪的滾動半徑。 由上式可知:當(dāng)車輪中心的速度(即汽車的實際車速 ) Vt 等于車輪的角速度 ω 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(dāng) ω = 0 時,S b = 100 % ,車輪完全抱死 而作純滑動;當(dāng) 0 Sb 100 %時,車輪既滾動又滑動。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 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(dāng) 輪胎純滾動時,縱向附著系數(shù)為零;當(dāng)滑移率為15 % ～30 %時,縱向附著數(shù)達(dá)到峰值;當(dāng)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( S b = 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(dāng)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。 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 7 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?；坡屎涂v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(yīng)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(dá)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(shè)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(biāo)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(yīng)車 輪提供了路面制動力。路面制動力是使汽車制動并進(jìn)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） 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 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： xb MFr?? （3.2） 式中: —路面制動力，N ；xbF —制動器摩擦力矩, Nm 。M? 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(dāng)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： （3.3）r MF?? 式中: —制動器制動力，N 。F? 當(dāng)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 (3.4) WFxb??? 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 9 max （3.5）xbF=? 式中: —路面附著力，N；F? —車輪上的垂直載荷，N；W —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(dāng)路面制動力達(dá)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(dá)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(dāng)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 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng) 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?一旦遇上緊急狀態(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(dāng)車輪鎖。當(dāng)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?圍內(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(dāng)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(dǎo)致嚴(yán)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(dāng)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 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 11 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(biāo),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A(chǔ)BS控制方法,即控制參數(shù)事先指定并設(shè)置相應(yīng)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(fù)試驗獲得的數(shù)據(jù)),當(dāng)制動器將檢測實際參數(shù)和ECU設(shè)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(dāng)車輪的減速控制閾值集的瞬時近似實施控制的ABS輪速的初 始速度,并遵循斜率近似集在任何時間的過程中計算確定制動速度(參考速度),計算出參 考速度和輪速度在任何時刻的過程中制動輪參考滑移率是用于ABS制動過程控制。輪在 ABS控制,如何加、減速度閾值閾值和滑移率、各種綜合控制參數(shù)。單獨使用任何一種閾 值參數(shù)有顯著的限制來控制。例如：輪只是加、減速度作為控制閾值，當(dāng)汽車在高速公 路上低附著系數(shù)在緊急制動,由于制動驅(qū)動輪減速達(dá)不到控制閾值、ABS將無法控制輪,因 此會有一個鎖現(xiàn)象；如果只車輪滑移率作為控制閾值，由于汽車在不同的路面情況，縱 向附著系數(shù)最大的速度變化范圍大的滑移(8% - 30%)，因此只有通過滑動率的固定閾值 法作為控制閾值,很難保證各種道路條件下可以獲得最佳的制動效果。ABS輪更常用的加， 因此，進(jìn)行全面的控制速度和滑動率閾值方法，ABS具有較高能力的自動自適應(yīng)控制，確 保條件下的各種道路條件和道路表面的制動安全。 3.7 ABS 控 制 技 術(shù) 及 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 控股制動系統(tǒng)是一個典型的反饋控制過程。如果車輛系統(tǒng)為控制對象,車輪速度傳感 器作為檢測元件的反饋量,保持制動系統(tǒng)的基本原理和功能,預(yù)防、控制和調(diào)整制動管路壓 力,控制和調(diào)整制動器摩擦制動轉(zhuǎn)矩,使道路制動功率的最大值,即使車輪滑移率是 15% ~ 25%范 圍內(nèi),以確保制動有高附著系數(shù)利用率的過程中,為了提高制動效率,滿足制動性能的綜合要 求,即制動距離短,橫向穩(wěn)定性好,良好的轉(zhuǎn)向控制,保證汽車制動有足夠高的安全與舒適。 汽車控股制動系統(tǒng)邏輯發(fā)展到現(xiàn)在,各種形式的邏輯。因為沒有一個統(tǒng)一的邏輯質(zhì)量 評價指標(biāo),只能根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行比較,以及各種條件邏輯設(shè)計和優(yōu)化 ABS 帶來了很大的不 便。在這之前有許多人進(jìn)行了研究,有邏輯閾值控制、PID 控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊 控制、開關(guān)控制。 邏輯門限控制，是一個典型的基于邏輯門限控制方法，它是一個控制方法、歷史最悠 久的使用是汽車 ABS 控制方法所采用的一般。一些參數(shù)的閾值方法被用來控制，即根據(jù) 輪加、減速和參考滑移率限制的增壓、減壓、壓力控制、車輪滑移率的最優(yōu)滑移率附近 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 波動。是一種有效的控制方法對非線性系統(tǒng)。該方法系統(tǒng)的可靠性和控制參數(shù)少，成分 簡單，但是控制參數(shù)的調(diào)整需要更多的經(jīng)驗。 PID 控制,該方法是基于滑移率，甚至實際滑移率控制在最優(yōu)滑移率點或接近它。理論 上,這個系統(tǒng)是最好的，但它的實現(xiàn)是困難的，尤其是在最佳滑移率點不容易確定，因此 理論研究和仿真工作更多，但是沒有實際的系統(tǒng)控制。 滑模變結(jié)構(gòu)控制,基于經(jīng)典控制理論的數(shù)學(xué)控制的控制是一類特殊的非線性控制方法， 該方法根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，偏差的導(dǎo)數(shù)值,不同的控制區(qū)域,在一個理想的方法來切換控制音量 的大小，使系統(tǒng)在開關(guān)線相鄰區(qū)域來回運動，使系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的滑動曲線非常小在滑動沿 著在節(jié)曲線。 模糊控制方法,它是一種模仿人類的思維方式和控制經(jīng)驗，介紹經(jīng)驗的正規(guī)和控制過 程,用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)處理,實現(xiàn)模糊推理、判斷決策,以達(dá)到令人滿意的結(jié)果。它首先將數(shù)字量 的精確的模糊集隸屬函數(shù)，然后根據(jù)模糊控制規(guī)則發(fā)展的控制器，模糊邏輯推理，得到 模糊輸出隸屬函數(shù)，根據(jù)推理為隸屬函數(shù)，并使用不同的方法來找到一個精確值的代表 作為控制量，添加到控制執(zhí)行機構(gòu)。 在上面的幾種控制方法，邏輯閾值控制方法是一種控制方法,歷史最悠久的使用是汽車 ABS控制方法所采用的一般，這是一種控制模式經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,它使用一些參數(shù)(如加、減 速度)控制閾值的方法，并把一些輔助閾值，它是一種有效的非線性系統(tǒng)控制方法。這種 控制方法的優(yōu)點是:首先,它不涉及使用特定的控制數(shù)學(xué)模型，從而消除了大量的數(shù)學(xué)計算， 并且可以提高系統(tǒng)的實時響應(yīng)，使軍備控制復(fù)雜的非線性問題簡化；第二，它需要更少 的控制參數(shù)，特別是消除了速度傳感器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本大大降低；此外，它的 執(zhí)行機構(gòu)是相對容易實現(xiàn)。其缺點是系統(tǒng)控制邏輯比較復(fù)雜，控制不穩(wěn)定，控制系統(tǒng)在 不同的閾值方法是經(jīng)過反復(fù)試驗獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，尚未完全根據(jù)這一理論，并完成ABS裝 置與邏輯閾值方法對窮人兼容性的各種模型。當(dāng)使用這種控制方法對模型開發(fā)新ABS裝置， 需要更多的時間和大量的實驗來確定和調(diào)整控制邏輯和控制參數(shù),以達(dá)到最佳的制動效果。 滑模變結(jié)構(gòu)方法的理論,具有很強的適應(yīng)性,但滑動運動在剖面線開關(guān)抖動由于慣性的 系統(tǒng)當(dāng)疊加,所以在該方法應(yīng)用到實際,必須首先解決抖動問題的系統(tǒng)。 最優(yōu)控制方法非常成熟的理論，它將車輪的角速度和角加速度作為狀態(tài)變量，優(yōu)化控 制系統(tǒng),可以實現(xiàn)良好的理論上的制動性能。然而，滑模變結(jié)構(gòu)和最優(yōu)控制是現(xiàn)代控制理 論的控制方法,其應(yīng)用的成功，關(guān)鍵在于數(shù)學(xué)模型是正確的,事實上,幾乎不存在或無法控制,動 態(tài)模型的參數(shù)識別精度的模型本身就是問題，關(guān)鍵的車輛分布(如乘客裝載質(zhì)量和數(shù)量和 位置)在實踐中也是可選的。和以獲得所需的數(shù)學(xué)模型在相關(guān)控制參數(shù)和狀態(tài)變量，它們 都需要準(zhǔn)確的實時速度的確定車身的。在車輛制動速度，然而，不平等與車輪的轉(zhuǎn)速、 車輪速度來間接計算速度，在實時性、準(zhǔn)確性可以滿足要求的兩個控制方法。目前，以 滿足需求的速度傳感器，因為它的成本是相對較高的，不能使用。此外，對于這兩種控 制方式的電動伺服機制也比較復(fù)雜，因此降低了系統(tǒng)的可靠性，采用了在實踐中。 模糊控制也是一種控制方法基于經(jīng)驗，但其控制基于之前構(gòu)建一個規(guī)則庫，同時有很 多控制規(guī)則在規(guī)則庫和隸屬度,基于模糊推理和模糊,然后根據(jù)控制音量控制。所以,它可 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 13 以保持各種復(fù)雜工作環(huán)境的特點建立了足夠的經(jīng)驗規(guī)則,共同來控制汽車制動過程。因為 每個規(guī)則只有一個特定形式的隸屬度來影響最終的結(jié)果，當(dāng)外面的世界,當(dāng)面對只有輕微 影響最終結(jié)果，系統(tǒng)的魯棒性好。并不是基于模糊控制模型，這使得它特別適合解決非 線性問題和復(fù)雜的系統(tǒng)。又因為它是一種控制,基于語言特點給機器可以把人們的思維、 ABS 具有一定的智能,更能適應(yīng)不斷變化的環(huán)境,但模糊控制的計算方法不是有效的一般， 只能依靠設(shè)計者的經(jīng)驗和多次調(diào)試，還需要根據(jù)實驗。 目前實際應(yīng)用最廣泛的和更有效的制動控制武器系統(tǒng)控制方法的邏輯門限控制，該方 法已在國外成熟，一個非常有用的控制方法。因此，有必要開發(fā)控制方法應(yīng)用于制動控 制系統(tǒng)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 4 基于 MATLAB 軟件的仿真分析 4.1 計 算 機 仿 真 仿真一個單詞源自英語“Simulink”,是真正的系統(tǒng)(物理)在不破壞的前提下,物理性 質(zhì)的一種合理簡化和高度概括。仿真不僅是計算機應(yīng)用的一個重要方面,近年來快速發(fā)展 的一個新學(xué)科。 在系統(tǒng)的分析設(shè)計過程中,除了使用理論分析和計算進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究,往往需 要對系統(tǒng)的特點。這個實驗的研究一般有兩種:一種是在實際的系統(tǒng),另一個是在模型上。 從安全、經(jīng)濟(jì)和可能性考慮許多方面,很難做實驗在實際系統(tǒng)。所以在早期采用的模型試 驗。所謂模擬，就是使用系統(tǒng)模型結(jié)合實際或模擬環(huán)境條件進(jìn)行研究，分析或?qū)嶒灧椒ā?其目的是力求在實際系統(tǒng)建立，是近于實際的成果。通過仿真,可以是一個部分的績效評 估系統(tǒng);試驗一些新的系統(tǒng)的理論假設(shè),等等。 4.1.1 計算機仿真的分類 根據(jù)系統(tǒng)模型的仿真系統(tǒng)仿真可分為物理模擬和數(shù)值模擬。與物理模型來模擬實際 的系統(tǒng)通常被稱為物理模擬。在計算機和數(shù)字仿真試驗進(jìn)行了系統(tǒng)模型，也稱為計算機 仿真。對于一個真正的系統(tǒng)，因為自己的復(fù)雜性，很難用一個物理模型模擬。為了研究 一些復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計來創(chuàng)建一個物理模型通常需要一個沉重的代價，周期長。 數(shù)字計算機仿真是解決困難的模擬計算機仿真。近年來,快速發(fā)展的數(shù)字集成電路技 術(shù),數(shù)字仿真的趨勢日益明顯。本文還使用在數(shù)字仿真。數(shù)字仿真通常使用以下三種方法： 第一個方法是模擬編程仿真本身。在使用這種方法,要求用戶建立良好的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型。因此,這種方法通常用于系統(tǒng)簡單、仿真本身有一定的建模和編程能力。 第二種方法是數(shù)學(xué)模型由用戶自己設(shè)置。選擇一些常見算法圖書館系統(tǒng)是模擬的， 如在應(yīng)用 Matlab Simulink 仿真。 第三種方法是選擇專用仿真軟件仿真。這個軟件通常提供一個建模工具,用戶只需要 方式根據(jù)原理圖仿真數(shù)據(jù)。專業(yè)軟件自動建模和仿真輸出結(jié)果。 顯然第三的這三種方法是最簡單的，它只需要用戶輸入仿真數(shù)據(jù)，但它的成本也增 加了。第一種方法的缺點是,模型是更困難的，模擬編程能力要求較高。 4.1.2 Matlab 及 Simulink 的簡要介紹 （1） Matlab 簡介 Matlab是 MathWorks公司1982年推出高性能的數(shù)值計算和可視化軟件,它集數(shù)值分析、 矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體,構(gòu)成了一個方便、界面友好的用戶環(huán)境。 Matlab意味著矩陣實驗室( 矩陣實驗室),首先由解包和EISPACK計劃開發(fā)的,主要用于 方便訪問矩陣,是基本元素不必定義維度矩陣。經(jīng)過多年的改進(jìn)和擴(kuò)展,已發(fā)展了線性代數(shù) 課程標(biāo)準(zhǔn)工具,也是其他課程領(lǐng)域的實用程序。在工業(yè)環(huán)境中,Matlab是用來解決實際工程 和數(shù)學(xué)問題。 Matlab 包括稱為 Toolsbox(裝備) 的各種應(yīng)用解決問題的工具。 Matlab 工具箱的實際上 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 15 是擴(kuò)展應(yīng)用一系列的 Matlab 函數(shù)( 稱為 M 文件), 它可以 用來解決這個問題的每一個特定的紀(jì)律。 Matlab 軟件的特點： 在 Matlab 環(huán)境下，用戶可以方便地進(jìn)行程序設(shè)計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、 文件管理等各項操作?，F(xiàn)將它的一些重要特色進(jìn)行如下小結(jié)。 1.數(shù)值與符號的計算功能強大 強大的計算、符號、形式和規(guī)模的數(shù)值計算可以完成，強大的矩陣運算能力和能力 可以解決大問題的稀疏矩陣。Matlab數(shù)值計算功能包括矩陣運算、多項式、有理分式運算、 數(shù)據(jù)分析、數(shù)值積分和優(yōu)化等。 2.語言簡單易學(xué) Matlab除了命令行交互操作,您也可以通過編程。可以很容易地使用Matlab 對C或 Fortran語言幾乎所有的功能,包括窗戶的設(shè)計圖形用戶界面，并且容易學(xué)習(xí)的編程語言。 Matlab強大的可擴(kuò)展性，用戶可以編輯你的工具箱。 3.圖形功能強大 Matlab提供了兩個級別的圖形命令行:一個是低級圖形圖形命令語句；另一種是基于 低級圖形命令先進(jìn)的圖形命令。利用MATLAB高級圖形命令可以很容易地繪制2 d、3 d和4 d圖形，圖形和坐標(biāo)可進(jìn)行精細(xì)控制，識別、視覺角度和燈光設(shè)計、色彩等等。 4.應(yīng)用工具箱特色 Matlab應(yīng)用程序工具包分為基本的工具箱，工具箱，一般專業(yè)工具盒?；竟ぞ?盒子有成百上千的內(nèi)部功能,是核心部分。通用工具盒主要用于擴(kuò)大其符號計算、可視化 建模、仿真和文本處理功能等。專業(yè)工具盒專業(yè)性更強,如控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、信號處 理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化,如金融工具箱,用戶可以直接使用該工具包,用于相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研 究。 產(chǎn)品組是廣泛應(yīng)用于 Matlab,包括信號和圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通信、系統(tǒng)仿真、和 許多其他領(lǐng)域。開放的結(jié)構(gòu)使它容易為一個特定的 Matlab 產(chǎn)品組擴(kuò)大需求,不斷深化理 解的問題的同時,提高他們的競爭力。它允許用戶設(shè)置完成指定功能 M 文件,從而構(gòu)成了 一套適用于其他領(lǐng)域。對于一個工程師從事特定領(lǐng)域的工作,不僅可以使用函數(shù)和基本的 工具箱提供的函數(shù),運用 Matlab 編寫,可以很容易地構(gòu)造的特殊函數(shù),從而大大延長了 Matlab 的應(yīng)用范圍。 Matlab 主要產(chǎn)品構(gòu)成有 :Matlab, Matlab Toolbox, Matlab Compiler, Simulink,Stateflow, Real-Time Workshop 等。 （2） Simulink 簡介 仿真軟件是Mathworks公司開發(fā)的另一個著名的動態(tài)仿真系統(tǒng),它是一個額外的組件 的MATLAB,為用戶提供一個建模和仿真的工作平臺。因為它的許多功能是基于 Matlab軟 件平臺,必須運行在Matlab的Simulink,有人也叫Matlab工具箱。它可以實現(xiàn)集成的動態(tài)系統(tǒng) 的建模和仿真環(huán)境,并可以根據(jù)客戶的要求設(shè)計和使用系統(tǒng)改造和優(yōu)化,以提高系統(tǒng)的性能 正在努力實現(xiàn)高效開發(fā)系統(tǒng)的目的。 仿真軟件特點:仿真軟件的一種延伸和特性,Matlab軟件是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真 軟件包,其主要區(qū)別在于用Matlab語言,它與用戶界面交互建?；赪indows圖形輸入,它的 優(yōu)點是,用戶可以將更多精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建,而不是編程語言。建模圖形輸入是指 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 仿真軟件提供了一些基本功能模塊分類功能的系統(tǒng),用戶只需要知道輸入/輸出功能模塊和 功能模塊的功能,而不必檢查內(nèi)部是如何實現(xiàn)功能模塊,通過調(diào)用這些工作基本功能模塊,然 后將它們連接在一起可以構(gòu)成系統(tǒng)需要模型,從而實現(xiàn)系統(tǒng)仿真模型的分析和構(gòu)建。 仿真軟件來模擬線性和非線性系統(tǒng),連續(xù)和不連續(xù)系統(tǒng),或者一個組合的系統(tǒng),它是一 個功能強大的工具為系統(tǒng)仿真。此外,它還提供了一個圖形,動畫處理方法對用戶觀察整個 過程的系統(tǒng)仿真。仿真軟件的顯著特點是快速,準(zhǔn)確,對于更復(fù)雜的非線性系統(tǒng),效果更明顯。 仿真軟件提供了一個功能原則 提供了一個功能EIIaSimulink規(guī)則- S函數(shù)。 S函數(shù)可以是一個M文件,C語言程序,或 其他高級語言程序。Simulink模型或功能模塊可以調(diào)用函數(shù),通過一定的語法規(guī)則的年代。 多虧有引入S函數(shù),使模型更完整、更強大的處理能力。 仿真軟件的另一個重要特性是它的開放性,它允許用戶定制自己的功能模塊和模塊庫。此 外,仿真軟件為用戶提供了更全面的幫助系統(tǒng),指導(dǎo)用戶如何使用這些功能模塊。 模型包含水槽(輸出),源(輸入),線性(線性)和非線性(非線性鏈接),連接(連接與接口)和 額外的(鏈接)其他子模型庫,每個對應(yīng)的功能模塊包括在模型庫,用戶還可以創(chuàng)建自己的 模塊。 用 Matlab 仿真軟件集成在一起,用戶可以在兩種條件下的仿真,分析和修改該模型。 下圖 4.1 為 Simulink 模塊庫界面截圖： 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 17 圖 4.1 Simulink 模塊庫界面截圖 4.2 制 動 方 程 建 立 4.2.1 盤式制動器制動力矩的計算 假設(shè)所有的摩擦表面的線接觸制動盤和均勻壓力分布,所有單位將制動器的制動力矩 為： （4.1）RfFM02?? 式 中 ： f為 摩 擦 因 數(shù) ； 為 單 側(cè) 制 動 塊 對 制 動 盤 的 壓 緊 力 ； R為 作 用 半 徑 。0 普通的風(fēng)扇表面的摩擦襯塊,如果它的徑向?qū)挾炔皇呛艽?Rm或有效半徑R等于平均半 徑的再保險,實際上平均半徑的Rm有足夠的精度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.2 單 側(cè) 的 制 動 塊 加 于 制 動 盤 的 制 動 力 矩 如 圖 4.2， 平 均 半 徑 為 12()/mR?? （4.2） 式 中 ， 和 為 摩 擦 襯 塊 扇 形 表 面 的 內(nèi) 半 徑 和 外 半 徑 。1R2 設(shè) 制 動 盤 與 襯 塊 之 間 的 單 位 壓 力 為 p， 則 在 不 同 的 微 元 面 積 上 的 摩 ?dR 擦 力 對 制 動 盤 中 心 的 力 矩 為 ， 而 如 圖 4.1 ?dfR2 單 側(cè) 的 制 動 塊 加 在 制 動 盤 上 的 制 動 力 矩 應(yīng) 為 （4.3） 21 321()RMfpfpR???????? 單 側(cè) 的 襯 塊 加 在 制 動 盤 的 總 摩 擦 力 為 （4.4）???? ??21 210RfdffF 所 以 有 效 的 半 徑 為 （4.5） 3210()2eMf??? 可 得 ， 有 效 半 徑 Re就 是 扇 形 表 面 的 面 積 中 心 至 制 動 盤 中 心 距 離 。 上 式 也 可 以 寫 成 是 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法仿真研究 19 （4.6）????me R RR???????????????????