ABS系統(tǒng)研究論文

1、1/ 24摘要：利用機(jī)械動力學(xué)仿真軟件ADAMS 建立汽車 ABS 的機(jī)械動力學(xué)模型，在MATLAB/SIMULINI 環(huán)境下建立 Jetta GTX 轎車的 ABS 控制模型，構(gòu)成了 ABS 機(jī)電液一體化聯(lián)合仿真的動力學(xué)控制模型。利用MATLAB 確定了 ABS 的控制參數(shù)的門限值， 進(jìn)行了仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理和分析， 與大量的 ABS 實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)對比，改進(jìn)模型準(zhǔn)確度，獲得了正確和可行的 ABS 仿真控制模型，為加速開 發(fā) ABS 的控制算法奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：ABS 動力學(xué)控制模型 聯(lián)合仿真 ADAMS MATLAB/SIMULINK2/ 24第一章 概述“ABS”Anti -lock

2、edBrakingSystem ）中文譯為“防抱死剎車系統(tǒng)” . 它 是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng)。ABS 是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)，可分機(jī)械式和電子式兩種。b5E2RGbCAP現(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)，ABS 既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方 向穩(wěn)定性， 防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏， 是目前汽車上最先進(jìn)、 制動效果最佳的制 動裝置。p1EanqFDPw普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制 動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。近年來由于汽車消費(fèi)者對安全的日益重視，大部分的車都已將AB

3、S 列為標(biāo)準(zhǔn)配備。如果沒有 ABS 緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦 變成滑動摩擦，制動力大大下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉(zhuǎn)向能 力；如果后輪先抱死，車輛容易產(chǎn)生側(cè)滑，使車行方向變得無法控制。所 以，ABS 系統(tǒng)通過電子機(jī)械的控制，以非?？斓乃俣染艿目刂浦苿右簤毫?的收放，來達(dá)到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉(zhuǎn) 向能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力。DXDiTa9E3d隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，安全性日益成為人們選購汽車的重要依 據(jù)。目前廣泛采用的防抱制動系統(tǒng)ABS 使人們對安全性要求得以充分的滿足。RTCrpUDGiT汽車制動防抱系統(tǒng)，簡稱

4、為 ABS 是提高汽車被動安全性的一個重要裝 置。有人說制動防抱系統(tǒng)是汽車安全措施中繼安全帶之后的又一重大進(jìn)展。 汽車制動系統(tǒng)是汽車上關(guān)系到乘客安全性最重要的二個系統(tǒng)之一。隨著世界 汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的安全性越來越為人們重視。汽車制動防抱系 統(tǒng)，是提高汽車制動安全性的又一重大進(jìn)步。5PCzVD7HxAABS 防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當(dāng)車輛制動時，它能使車輪保持 轉(zhuǎn)動，從而幫助駕駛員控制車輛達(dá)到安全的停車。這種防抱制動系統(tǒng)是用速 度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，微電腦根據(jù) 輸入車輪速度，通過3/ 24重復(fù)地減少或增加在輪子上的制動壓力來控制車輪的打 滑率，保持

5、車輪轉(zhuǎn)動。在制動過程中保持車輪轉(zhuǎn)動，不但可保證控制行駛方 向的能力，而且，在大部分路面情況下，與抱死鎖死車輪相比，能提供 更高的制動力量。jLBHrnAILg4/ 24第二章 發(fā)展歷程ABS 系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到本世紀(jì)初期，早在1928 年制動防抱理論就被提出， 在 30 年代機(jī)械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機(jī)上獲得應(yīng)用， 博 世 vBOSCH公司在 1936 年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪 轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。xHAQX74J0X進(jìn)入 50 年代，汽車制動防抱系統(tǒng)開始受到較為廣泛的關(guān)注。福特vFORD 公司曾于 1954 年將飛機(jī)的制動防抱系統(tǒng)移置在林肯 vLINCO

6、IN）轎車 上，凱爾塞海伊斯 vKELSEHAYES 公司在 1957 年對稱為“ AUTOMATIC 的 制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實(shí)可以在制動 過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯vCHRYSLER 公司在這一時期也對稱為“ SKIDCONTRO 的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪轉(zhuǎn)速 傳感器的機(jī)械式制動壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號不夠精確， 制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。LDAYtRyKfE隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動防抱系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。在60年代

7、后期和 70 年代初期，一些電子控制的制動防抱系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階 段。凱爾塞海伊斯公司在 1968 年研制生產(chǎn)了稱為“ SURETRACK 輪制動 防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信 號，對制動過程中后輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓 力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在 1969 年被福特公司裝 備在雷鳥 vTHUNDERBIRD 和大陸馬克IIICONTINENTALMKIII ）轎車上。Zzz6ZB2Ltk克萊斯勒公司與本迪克斯 vBENDIX 公司合作研制的稱“ SURE-TRACK 的能防止 4 個車輪被制動抱死的系統(tǒng)，在

8、1971 年開始裝備帝國 IMPERIAL） 轎車，其結(jié)構(gòu)原理與凱爾塞海伊斯的“ SURE-TRACK 基本相同，兩者不同 之處，只是在于兩個還是四個車輪有防抱制動。博世公司和泰威vTEVES 公司在這一時期也都研制了各自第一代電子控制制動防抱系統(tǒng)，這兩種制動防 抱系統(tǒng)都是由電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對 各制動輪以電子控5/ 24制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。dvzfvkwMI1別克 vBUICK 公司在 1971 年研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機(jī)點(diǎn) 火，以減小發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱轉(zhuǎn)系 統(tǒng) .rqyn14ZNXI瓦布科 vWABCO 公司與奔馳 ，在

9、1950 年問 世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上， 1968 年開始研究在汽車上應(yīng)用。 70 年代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器， 促使了 ABS 在汽車上的應(yīng)用。1980 年后，電腦控制的 ABS 逐漸在歐洲、美國 及亞洲日本的汽車上迅速擴(kuò)大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德 的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達(dá)、路 華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波 爾舍系列，美國福特的 TX3、30X、紅彗星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男 爵、道奇、順風(fēng)等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女 300

10、Z 等系列，均采用了先進(jìn)的 ABS 到 1993 年，美國在轎車上安裝 ABS 已 達(dá)46%，現(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近75%的轎車應(yīng)用 ABS。SixE2yXPq5現(xiàn)今全世界已有本迪克斯、波許、摩根. 戴維斯、海斯 . 凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產(chǎn)ABS 它們中又有整體和非整體之分。預(yù)計(jì)隨著轎車的迅速發(fā)展，將會有更多的廠家生產(chǎn)。6ewMyirQFL這一時期的各種 ABS 系統(tǒng)都是采用模擬式電子控制裝置，由于模擬式電子控制裝置存在著反應(yīng)速慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種ABS系統(tǒng)均末達(dá)到預(yù)期的控制效果，所以，這些防抱控制系統(tǒng)很快就不再被采用 了。kavU42VRU

11、s進(jìn)入 70 年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為ABS 系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在1978 年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動防泡系統(tǒng) -博世 ABS2,并且裝置在奔馳轎車上， 由此揭開了現(xiàn)代 ABS 系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管博世 ABS2 的電子控制裝置仍然 是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控 制裝置相比，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世 ABS2 的控制效果己相當(dāng)理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業(yè)公司和汽6/ 24車公司相繼研制了形式多詳?shù)腁BS 系統(tǒng)。y6v3ALoS89“自動防抱死剎車”的原

12、理并不難懂，在遭遇緊急情況時，未安裝 ABS 系統(tǒng)的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發(fā) 生側(cè)滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況！而裝有ABS 系統(tǒng)的車輛在車輪即將達(dá)到抱死臨界點(diǎn)時，剎車在一秒內(nèi)可作用 60 至 120 次，相 當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機(jī)械自動化的“點(diǎn)剎”動作。此舉可避免 緊急剎車時方向失控與車輪側(cè)滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達(dá)到 90以上。M2ub6vSTnP從微觀上分析， 在輪胎從滾動變?yōu)榛瑒拥呐R界點(diǎn)時輪胎與地面的摩擦力 達(dá)到最大。在汽車起步時可充分發(fā)揮引擎動力輸出縮短加速時間），如果在剎車時則減速效果最大 剎車距離最短）。AB

13、S 系統(tǒng)內(nèi)控制器利用液壓裝置 控制剎車壓力在輪胎發(fā)生滑動的臨界點(diǎn)反復(fù)擺動，使在剎車盤不斷重復(fù)接 觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值，達(dá)到最佳剎車效果。0YujCfmUCwABS 的運(yùn)作原理看來簡單，但從無到有的過程卻經(jīng)歷過不少挫折 中間缺乏關(guān)鍵技術(shù)）！ 1908 年英國工程師 J. E. Francis 提出了“鐵路車輛車輪 抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實(shí)用化。接下來的 30 年中，包括 Karl Wessel 的“剎車力控制器”、 Werner M&ouml 。 hl 的“液壓剎車安全 裝置”與 Richard Trappe 的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在

14、 1941 年出版的汽車科技手冊中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置 防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通 安全史上的一個重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再 等 30 年之久。eUts8ZQVRd當(dāng)時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng) 實(shí)時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒 有集成電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到 ABS 系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960 年代早期。sQsAEJkW5T精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司Boschv 博世）

15、研發(fā) ABS 系統(tǒng)的起源要追溯到 1936 年，當(dāng)年 Bosch 申請“機(jī)動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。 1964 年也是7/ 24集成電路誕生的一年）Bosch 公司再度開始 ABS 的研發(fā)計(jì)劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是 ABS 系統(tǒng)。這套系統(tǒng) 主要由輪速8/ 24傳感器、ABS/ ASR ECU 控制器、ABS 驅(qū)動器、ASR 驅(qū)動器、副節(jié) 氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進(jìn)過 程中，引擎 ECU 根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，當(dāng)判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過 上限值時，就進(jìn)入防空轉(zhuǎn)程序。首先由引擎ECU 降低副節(jié)氣門以減少進(jìn)油量，

16、使引擎動力輸出扭矩減小。當(dāng)ECU 判定需要對驅(qū)動輪進(jìn)行介入時，會將信號傳送到 ASR 驅(qū)動器對驅(qū)動輪 一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動輪打 滑或使驅(qū)動輪的打滑保持在安全范圍內(nèi)。第一款搭載ASR 系統(tǒng)的新車型在1987 年出現(xiàn)，奔馳 S 級再度成為歷史的創(chuàng)造者。zvpgeqJ1hk隨著 ABS 系統(tǒng)的單價逐漸降低，搭載 ABS 系統(tǒng)的新車數(shù)目于 1988 年突 破了爆炸性成長的臨界點(diǎn)，開始飛快成長，當(dāng)年Bosch 的 ABS 系統(tǒng)年度銷售量首次突破 300 萬套。技術(shù)上的突破讓 Bosch 在 1989 年推出的 ABS 2E 系統(tǒng) 首次將原先分離于引擎室 液壓驅(qū)動組件）與中控臺 電子控制組件）

17、內(nèi)，必 須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計(jì)更改為“兩組件整合為一”設(shè)計(jì)！ ABS 2E 系統(tǒng)也 是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個 8 k 字節(jié)運(yùn)算速度的微處理器 CPU 負(fù)責(zé)所有控制工作的 ABS系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時捷 車廠正式宣布全車系都已安裝了 ABS，3年后 1992 年）奔馳車廠也決定緊跟保時捷的腳步。NrpoJac3v11990 年代前半期 ABS 系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。Bosch 在 1993 年推出 ABS 2E 的改良版： ABS 5.0 系統(tǒng)，除了體積更小、重量更輕外， ABS 5.0 裝置了運(yùn)算速度加倍 16 k 字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝 售出

18、第 1000 萬套 ABS 系統(tǒng)。1nowfTG4KIABS 與 ASR/ TCS 系統(tǒng)已受到全世界車主的認(rèn)同，但Bosch 的工程團(tuán)隊(duì)卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)： ESPElectronic Stabilty Program，行車動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)）前進(jìn)！有別于ABS 與 TCS 僅能增加剎車與加 速時的穩(wěn)定性， ESP 在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態(tài)平衡 與行車路線上。ESP 系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器 監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)動角度以確定汽車行 駛方向是否正確）、車輪傳感器 監(jiān)測每個車輪的速度以確定車輪是否打 滑）、搖擺速度傳感器 記錄汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動以確定汽車是否失去控 制）與橫

19、向加速度傳感器 測量過彎時9/ 24的離心加速度以確定汽車是否在過彎 時失去抓地力），在此同時、控制單元通過這些傳感器的數(shù)據(jù)對車輛運(yùn)行狀 態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個或多個車輪剎車壓力的建立或釋放，同時對引擎 扭矩作最精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，某些情況下甚至以每秒 150 次的頻率進(jìn)行反應(yīng)。整合 ABS EBD EDL ASR 等系統(tǒng)的 ESP 讓車主只要專注于行車，讓計(jì)算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。fjnFLDa5Zo延續(xù)過去 ABS 與 ASR 誕生時的慣例，奔馳 S 級還是首先使用 ESP 系統(tǒng)的 車型1995 年）。4 年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP 列為標(biāo)準(zhǔn)配備。在此同時，Bosch 于 1998

20、 及 2001 年推出的 ABS 5.7、ABS 8.0 系統(tǒng)仍 精益求精，整套系統(tǒng)總重由 2.5 公斤降至 1.6 公斤，處理器的運(yùn)算速度從 48 k 字節(jié)升級到 128 k字節(jié)，奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于 2001 年也 宣布全車系都將 ESP 列為標(biāo)準(zhǔn)配備。Bosch 車廠于 2003 年慶祝售出超過一億 套 ABS 系統(tǒng)及 1000 萬套 ESP 系統(tǒng)，根據(jù) ACEA 歐洲車輛制造協(xié)會）的調(diào)查， 今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生產(chǎn)的新車都搭載了ABS 系統(tǒng)，全世界也有超過60的新車擁有此項(xiàng)裝置。tfnNhnE6e5“ ABS 系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時縮短剎車所需距離” Rober

21、tBosch GmbHvBosch 公司的全名）董事會成員 Wolfga ng Drees 說。不像安全 氣囊與安全帶 可以透過死亡數(shù)目除以車禍數(shù)目的比例來分析），屬于“防 患于未然”的ABS 系統(tǒng)較難以真實(shí)數(shù)據(jù)佐證它將多少人從鬼門關(guān)前搶回？但 據(jù)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的 研究顯示， 60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%到 40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們有理由相信ABS 及其衍生的 ASR與 ESP 系統(tǒng)大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率。NHTSA 北美高速公路安全局）曾估計(jì) ABS 系統(tǒng)拯救了 14563 名北

22、美駕駛?cè)说男悦?！HbmVN777sL從 ABS 到 ESP 汽車工程師在提升行車穩(wěn)定性的努力似乎到了極限 民用型 ESP 系統(tǒng)誕生至今已近 10 年），不過就算計(jì)算機(jī)再先進(jìn)仍須要駕駛?cè)说?適當(dāng)操作才能發(fā)揮最大功效。V7l4jRB8Hs多數(shù)車主都沒有遭遇過緊急狀況 也希望永遠(yuǎn)不要），卻不能不知道面臨關(guān)鍵時刻要如何應(yīng)對？在緊急情況下踩下剎車時，ABS 系統(tǒng)制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動與顯著噪音ABS 系統(tǒng)運(yùn)作中的正?，F(xiàn)10/ 24象），這時你應(yīng)毫不猶豫地用力將剎車踩死 除非車上擁有 EBD 剎車力輔助裝置，否則大多數(shù)駕駛者的剎車力量都不足），另外ABS 能防止緊急剎車時的車輪抱死現(xiàn)

23、象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應(yīng)邊剎車邊打方向進(jìn) 行緊急避險， 以向左側(cè)避讓路中障礙物為例， 應(yīng)大力踏下剎車踏板、 迅速向 左轉(zhuǎn)動方向盤 90 度，向右回輪 180 度，最后再向左回 90 度。最后要提的是 ABS 系統(tǒng)依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發(fā)生抱死情況？平時要經(jīng)常保 持在各個車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、油污特別是磁鐵性物質(zhì)粘附 在其表面，這些都可能導(dǎo)致傳感器失效或輸入錯誤信號而影響ABS 系統(tǒng)正常運(yùn)作。行車前應(yīng)經(jīng)常注意儀表板上的ABS 故障指示燈，如發(fā)現(xiàn)閃爍或長亮，ABS 系統(tǒng)可能已經(jīng)故障 在仿真建模過程中要考慮到模型的準(zhǔn) 確性和可信度， 在不失真的前提下盡量簡化仿真模

24、型， 減少自由度數(shù)， 提高求 解效率。 （2能夠正確的根據(jù)路面條件、道路狀況、制動強(qiáng)度和法向載荷實(shí)時計(jì)算出車 速和輪速，使模型盡可能反映實(shí)車的運(yùn)動狀況。（3 具有仿真建模改進(jìn)的能力，能方便地修改子模型的參數(shù)，不需要花費(fèi)很大 精力或者重新建模，就可以在設(shè)計(jì)階段，插入或改變仿真模型。ADAMS 軟件計(jì)算功能強(qiáng)大，求解器效率高，具有多種專業(yè)模塊和工具包，以及與其它CAD 軟件的接口，可方便快捷地建立機(jī)械動力學(xué)模型，支持 Fortran 和 C 語言，便于 用戶進(jìn)行二次開發(fā)1?；?ADAM 漱件的上述優(yōu)點(diǎn)，利用 ADAM 漱件建立汽 車 制 動 防抱 死 系 統(tǒng) ABS ） 的 機(jī) 械 動 力 學(xué)

25、模 型 。2. 模型建立：汽車是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，對汽車的 ABS 制動性能進(jìn)行模 擬仿真，輸入的參數(shù)包括制動初速，路面條件如干鋪設(shè)路面、濕鋪設(shè)路面、雪 路面、冰路面、對開路面、對接路面等，道路狀況如直道、彎道、上坡、下坡 等和整車參數(shù)。輸出的參數(shù)包括汽車制動過程中整車和車輪的運(yùn)動狀態(tài)，如制 動時間、制動距離、制動減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動器制動 力、地面制動力、地面?zhèn)认蛄?、橫擺力矩等。根據(jù)以上研究目的，對整車進(jìn)行 適當(dāng)簡化。汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)型式對汽車制動性能的影響不 大，仿真模型中的慣性參數(shù)由 Pro/ENGINEER 軟件三維實(shí)體建模計(jì)算得到，對懸架系和轉(zhuǎn)向

26、系簡化如下：懸架系統(tǒng)只考慮懸架的垂直變形；轉(zhuǎn)向系忽略車輪 定位角和轉(zhuǎn)向傳動裝置。把汽車簡化為具有十個剛體的模型，共14 個自由度。十個剛體分別為車身、一個后非獨(dú)立懸掛組質(zhì)量、兩個前獨(dú)立懸掛組質(zhì)量 兩個前輪橫擺臂和兩個前輪轉(zhuǎn)向節(jié)）、四個車輪。兩前輪共有 3 個自由度，車 身具有 3 個轉(zhuǎn)動和 3 個平動自由度，兩后輪各有 1 個自由度，前懸架各有一 個自由度，后懸架 1個自由度，如圖 1 所示。WwghWvVhPE15/ 24圖1整車仿真模型1車身2后輪3后懸架4前輪5前懸架6橫擺臂7轉(zhuǎn)向節(jié)仿真模型包括以下幾個子模型：轉(zhuǎn)向系模型：以轉(zhuǎn)向角約束直接作用于左轉(zhuǎn)向節(jié)。前懸架模型：前懸架是獨(dú)立懸架，一側(cè)

27、的簡化模型如圖2 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡化如圖 2 中 3 所示，用轉(zhuǎn)動副與前輪連接。橫擺臂與減振器以球鉸分別與轉(zhuǎn)向節(jié)和車身連接。asfpsfpi4k圖2懸架的簡化模型1車身2橫擺臂3轉(zhuǎn)向節(jié)4輪胎5前懸架6單簧A轉(zhuǎn)動副B球鉸C轉(zhuǎn)動副D滑柱鉸E球鉸ooeyYZTjjl后懸架是非獨(dú)立懸架，只考慮垂直方向的自由度，懸架與車身之間用平移副 表 示它 們 之 間 的 相 對 運(yùn) 動， 懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動副連接。輪胎模型：車輛的各種運(yùn) 動狀態(tài)主要是通過輪胎與路面的作用力引起的。采用力約束方法，不考慮輪胎 拖距、回正力矩以及滾動阻力的影響。采用 ADAM 號供的非線性Pacejka 輪胎模型2。

28、制動器模型：采用美國高速公路車輛仿真模型中的制動器模型。BkeGuInkxI液壓模型：采用 ADAMS液壓模塊 vADAMS/Hydraulics）建立制動系統(tǒng)的液 壓仿16/ 24真模塊。路面模型：設(shè)計(jì)出路面模型可進(jìn)行對開路面和對接路面制動過程的仿真計(jì)算。利用 ADAM 鋪提供的平面Plane）作為路面模型的基礎(chǔ)，定義了 平面Pla ne）的長、寬等參數(shù)，使得汽車制動過程有足夠的空間，利用平面 圓Plane-Circle ）接觸力Contact ）表示車輪與地面之間的法向作用力。 ADAM 駝胎模型中沒有附著系數(shù)變化的路面模塊，為此在ADAM 號供的路面模塊基礎(chǔ)上，對對接路面采用在路面模型上

29、加入標(biāo)記點(diǎn) vMarker）的方法，分別求 出前輪和后輪質(zhì)心到標(biāo)記點(diǎn) X 方向上的距離。當(dāng)距離為正時說明輪胎已經(jīng)跨過 了標(biāo)記點(diǎn)，此時根據(jù)所規(guī)定的路面情況對輪胎附著系數(shù)進(jìn)行改變，使得模型可 以計(jì)算路面附著系數(shù)變化。對開路面也采取了相同的加入標(biāo)記點(diǎn)的方法，進(jìn)行 計(jì)算左右側(cè)輪胎相對于標(biāo)記點(diǎn) Y 方向上的距離。 參見：汽車車身電子與控制 技術(shù)，陳無畏主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 年 02 月）PgdO0sRlMo第五章 制動防抱死系統(tǒng) ABS 的控制模型在 ADAMS定義了與 MATLAB/SIMULINK 勺接口，把 ADAMS建立的非線性機(jī) 械模型轉(zhuǎn)化為 SIMULINK 的 S FUNCTIO

30、N 函數(shù)，再把 S FUNCTION 函數(shù)加入到 控制模型里，這樣就可以方便的利用 SIMULINK 提供的各種強(qiáng)大的工具進(jìn)行控 制模型開17/ 24發(fā)，在 MATLAB 軟件下進(jìn)行聯(lián)合仿真計(jì)算3。圖 3 所示為18/ 24MATLAB/SIMULIN 中表示的 ADAMS 機(jī)械模型，在 ADAM 鋪定義四個車輪的制動力矩為輸入變量，定義四個車輪的速度和滑移率為輸出變量，保存在由 MATLAB 調(diào)用。3cdXwckm15圖3 ADAMS子模塊圖 4 所示為在 MATLAB/SIMULIN 下開發(fā)的 ABS 控制模塊，圖中深色的部分為 ADAMS生成的子模塊，輸入?yún)?shù)為制動力矩，輸出參數(shù)為車輪速

31、度和車輪滑移率，以車輪的加速度/減速度和車輪滑移率為控制參數(shù)。參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 年 02 月）h8c52WOngM.m 文件中Mg=iip=i：?wheslwheelT lo WorTkE.paceclackPlanttent砸marr匚AJ_DIMidllCSIT to TorkEpacfiwh.c cl19/ 24第六章 ABS 聯(lián)合仿真控制規(guī)律結(jié)果與分析1.確定車輪加速度和參考滑移率的門限值根據(jù) ADAM 筋真制動過程計(jì)算出的 車輪加速度曲線，分析出加速度門限值為w&1減速度門限值為w&2車輪滑移 率下門限值入 1，上門限

32、值入 2。車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定 是一個反復(fù)交替驗(yàn)證過程。方法為：計(jì)算車輪的加、減速度和參考滑移率，以 參考滑移率為控制參數(shù)初步確定車輪的加、減速度的門限值，再以車輪加、減 速度門限值控制車輪的滑移率 , 確定滑移率的門限值。圖 4 中深色的部分為 ADAMS成的機(jī)械模型，在 MATLA 作為一個 S-FUNCTION 函數(shù)參與運(yùn)算。通 過上述交替驗(yàn)證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖 5 所示，實(shí)20/ 24車測試數(shù)據(jù)如圖 6 所示。比較圖 5 和圖 6,可以看出仿真數(shù)據(jù)與實(shí)車測試數(shù)據(jù)相吻合，驗(yàn)證了車輪加速度門限值和滑移率門限值的確定是合理的。v4bdyGiousL42.0 104.00圖5仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖 6 實(shí)車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取適當(dāng)滑移率門限值 入 1