汽車防抱死制動系統(tǒng)控制方式的探索

1、 畢業(yè)（設(shè)計）論文系（部） 汽車工程系 專 業(yè) 汽車制造與裝配 班 級 2008級汽車制造與裝配四班 指導(dǎo)教師 趙力寧 姓 名 謝明偉 學(xué)號 200814081010147 汽車防抱死制動系統(tǒng)控制方式的探索【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人們物質(zhì)生活水平的提高，人類社會對汽車的安全性，特別是制動安全性能提出了越來越高的要求。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是一種在制動時能夠自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果的制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效的縮短制動距離、提高制動時的方向穩(wěn)定性，對汽車的行駛安全具有重要的意義。本文對汽車防抱制動系統(tǒng)的核心部件電子控制單元(ECU)的控制方法進行了研究，首先剖析

2、了防抱死制動系統(tǒng)的控制原理，在此基礎(chǔ)上詳細介紹了ABS的結(jié)構(gòu)以及各部分的作用，并建立了模型。模型充分考慮了車體的動力學(xué)模型、輪胎力學(xué)模型。分別對滑模變結(jié)構(gòu)控制、自尋優(yōu)控制、模糊控制理論、耗散功率控制、PID控制、四相邏輯門限控制算法進行研究，可以看出自優(yōu)先控制用于汽車防抱死制動系統(tǒng)不僅具有理論意義，而且具有實用價值，是一種簡單、方便、具有較好操縱性、制動性，并且有較好適應(yīng)性的方法。進一步的研究工作一定要繼續(xù)開展下去?！娟P(guān)鍵詞】ABS PID 滑移率 附著系數(shù)27 / 30【目 錄】第一章緒論11.1 ABS系統(tǒng)發(fā)展歷程概述11.1.1ABS系統(tǒng)的發(fā)展歷程11.1.2 ABS未來發(fā)展趨勢11.2

3、本文研究的工作意義和主要容21.2.1本文研究意義21.2.2本文主要容安排3第二章 ABS系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理42.1汽車ABS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的作用42.1.1 ABS的基本組成42.1.2 液壓控制總成結(jié)構(gòu)52.1.3 ABS控制總成結(jié)構(gòu)52.2車輛制動時的運動分析62.2.1 汽車制動時車輪受力分析62.2.2 車輪的滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系72.3 ABS的工作原理92.3.1 ABS的工作過程92.3.2 ABS整體工作過程92.4 小結(jié)11第三章車輛ABS系統(tǒng)動力學(xué)模型123.1概述123.1.1 車輛動力學(xué)建模意義123.1.2 車輛動力學(xué)模擬概況123.1.3車輛動力學(xué)模型研究

4、概況133.2車輛動力學(xué)模型143.2.1雙輪車輛模型143.2.2輪胎模型153.2.3制動系統(tǒng)模型173.3汽車ABS機械動力學(xué)模型183.4汽車ABS的控制模型203.5小結(jié)21第四章汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方法研究224.1滑模變結(jié)構(gòu)控制224.2自尋優(yōu)控制224.3模糊控制理論234.4耗散功率控制244.5 PlD 控制方法244.6四相邏輯門限控制方法的研究254.7小結(jié)26第五章結(jié)論27參考文獻28致 29第一章 緒論1.1 ABS系統(tǒng)發(fā)展歷程概述  1.1.1ABS系統(tǒng)的發(fā)展歷程ABS系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到本世紀初期，早在1928年制動防抱理論就被提出，在3

5、0年代機械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機上獲得應(yīng)用，博世（BOSCH）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)。進入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（FORD）公司曾于1954年將飛機的制動防抱系統(tǒng)移置在林肯（LINCOIN）轎車上，凱爾塞·海伊斯（KELSEHAYES）公司在1957年對稱為"AUTOMATIC"的制動防抱系統(tǒng)進行了試驗研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實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；克萊斯勒（CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為"SKI

6、DCONTROL"的制動防抱系統(tǒng)進行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機械式制動壓力調(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ABS防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當車輛制動時，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

7、制動力量。ABS與常規(guī)的液壓制動系統(tǒng)相比有三個顯著的擾點：1.車輛控制-裝備有ABS的汽車駕駛員在緊急制動過程中，保持著很大程度的操縱控制。在緊急制動過程中，用標淮的液壓制動器產(chǎn)生的打滑使駕駛員失去對車輛的控制。ABS恢復(fù)穩(wěn)定性并使駕駛員恢復(fù)對車輛的控制。2.減少浮滑現(xiàn)象-潮濕、光滑道路和抱死車輛縱使形成被稱為浮滑現(xiàn)象的狀態(tài)，當車輛駕駛員行駛在具有一層水和油薄膜的路面之上時，出現(xiàn)與浮滑現(xiàn)象相仿。由于ABS減少了車輪抱死的機會，因此，也減少了制動過程中出現(xiàn)浮滑現(xiàn)象的機會。 3.改善了輪胎的磨損-使用ABS防止車輪抱死，消除了在緊急制動過程中輪胎平斑的可能性。1.1.2ABS未來發(fā)展趨勢

8、（1）ABS和驅(qū)動防滑控制裝置ASR一體化。ABS以防止車輪抱死為目的，ASR是防止車輪過分滑轉(zhuǎn)，ABS是為了緩解制動，ASR是為了施加制動。由于二者技術(shù)上經(jīng)較接近，且都能在低附著路面上充分體現(xiàn)它們的作用，所以將二者有機地結(jié)合起來。（2）動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)VDC（或電子穩(wěn)定控制（ESP）。VDC主要在ABS/ASR基礎(chǔ)上解決汽車轉(zhuǎn)向行駛時的方向穩(wěn)定性問題。ABS與電子全控式（或半控式）懸架、電子控制四輪轉(zhuǎn)向、電子控制液壓轉(zhuǎn)向、電子控制自動變速器等控制系統(tǒng)在功能、結(jié)構(gòu)上有機地結(jié)合起來，保證汽車在各種惡劣情況下行駛時，都具有良好的動態(tài)穩(wěn)定性。（3）ABS/ASR與自動巡航系統(tǒng)（ACC）集成。自動巡航

9、控制系統(tǒng)（ACC）的目的是在巡航行駛時自動把車速限制在一個設(shè)定的速度，并且能夠根據(jù)前方車輛的行駛善，自動施加制動或加速使其保持在一定的安全距離行駛。在遇到障礙物時，可以自動施加制動，把車速調(diào)整到安全圍。由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)，制動壓力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機輸出力矩調(diào)節(jié)裝置，因此ABS/ASR/ACC集成化系統(tǒng)，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全性能。（4）減小體積，降低重量。為了提高汽車的安全性能，增加了一些裝置，汽車的重量了隨之增加，對燃料經(jīng)濟性不利。所以新增設(shè)的各種裝置必須在保證安全性的前提下，盡量地減少重量。另外，不論是大型車還是小型車，發(fā)動機的安

10、裝空間都是非常緊湊的，因此，也要求ABS控制器的體積盡可能的小一些。（5）隨著ABS與新一代制動系統(tǒng)的結(jié)合，如電子液壓制動EHB、電子機械制動EMB、ABS有了更快的響應(yīng)速度，更好的控制效果，而且更容易與其他電子系統(tǒng)集成。ABS將成為集成化汽車底盤系統(tǒng)中不可缺少的一個節(jié)點。（6）在ABS系統(tǒng)中嵌入電子制動力分配裝置（EBD）構(gòu)成了ABS+EBD系統(tǒng)。EBD的功能就是在汽車ABS開始制動壓力調(diào)節(jié)之前，高速計算出汽車四個輪胎與路面間的附著力大小，然后調(diào)節(jié)車輪與附著力的區(qū)配，進一步提高車輛制動時的方向穩(wěn)定性，同時盡可能地縮短制動距離。（7）在ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展成車速記錄儀（VSR），又稱汽車黑匣

11、子。該裝置通過實時采集的四個車輪輪速信號，再現(xiàn)交通事故發(fā)生過程中汽車的實際運行軌跡以及駕駛員對車輛的操作情況，便于公安交通管理部門能準確判斷事故的責(zé)任。1.2本文研究的工作意義和主要容1.2.1本文研究意義隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，舒適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。 汽車制動防抱系統(tǒng)，簡稱為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。

12、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步。ABS防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當車輛制動時，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。掌握ABS核心技術(shù)不但是非常必要的而且具有深遠意義，可有力地推動我國汽車工業(yè)的現(xiàn)代化進程。1.2.2本文主要容安排結(jié)合前面對ABS發(fā)展現(xiàn)狀以

13、及發(fā)展趨勢的介紹，本文的主要研究容如下： (1)詳細分析ABS的基本原理，組成及結(jié)構(gòu)； (2)研究ABS直線制動時的車輛模型； (3)研究控制算法，分析目前國際上流行的控制算法(邏輯門限值控制，PID控制， 自尋優(yōu)控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制，耗散功率控制)，并對各種控制算法的優(yōu)缺點進行評價； 第二章 ABS系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理2.1汽車ABS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的作用2.1.1ABS的基本組成在汽車上普遍采用的ABS防抱死制動系統(tǒng)是以控制車輪的角減速度為對象，控制車輪的制動力，實現(xiàn)防抱死制動的。主要由傳感器、控制器（電腦）及執(zhí)行機構(gòu)組成。如下圖2-1：圖2-11.傳感器ABS采用的傳感器包括輪

14、速傳感器、車速傳感器和汽車減速度傳感器。在各種控制方式的ABS中均有輪速傳感器，它利用電磁感應(yīng)原理檢測車輪速度，并把輪帶轉(zhuǎn)換成脈沖信號送至ABS電腦。一般輪速傳感器都安裝在車輪上，有些后輪驅(qū)動的車輛，檢測后輪速度的傳感器安裝在差速器，通過后軸轉(zhuǎn)來檢測，故又稱為軸速傳感器。車速傳感器用在以車輪滑移率為控制參數(shù)的ABS中，用來檢測車速并向ABS電腦輸送車速信號，此信號還同時用于速度表、里程表及自動變速器控制等。汽車減速度傳感器僅用在四輪驅(qū)動的控制系統(tǒng)中，它用來檢測汽車制動時的減速度，識別是否是冰雪等易滑路面。2.執(zhí)行機構(gòu)ABS執(zhí)行機構(gòu)主要由制動壓力調(diào)節(jié)器和ABS警報燈組成。制動壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)ABS

15、電腦指令來調(diào)節(jié)各車輪制動器的制動壓力。不同制動系統(tǒng)的ABS所采用的制動壓力調(diào)節(jié)器也不同，可分為液壓式、氣壓式和空氣液壓加力式。在目前應(yīng)用廣泛的液壓制動系統(tǒng)中，制動壓力調(diào)節(jié)器的主要元件是電動泵和液壓控制閥。ABS警報燈的功用是在ABS出現(xiàn)的故障時，由ABS電腦控制使其點亮，駕駛員發(fā)出警報信號，并可由ABS電腦控制閃爍顯示故障碼。3、ABS電腦ABS電腦接收傳感器信號，比較各輪轉(zhuǎn)速和汽車行駛速度，判斷各車輪的滑移情況后，向ABS執(zhí)行機構(gòu)下達指令來調(diào)節(jié)各車輪制動器的制動壓力。當ABS出現(xiàn)故障時，ABS電腦使ABS電腦使ABS警報燈點亮，同時切斷通往執(zhí)行機構(gòu)的電源，使ABS停止工作。2.1.2液壓控制

16、總成結(jié)構(gòu)ABS液壓控制總成是在普通制動系統(tǒng)的液壓裝置基礎(chǔ)上經(jīng)設(shè)計后加裝ABS制動壓力調(diào)節(jié)器而形成的。.普通制動系統(tǒng)的液壓裝置一般包括制動助力器、雙腔式制動主缸、儲液室、制動輪缸和雙液壓管路等。除了普通制動系統(tǒng)的液壓部件外，ABS制動壓力調(diào)節(jié)器通常由電動泵、儲能器、主控制閥、電磁控制閥和一些控制開關(guān)等組成。實質(zhì)上，ABS系統(tǒng)就是通過電磁控制閥體上的控制閥控制分泵上的油壓迅速變大或變小，從而實現(xiàn)了防抱死制動功能。(1)電動泵電動泵是一個高壓泵，它可在短時間將制動液加壓(在儲能器中)到1518MPa，并給整個液壓系統(tǒng)提供高壓制動液體。電動泵能在汽車起動一分鐘完成上述工作。電動泵的工作獨立于ABS電腦

17、，如果電腦出現(xiàn)故障或接線有問題，電動泵仍能正常工作。(2)儲能器儲能器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。用得較多的為活塞-彈簧式儲能器，該儲能器位于電磁閥與回油泵之間，由輪缸來的液壓油進入儲能器，進而壓縮彈簧使儲能器液壓腔容積變大，以暫時儲存制動液。(3)電磁控制閥 電磁控制閥是液壓調(diào)節(jié)器的重要部件，由它完成對ABS的控制。ABS系統(tǒng)中都有一個或兩個電磁閥體，其中有若干對電磁控制閥，分別控制前、后輪的制動。常用的電磁閥有三位三通閥和二位二通閥等多種形式。(4)壓力控制、壓力警告和液位指示開關(guān)壓力控制開關(guān)(PCS)獨立于ABS電腦而工作，監(jiān)視著儲能器下腔的壓力。壓力報警開關(guān)(PWS)和液位指示開關(guān)(FLI)的

18、功能是，當壓力下降到一定值(14MPa以下)時或制動液面下降到一定程度時，點亮制動系統(tǒng)故障指示燈和ABS故障指示燈，同時讓ABS電腦停止防抱死制動工作。5 新汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的理論與實踐M：中南大學(xué)，20052.1.3ABS控制總成結(jié)構(gòu)ABS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，防抱制動系統(tǒng)通常由傳感器、電子控制器(ECU)和執(zhí)行器(或稱調(diào)節(jié)器)三部分組成，并通過線路連接成一個有機體，形成一個以控制滑移率在1030為目標的自動控制系統(tǒng)。 圖2-2防抱制動系統(tǒng)各主要組成部件的結(jié)構(gòu)與作用為：傳感器：由一個永磁式傳感器和勵磁環(huán)組成。傳感器一般固定在車軸或制動底板上，勵磁環(huán)則固定在輪轂上，它們以非

19、接觸式將車輪轉(zhuǎn)動的脈沖信號連續(xù)不斷的傳給控制器。電子控制器(ECU)：電子控制器是ABS控制邏輯的載體j是ABS的核心部件。電子控制器監(jiān)測、處理傳感器輸送來的車輪的速度、減速度、加速度信號，計算出滑移率，并按照預(yù)先設(shè)定的減速度、加速度和滑移率的門限值，將指令發(fā)給連接在制動管路上的調(diào)節(jié)器，從而實施加氣、保持和放氣功能，調(diào)節(jié)管路的壓力，以滿足多個車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動的要求。執(zhí)行器(或稱調(diào)節(jié)器)：執(zhí)行器是ABS的執(zhí)行部分，它負責(zé)調(diào)節(jié)壓力，以滿足多個車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動力的要求。執(zhí)行器安裝在主缸與輪缸之間，接受電子控制器的指令，由其部的電磁閥、液壓泵、驅(qū)動電機直接或間接地控制制動壓

20、力的增減。2.2車輛制動時的運動分析2.2.1汽車制動時車輪受力分析汽車受到與行駛方向相反的外力時，才能從一定的速度制動到較小的速度或直至停車。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際上外力是由地面提供的。我們把制動過程中在地面與輪胎之間產(chǎn)生的與行進方向相反的摩擦力稱之為地面制動力，。地面制動力愈大，制動減速度愈大，制動距離也愈短，所以地面制動力對汽車制動性能具有決定性的影響。1地面制動力F地面制動力F是使汽車制動而減速行駛的外力，但是它又取決于兩個摩擦副的摩擦一個是制動器制動摩擦片與制動鼓或制動盤問的摩擦力，即制動器制動力；另一個是輪胎與地面問的摩擦力，即附著力。 2制

21、動器制動力制動器制動力E是在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力。相當于把汽車架離地面，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。顯然， (2-1) 式中，L為制動器的摩擦力矩(單位：N·m)；R為車輪半徑(單位：m)。 制動器制動力僅由制動器參數(shù)所決定，即取決于制動器的形式、結(jié)構(gòu)尺寸、制動器摩擦副的摩擦系數(shù)以及車輪半徑，并與制動踏板力(即制動系的液壓或空氣壓力P)成正比。 3附著力附著力是汽車輪胎和道路在接觸面上無相對位移時的切向地面反作用力的極限值。其大小等于地面對輪胎的垂直反作用力N與附著系數(shù)的乘積，即 (2-2)地面附著系數(shù)越大，附著力也越大。地面附著系數(shù)

22、妒的大小除了與路面的情況、輪胎的結(jié)構(gòu)和胎面花紋有關(guān)外，還與車輪的運動狀況(即運動中的滑移程度)有關(guān)。 4地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關(guān)系如圖2-3所示，在制動時，若只考慮車輪的運動為純滾動與滑動兩種情況，當制動踏板力較小時，制動器摩擦力矩不大，地面制動力F足以克服制動器摩擦力矩而使車輪滾動。雖然，車輪滾動時的地面制動力F就等于制動器制動力，且隨踏板力增長成正比地增長。但地面制動力F是滑動摩擦的約束反力，最大值不能超過附著力，即F。因此，地面制動力的最大值即為地面附著力，或者說附著力是地面?zhèn)鬟f制動力的極限。 圖2-3制動過程中地面制動力、制動器制動力及附著力的關(guān)系當制動器踏板力或制動系

23、液壓力P上升到某一值(圖2-3中制動系液壓力P上升到兒值)，地面制動力F達到最大值即附著力時，車輪被抱死而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。此時，如果繼續(xù)增大制動踏板力(或繼續(xù)升高制動系液壓力P)，則制動器制動力由于摩擦力矩的增大而仍按直線關(guān)系繼續(xù)上升。但如果作用在車輪上的法向載荷為常數(shù)且地面附著系數(shù)不變，賊地面制動力F達到附著力的值后就不再增加。要提高地面制動力F，改善汽車的制動效果，則須利用地面附著系數(shù)與車輪滑移程度有關(guān)的特點來提高地面附著系數(shù)，從而提高地面附著力。 由此可見，汽車的地面制動力F首先取決于制動器制動力疋，但同時又受到地面附著條件限制。要想獲得足夠的地面制動力F，首先汽車要具有足夠的制動器制動力

24、，同時地面還要提供較高的附著力。 2.2.2車輪的滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系1、滑移率在汽車制動過程中，隨著制動強度的增加，車輪的運動狀態(tài)逐漸從滾動向抱死的拖滑變化，車輪滾動成分逐漸減少，而滑動成分逐漸增加。制動過程中車輪的運動狀態(tài)一般用滑移率來說明?；坡适侵钢苿訒r，在車輪運動中滑動成分所占的比例，用S表示。S=(v)/v×100%式中 v車輪中心的速度（m/s） r車輪滾動半徑（m) w車輪角速度（)車輪純滾動時，S=0；純滑動時，S+100%，邊滾動邊滑動時，0<S<100%。2、附著系數(shù)在汽車制動過程中，車輪與路面間的附著系數(shù)隨車輪滑移率的變化而變化。在滑移率為Spo

25、t（20%左右）時縱向附著系數(shù)最大，制動時能獲得的地面制動力也最大，汽車的制動效能最高，）0S Spot稱為穩(wěn)定區(qū)域，SpotS100%稱為非穩(wěn)定蕩然區(qū)域，Spot稱為穩(wěn)定界限。此外，隨著滑移率的增加，側(cè)向附著系數(shù)減小，當車輪抱死滑移率為100%時，側(cè)向附著系數(shù)接近零，此時很小的側(cè)向力即會導(dǎo)致側(cè)滑，同時還會失去轉(zhuǎn)向能力。ABS電子控制單元根據(jù)（1）和(2)計算出的參數(shù)，通過液壓控制單元調(diào)節(jié)制動過程的制動壓力，達到防止車輪抱死的目的。在ABS不起作用時，電子制動力分配系統(tǒng)仍可調(diào)節(jié)后輪制動力，保證后輪不會在先于前輪抱死，以保證車輛的安全，如圖2-4所示。 圖2-4只要有制動器摩擦力矩存在,就有路面

26、制動力存在,但路面制動力的值要受到輪胎與路面間附著性能的限制.當車輪所受的外力超過了輪胎與路面的附著力時,車輪就抱死,造成嚴重后果.大量試驗表明,輪胎與路面間的附著性能受眾多因素的影響,如路面種類和狀況、輪胎及磨損程度、車速、側(cè)偏角等,但最重要的一個影響因素是車輪的運動狀況,即車輪制動時的滑移率,目前尚無理論計算方法.如圖1所示為不同道路狀況下縱、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線,滑移率在10%35%之間具有較大的縱、橫向附著系數(shù).如能把滑移率控制在A,B,C點附近,可得到理想的制動效果,既不抱死制動距離又最短。11程軍國外防抱制動系統(tǒng)及其法規(guī)的歷史、現(xiàn)狀、未來J客車技術(shù)，1995，11(2)：

27、26-282.3 ABS的工作原理2.3.1ABS的工作過程1.建壓階段制動時，通過助力器和總泵建立制動壓力。此時常開閥打開，常閉閥關(guān)閉，制動壓力進入車輪制動器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低，直到ABS電子控制單元通過轉(zhuǎn)速傳感器得到識別出車輪有抱死的傾向為止。 2保壓階段ABS電子控制單元通過轉(zhuǎn)速傳感器得到信號，識別出車輪有抱死的傾向時，ABS電子控制單元即關(guān)閉常開閥，此時常閉閥仍然關(guān)閉。 3降壓階段 如果在保壓階段，車輪仍有抱死傾向，則ABS系統(tǒng)進入降壓階段。此時，電子控制單元命令常閉閥打開，常開閥關(guān)閉，液壓泵開始工作，制動液從輪缸經(jīng)低壓蓄能器被送回到制動總泵，制動壓力降低，制動踏板出現(xiàn)抖動，車輪抱死程

28、度降低，車輪轉(zhuǎn)速開始增加。 4升壓階段為了達到最佳制動效果，當車輪達到一定轉(zhuǎn)速后，ABS電子控制單元再次命令常開閥打開，常閉閥關(guān)閉。隨著制動壓力增加，車輪再次被制動和減速。 2.3.2 ABS整體工作過程在ABS中，每個車輪上各安置一個轉(zhuǎn)速傳感器，將關(guān)于各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定并形成相應(yīng)的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動泵總成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連，制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)。ABS的工作過程可以分為常規(guī)

29、制動、制動壓力保持、制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動泵也不通電運轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。 在制動過程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進入防抱死制動壓力調(diào)節(jié)過程。例如，電子控制裝置判定右前輪趨于抱死時，電子控制裝置就使控制右前輪制動壓力的進

30、液電磁閥通電，使右前進液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液不再進入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的制動壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動輪缸的制動主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，電子控制裝置判定右前輪仍然趨于抱死，電子控制裝置又使右前出液電磁閥也通電而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動輪缸中的部分制動液就會經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲液器，使右前制動輪缸的制動壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢已經(jīng)完全消除時，電子控制裝置就使右前進液電磁閥

31、和出液電磁閥都斷電，使進液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，同時也使電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵泵送的制動液都經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的右前進液電磁閥進入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前輪又開始減速轉(zhuǎn)動。ABS通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持減小增大過程，而將趨于抱死車輪的滑動率控制在峰值附著系數(shù)滑動率的附近圍，直至汽車速度減小到很低或者制動主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)

32、的頻率可達320HZ。在該ABS中對應(yīng)于每一個制動輪缸各有一對進液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)，從而使四個車輪都不發(fā)生制動抱死現(xiàn)象。盡管各種ABS的結(jié)構(gòu)形式和工作過程并不完全相同，但都是通過對趨于抱死車輪的制動壓力進行自適應(yīng)循環(huán)調(diào)節(jié)，來防止被控制車輪發(fā)生制動抱死的，而且，各種ABS在以下幾個方面都是相同的。（1）ABS只是汽車的速度超過一定以后（如5km/h或8km/h），才會對制動過程中趨于抱死的車輪進行防抱死制動壓力調(diào)節(jié)。當汽車速度被制動降低到一定時，ABS就會自動中止防抱死制動壓力調(diào)節(jié)，此后，裝備ABS汽車的制動過程將與常規(guī)制動系

33、統(tǒng)的制動過程相同，車輪被制動抱死對汽車制動抱死。這是因為在汽車的速度很低時，車輪被制動抱死對汽車制動性能的影響已經(jīng)很小，而且要使汽車盡快制動停車，應(yīng)必須使車輪制動抱死。（2）在制動過程中，只有當被控制車輪趨于抱死時，ABS才會對趨于抱死車輪的制動壓力進行防抱死調(diào)節(jié)；在被控制車輪還沒有趨于抱死時，制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。（3）ABS都具有自診斷功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)的工作情況進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)存在影響系統(tǒng)正常工作的故障時將自動地關(guān)閉ABS，并將ABS警示燈點亮，向駕駛發(fā)出警示信號，汽車的制動系統(tǒng)仍然可以像常規(guī)制動系統(tǒng)一樣進行制動。3防抱死系統(tǒng)（ABS）應(yīng)用原理分析與探討，科技與經(jīng)濟2

34、005年08期2.4 小結(jié)ABS可在汽車制動時根據(jù)車輪的運動養(yǎng)成自動調(diào)節(jié)車輪的制動壓力，防止車輪抱死，其實質(zhì)就是使傳統(tǒng)的制動過程變?yōu)樗查g的控制過程，即在制動時使車輪與地面達到“抱而不死，死而不抱”的狀態(tài)，其目的是使車輪與地面的摩擦力達到最大，同時又可以避免后輪側(cè)滑和前輪喪失轉(zhuǎn)向能力，以使汽車取得最的制動效能。因此，ABS具有以下優(yōu)點： 縮短制動距離。ABS能保證汽車在雨后、冰雪及泥濘路面上獲得較高的制動效能，防止汽車側(cè)滑甩尾（松散的沙土和積雪很深的路面除外）；保持汽車制動時的方向穩(wěn)定性； 保持汽車制動時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性；減少汽車制動時輪胎的磨損。ABS能防止輪胎在制動過程中產(chǎn)生劇烈的拖痕

35、，提高輪胎使用壽命；減少駕駛員的疲勞強度（特別是汽車制動時的緊情緒）。第三章 車輛ABS系統(tǒng)動力學(xué)模型3.1概述3.1.1車輛動力學(xué)建模意義汽車的制動過程是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，對制動系統(tǒng)的研究，如果僅采用試車試驗的方法，將要做大量的道路試驗或臺架試驗，這意味著大量的資金和時間的投入。如果僅考慮制動過程的主要因素，忽略次要因素對制動系統(tǒng)的影響，就能反映汽車實際制動過程的抽象模型。用系統(tǒng)模型的方法進行研究，不但能得到較好的研究結(jié)論，也能節(jié)省大量的資金和時間，ABS研究就是如此。因此，本章重點容之一就是建立即能反映實際制動過程，又能滿足計算機仿真要求的汽車動力學(xué)仿真模型,3.1.2車輛動力學(xué)模擬概況

36、車輛動力學(xué)模擬一般包括兩個方面的容：一是建立描述車輛動力學(xué)性能的微分方程，即建模；二是采用數(shù)值方法解微分方程，即計算?，F(xiàn)在常用的動力學(xué)模擬方法有三種：人工建模與計算、圖形建模和計算機模擬。 1人工建模及編程計算方法 它是最為傳統(tǒng)的方法，即首先通過對車輛的力學(xué)分析建立車輛運動的微分方程組，然后采用數(shù)值積分方法，通過VC、FORTRAN、VB等計算機語言編制相應(yīng)程序。求解微分方程組。這種方法工作量比較大，要求設(shè)計者具有一定的動力學(xué)基礎(chǔ)，對車輛系統(tǒng)各部件的聯(lián)系十分清楚。并且計算工作和方程的調(diào)試非常困難，設(shè)計周期長。但通過人工對整個系統(tǒng)的建模和計算，能對系統(tǒng)各參數(shù)變量的動特性和物理意義有深入的了解。

37、2圖形建模計算方法 此方法的建模與日口一種方法相同，用力學(xué)原理推導(dǎo)出車輛運動方程。計算則采用專用軟件包，如：ACSL模擬語言、MATLAB語言及MATRIX仿真語言等。其中，MATLAB語言是由美國Math Works公司于1967年推出的“Matrix Laboratory”軟件包，它是一款功能強、效率高、便于進行科學(xué)與工程計算的交互式軟件包。而SIMULINK是MATLAB專用于系統(tǒng)動力學(xué)模擬的工具箱，它集建模、分析、模擬、控制于一體，具有數(shù)值計算與圖形功能。SIMULINK將各種標準的物理環(huán)節(jié)做成圖形模塊，提供給用戶進行圖形建模及系統(tǒng)的計算仿真，免去了用戶從底層編程開發(fā)的麻煩，徹底改變了

38、過去人工編程的方式。它為用戶提供了眾多標準的動力學(xué)系統(tǒng)圖形模塊庫，包括輸入源庫、接收器庫、線性系統(tǒng)庫、非線性系統(tǒng)庫、離散系統(tǒng)庫及連續(xù)系統(tǒng)庫等。另外，S1MULINK不僅實現(xiàn)了可視化動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與MATLAB、C甚至硬件之間的相互數(shù)據(jù)傳遞，極擴展了它的功能。因此，不但可以進行仿真計算，也可以進行模型分析、控制系統(tǒng)設(shè)計等等舊。 3計算機模擬 該方法的建模和計算完全由計算機軟件完成，如著名的ADAMS(Automatic DynamicAnalysis ofMechanical System)軟件。ADAMS采用多剛體力學(xué)圖形建模方法，從物理系統(tǒng)的剛體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對每一個構(gòu)件定義形狀、質(zhì)量、受力

39、、約束及連接情況，可以在三維狀態(tài)下建立模型，這樣能夠比較真實的反映車輛動力學(xué)特性，得到精確的模擬結(jié)果。其最大的好處在于不必去關(guān)心如何建立車輛的運動方程，如何去解方程，而只需要去努力使建立的模型真實地反映實際車輛的狀態(tài)就可以了，特別適于描述帶有機構(gòu)的動力學(xué)問題，如自口軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、各種操縱機構(gòu)、懸架系統(tǒng)等，更易了解這些機構(gòu)動力學(xué)特性的細節(jié)，但這種詳細的車輛模型所需的物理參數(shù)較多，且模擬的J下確還取決于許多技巧和經(jīng)驗。根據(jù)以上分析并基于課題研究的主要目的，我們采用人工與計算機混合的圖形建模方法進行汽車防抱制動系統(tǒng)的車輛動力學(xué)模擬。另外，我們采用的仿真軟件為MATLAB65版本及其自帶的SIMULIN

40、K工具。3.1.3車輛動力學(xué)模型研究概況汽車車輛動力學(xué)模型可以采用牛頓力學(xué)建立各個剛體的運動學(xué)方程，由于應(yīng)用的目的不同，各種模型的繁簡程度也不相同。目前，經(jīng)常采用的車輛模型主要有一般車輛模型、四輪車輛模型、雙輪車輛模型以及單輪車輛模型。1一般車輛模型 在對車輛建立運動方程前，作如下假設(shè)： 汽車由4個輪子、簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量(含駕駛室)等6個剛體組成，忽略彈簧和阻尼器的質(zhì)量。 路面是光滑且水平的，不考慮汽車的垂直運動。 左右兩輪的轉(zhuǎn)向角位移相等，側(cè)傾軸沿汽車的水平方向，且在其對稱面上。只考慮簧上質(zhì)量的側(cè)傾，不考慮簧下質(zhì)量的側(cè)傾和俯仰。 建立固定在車輛系統(tǒng)上的準坐標系統(tǒng)，并將坐標固定在汽車底盤上。

41、 在上述假設(shè)的前提下，根據(jù)BOLTMANNHAMEL方程，并簡化車輛模型的受力分析，即可推導(dǎo)出汽車在準坐標系下的運動方程，這就是一般車輛模型。2四輪車輛模型 在般的車輛模型中忽略車輛側(cè)傾的影響，將簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量合為車輛整車質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力和車輛風(fēng)阻。考慮縱向、橫向和繞車輛慣性軸的轉(zhuǎn)動，由此可以建立一個四輪車輛模型。 以上這兩種車輛模型主要描述復(fù)雜的動力學(xué)性能場合，如轉(zhuǎn)彎制動、橫向動力學(xué)控制模擬等。 3雙輪車輛模型 在四輪車輛模型的基礎(chǔ)上，將車輛的左右兩輪合并為一個車輪，實際上是一個摩托車模型。這種模型主要描述車輛的直線制動和驅(qū)動的場合，考慮車輛加、減速度的影響，用于車輛動力學(xué)模擬與

42、控制分析。 4單輪車輛模型 在很多場合下，為了簡化問題，可以采用四分之一車體模型，也就是個單輪的車輛模型。這個模型主要描述的是制動性能，用于基于模型控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計等。 由上所述，根據(jù)本課題研究的主要目的是對汽車防抱制動系統(tǒng)進行控制器設(shè)計及制動性能分析，我們選擇建立汽車的單輪車輛模型。4 程軍汽車防抱死制動系統(tǒng)的理論與實踐M：理工大學(xué)，19993.2車輛動力學(xué)模型3.2.1雙輪車輛模型在四輪車輛模型的基礎(chǔ)上，將車輛的左右兩輪合并為一個車輪，實際上是一個摩托車模型。此模型把整個汽車看成一個剛體忽略輪胎及懸架的彈性和阻尼，同時也不考慮底盤部分與車身連接的所有彈性與阻尼，并把汽車看作一個質(zhì)量與受

43、力沿縱軸線對稱，且質(zhì)量與受力都集中在該平面的模型。這種模型常用來模擬直線制動和驅(qū)動問題，研究車輛制動時的軸荷轉(zhuǎn)移、防抱死控制邏輯問題。不但考慮了制動時軸荷的轉(zhuǎn)移而且與實際問題擬合度較高，且使問題相對簡化，便于研究。在綜合考慮精度與可操縱性的同時，本文以雙輪車輛模型來構(gòu)建仿真系統(tǒng)，并進行了以下假設(shè)： (1)汽車行駛在水平路面上，不考慮輪胎阻力的影響。 (2)忽略空氣阻力，不考慮汽車的橫向運動。 (3)不考慮制動過程中零部件的變形和振動及由此引起的法向載荷的變化。 建立的雙輪車輛模型如圖3-1所示。 圖3-1雙輪車輛模型 由此建立一個雙輪運動模型如下： 前軸：(3.1) 后軸：(32) 前輪對地面

44、正壓力： (33) 后輪對地面正壓力：（3.4）對于整車而言照大制動力： (35) 把式(3.3)、(3.4)代入式(35)得： 車輛最大制動減速度：(36) 當制動器制動力小于地面附著力時，此時車輪制動力等于制動器制動力，忽略輪胎變形的影響，則有 (37) 式中： 前輪轉(zhuǎn)動慣量； 以后輪轉(zhuǎn)動慣量；前輪制動器制動力矩；后輪制動器制動力矩；前輪角速度； 吐后輪角速度；-汽車質(zhì)心高度； 重心距前軸距離：b重心距后軸距離； 前輪路面附著系數(shù)； 后輪路面附著系數(shù)；汽車質(zhì)量。3.2.2輪胎模型汽車運動依賴于輪胎所受的力，例如，縱向制動和驅(qū)動力、側(cè)偏力和側(cè)傾力、回正力矩及翻轉(zhuǎn)力矩等，所有這些都是滑移率、側(cè)

45、偏角、側(cè)傾角、垂直載荷、道路摩擦系數(shù)和汽車運動速度的函數(shù)。輪胎模型一般分為兩種，一種是物理模型(理論模型)，即通過對輪胎結(jié)構(gòu)和形變機制的數(shù)學(xué)描述，建立剪切力和回正力矩與相應(yīng)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。與理論模型相對應(yīng)的是經(jīng)驗公式和半經(jīng)驗公式，它是通過對大量的輪胎力特性的實驗數(shù)據(jù)進行分析，將輪胎力特性通過含有擬合參數(shù)的公式有效地表達出來。常用的經(jīng)驗和半經(jīng)驗公式是魔術(shù)公式和雙線性公式。 1.理論模型 理論模型主要描述單獨縱向力、單獨橫向力以及縱向和橫向聯(lián)合作用力情況下與輪胎回正力矩、橫向附著系數(shù)、縱向附著系數(shù)、側(cè)偏角等參數(shù)的關(guān)系。該模型物理意義明確，所需要的參數(shù)都有明確的物理意義，可根據(jù)實驗測得。但是，由于模

46、型對輪胎物理機制過于簡化，使回正力矩的計算與實驗誤差較大，在大側(cè)偏角下計算的回正力矩為零，沒有反應(yīng)出大側(cè)偏角下回正力矩可能為負值的實驗事實，由于計算所需的許多參數(shù)都與垂直載荷有關(guān)系，只能通過實驗獲得，因此該模型用起來不太方便。 2.魔術(shù)公式 魔術(shù)公式是由Pacejka等人提出并發(fā)展起來的，它是用三角函數(shù)的組合公式擬合試驗輪胎數(shù)據(jù)，用套形式相同的公式就可以完整的表達縱向力、橫向力、回正力矩以及縱向力、橫向力的聯(lián)合作用工況，故被稱為魔術(shù)公式。魔術(shù)公式如下： 1)輪胎橫向力(側(cè)偏力)計算公式 (38)2)輪胎回正力矩計算公式 (39) 3)輪胎縱向力計算公式 (310)由于魔術(shù)公式計算量大，因此更適

47、合于產(chǎn)品設(shè)計、汽車動態(tài)模擬及試驗對比等要求精確描述輪胎力特性的領(lǐng)域。6 Martin，Maier and KlausMuller,ABS53：The New and pact ABS5 Unit for Passenger CarsSAE 950757 3.雙線性模型由于魔術(shù)公式計算量大，因此更適合于產(chǎn)品設(shè)計、汽車動態(tài)模擬及試驗對比等要求精確描述輪胎力特性的領(lǐng)域。 （3-11）式中：最佳滑移率； 車輪滑移率； 滑移率為100時的附著系數(shù)； 峰值附著系數(shù)； 附著系數(shù)。 圖3-2雙線性模型示意圖 雙線性模型公式物理意義明確，擬合精度較高，較適合計算機模擬仿真，基于本論文研究的實際情況，本文采用雙線

48、性模型模擬各種路面的|lS曲線，并應(yīng)用于防抱死制動系統(tǒng)的仿真模型中。3.2.3制動系統(tǒng)模型1.液壓系統(tǒng)建模ABS通過控制電磁閥的開閉狀態(tài)實現(xiàn)制動器的增壓、減壓和保壓等壓力調(diào)節(jié)，其液壓系統(tǒng)的動態(tài)模型為： (312) 式中：輪缸壓力； 主缸壓力； 儲液室壓力； 電磁閥管路滯后時間； C進油閥閥口形狀、液體流態(tài)，油液性質(zhì)決定的系數(shù)； 進油閥的流通截面積； K液壓油體積彈性模量； 增壓閥及減壓閥之間的管路加上輪缸的總?cè)莘e： 由進油閥閥口形狀決定的節(jié)流閥指數(shù)，一般在0.51.0之間； 回油閥閥口形狀、液體流態(tài)，油液性質(zhì)決定的系數(shù)； 回油閥閥口的流通截面積； 由回油閥閥口形狀決定的節(jié)流閥指數(shù)，一般在0.5

49、1.0之間； 電磁閥控制指令信號 2.制動器模型 制動器模型指制動器力矩與制動系氣液壓力之間的關(guān)系模型。為了便于對控制過程的仿真研究，在進行仿真時假設(shè)制動器為理想元件，認為其非線性特性較弱并忽略了其滯后帶來的影響。因此，制動力矩可以表達為： (313)式中：制動器制動因數(shù)； 制動器制動力矩； 制動管路壓力； 克服制動缸中彈簧所需壓力。 制動因數(shù)是由制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及使用工況所決定的，它不是一個常數(shù)，而是與溫度有關(guān)的函數(shù)。而對溫度影響最大的又是車輛速度?？捎靡粋€速度的二次多項式來表達 (314) 式中：、為多項式擬合系數(shù)，通過試驗數(shù)據(jù)可以求得這些系數(shù)。 由于克服制動缸中彈簧所需壓力相比于制動管路

50、壓力非常小，故可忽略不計。則上式可以寫成： (315 )3.3汽車ABS機械動力學(xué)模型汽車是一個復(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，對整車進行適當簡化。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

51、 軟件三維實體建模計算得到，對懸架系和轉(zhuǎn)向系簡化如下： 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、一個后非獨立懸掛組質(zhì)量、兩個前獨立懸掛組質(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3-3 所示。 圖3-3 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： 1.轉(zhuǎn)向系模型：以轉(zhuǎn)向角約束直接作用于左轉(zhuǎn)向節(jié)。2.前

52、懸架模型：前懸架是獨立懸架，一側(cè)的簡化模型如圖3-4 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡化如圖3-3 中所示，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。 圖3-4 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彈簧 A轉(zhuǎn)動副 B球鉸 C轉(zhuǎn)動副 D滑柱鉸 E球鉸后懸架是非獨立懸架，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動，懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動副連接。 3.輪胎模型：車輛的各種運動狀態(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ADAMS 提供的非線性Pacejka 輪胎模型2

53、。4.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。 5.液壓模型：采用ADAMS 中液壓模塊（ADAMS/Hydraulics）建立制動系統(tǒng)的液壓仿真模塊。 6.路面模型：設(shè)計出路面模型可進行對開路面和對接路面制動過程的仿真計算。利用ADAMS 中提供的平面（Plane）作為路面模型的基礎(chǔ)，定義了平面（Plane）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。ADAMS輪胎模型中沒有附著系數(shù)變化的路面模塊，為此在ADAMS 提供的路面模塊基礎(chǔ)上，對對接路面采用在路面模型上加入標記點（Mar

54、ker）的方法，分別求出前輪和后輪質(zhì)心到標記點X 方向上的距離。當距離為正時說明輪胎已經(jīng)跨過了標記點，此時根據(jù)所規(guī)定的路面情況對輪胎附著系數(shù)進行改變，使得模型可以計算路面附著系數(shù)變化。對開路面也采取了相同的加入標記點的方法，進行計算左右側(cè)輪胎相對于標記點Y 方向上的距離。2 汽車車身電子與控制技術(shù)，無畏主編，機械工業(yè)，2008年02月）3.4汽車ABS的控制模型在ADAMS 中定義了與MATLAB/SIMULINK 的接口，把ADAMS 中建立的非線性機械模型轉(zhuǎn)化為SIMULINK 的SFUNCTION 函數(shù)，再把SFUNCTION 函數(shù)加入到控制模型里，這樣就可以方便的利用SIMULINK

55、提供的各種強大的工具進行控制模型開發(fā)，在MATLAB 軟件下進行聯(lián)合仿真計算。圖3-5 所示為MATLAB/SIMULINK中表示的ADAMS 機械模型，在ADAMS 中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.m 文件中由MATLAB 調(diào)用。 圖3-5 ADAMS子模塊圖3-6所示為在MATLAB/SIMULINK 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)。1 躍今，宋健. 多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS 理論及應(yīng)用研討. 機械科學(xué)與技術(shù)，1997.9）圖3-63.5小結(jié)本章主要闡述了建模的意義，然后從機械學(xué)的角度出發(fā)，建立了制動過程中的數(shù)學(xué)模型。包括機械動力學(xué)模型、魔術(shù)公式的輪胎模型和汽車ABS控制模型。第四章 汽車防抱死制動系統(tǒng)的控制方