制動系統(tǒng)建模Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式制動系統(tǒng)仿真、建模及ABS控制器設(shè)計學(xué)生：何渝學(xué)號：11011030504班級：車輛二班老師：周老師整理為word格式整理為word格式整理為word格式制動系統(tǒng)仿真、建模及ABS控制器設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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。

總之，研究結(jié)果可以看出邏輯門限值方法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(jìn)一步的研究工作一定要繼續(xù)開展下去。制動系統(tǒng)是使汽車的行駛速度可以強(qiáng)制降低的一系列專門裝置。制動系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器4部分組成。制動系統(tǒng)的主要功用是使行駛中的汽車減速甚至停車、使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定、使已停駛的汽車保持不動。功用·汽車制動系統(tǒng)功用保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車2）保證車輛可靠停放3）保障汽車和駕駛?cè)说陌踩愋?．按功用分：行車制動系駐車制動系輔助制動系1）行車制動系——是由駕駛員用腳來操縱的，故又稱腳制動系。它的功用是使正在行駛中的汽車減速或在最短的距離內(nèi)停車。2）駐車制動系——是由駕駛員用手來操縱的，故又稱手制動系。它的功用是使已經(jīng)停在各種路面上的汽車駐留原地不動3）第二制動系——在行車制動系失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動法規(guī)中規(guī)定，第二制動系也是汽車必須具備的。整理為word格式整理為word格式整理為word格式制動系統(tǒng)4）輔助制動系——經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車以及某些特殊用途的汽車，為了提高行車的安全性和減輕行車制動系性能的衰退及制動器的磨損，用以在下坡時穩(wěn)定車速。2．按制動能量傳輸分：機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式、組合式。3．按回路多少分：單回路制動系、雙回路制動系。4．按能源分：人力制動系、動力制動系、伺服制動系。1）人力制動系——以駕駛員的肌體作為唯一的制動能源的制動系。2）動力制動系——完全靠由發(fā)動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進(jìn)行制動的制動系。3）伺服制動系——兼用人力和發(fā)動機(jī)動力進(jìn)行制動的制動系。⑴按制動系統(tǒng)的作用分類制動系統(tǒng)可分為。用以使行駛中的汽車降低速度甚至停車的制動系統(tǒng)稱為行車制動系統(tǒng)；用以使已停駛的汽車駐留原地不動的制動系統(tǒng)則稱為駐車制動系統(tǒng)；在行車制動系統(tǒng)失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的制動系統(tǒng)稱為應(yīng)急制動系統(tǒng)；在行車過程中，輔助行車制動系統(tǒng)降低車速或保持車速穩(wěn)定，但不能將車輛緊急制停的制動系統(tǒng)稱為輔助制動系統(tǒng)。上述各制動系統(tǒng)中，行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。⑵按制動操縱能源分類制動系統(tǒng)可分為人力制動系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)和伺服制動系統(tǒng)等。以駕駛員的肌體作為唯一制動能源的制動系統(tǒng)稱為人力制動系統(tǒng)；完全靠由發(fā)動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓制動系統(tǒng)或液壓形式的勢能進(jìn)行制動的系統(tǒng)稱為動力制動系統(tǒng)；兼用人力和發(fā)動機(jī)動力進(jìn)行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。⑶按制動能量的傳輸方式分類整理為word格式整理為word格式整理為word格式制動系統(tǒng)可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系稱為組合式制動系統(tǒng)。組成1．供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質(zhì)狀態(tài)的各種部件2．控制裝置：產(chǎn)生制動動作和控制制動效果各種部件，如制動踏板3．傳動裝置：包括將制動能量傳輸?shù)街苿悠鞯母鱾€部件如制動主缸、輪缸4．制動器：產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的部件制動系統(tǒng)一般由制動操縱機(jī)構(gòu)和制動器兩個主要部分組成。ABS防抱ABS是英文Anti-lockBrakingSystem[2]

（防抱死剎車系統(tǒng)）的縮寫。據(jù)統(tǒng)計，汽車突然遇到情況踩剎車時，百分之九十以上的駕駛者往往會一腳將剎車踏板踩到底來個急剎車，這時候的車子十分容易產(chǎn)生滑移并發(fā)生側(cè)滑，即人們俗稱的“甩尾”，這是一種非常容易造成車禍的現(xiàn)象。造成汽車側(cè)滑的原因很多，例如行駛速度，地面狀況，輪胎結(jié)構(gòu)等都會造成側(cè)滑，但最根本的原因是汽車在緊急制動時車輪輪胎與地面的滾動摩擦?xí)蝗蛔優(yōu)榛瑒幽Σ?，輪胎的抓地力幾乎喪失，此時此刻駕駛者盡管扭動方向盤也會無濟(jì)于事。針對這種產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象的根本原因，汽車專家就研制出車用ABS這樣一套防滑制動裝置。以前消費(fèi)者買車，都把有沒有ABS作為一個重要指標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前，中國絕大部分轎車已經(jīng)將ABS作為標(biāo)準(zhǔn)配置。但對于ABS的認(rèn)識以及如何正確使用，很多駕駛員還不是很清楚，甚至還出現(xiàn)了一些對ABS的誤解。一些駕駛員認(rèn)為ABS就是縮短制動距離的裝置，裝備ABS的車輛在任何路面的制動距離肯定比未裝備ABS的制動距離要短，甚至有人錯誤地認(rèn)為在冰雪路面上的制動距離能與在瀝青路面上的制動距離相當(dāng)；還有一些駕駛員認(rèn)為只要配備了ABS，即使在雨天或冰雪路面上高速行駛，也不會出現(xiàn)車輛失控現(xiàn)象。ABS并不是如有些人所想的那樣，大大提高汽車物理性能的極限。嚴(yán)格來說，ABS的功能主要在物理極限的性能內(nèi)，保證制動時車輛本身的操縱性及穩(wěn)定性。同時，在加速的時候，也能防止輪胎的純滑移，提高了加速性能和操作穩(wěn)定性。整理為word格式整理為word格式整理為word格式通過兩自由度單輪模型為例，介紹在MATLAB環(huán)境下的控制系統(tǒng)力學(xué)建模、ABS控制器設(shè)計及仿真分析過程。1.動力學(xué)建模某車輛簡化后的制動力學(xué)模型如右圖所示。其中單輪模型質(zhì)量m，車輪滾動半徑rd，車輪轉(zhuǎn)動慣量為Iw，車輛旋轉(zhuǎn)角速度為ω，車輪輪心前進(jìn)速度為uw，地面制動力為Fxb。作用于車輪的制動力矩為Tb。若忽略空氣阻力與車輪滾動阻力，則系統(tǒng)的運(yùn)動方程如下：圖1單輪制動力模型（1）圖1單輪制動力模型（2）式中，地面制動力Fxb等于地面作用于車輪的法向反力Fx與路面附著系數(shù)μ的乘積，其中μ為制動滑移率Sb的函數(shù)。分段線性的輪胎模型根據(jù)第三章中介紹的有關(guān)輪胎縱向特性的內(nèi)容，路面附著系數(shù)與車輪滑移率之間存在一定的非線性關(guān)系。如果用兩段直線近似表示路面附著-滑移曲線，可得到分段線性化的附著系數(shù)μ與車輛滑移率sb的關(guān)系（即所謂的“Dugoff”模型），如下圖所示。其表達(dá)式如下：（3）式中，μb為峰值附著系數(shù)；μg為車輪完全抱死時（即Sb=1）時的路面附著系數(shù)；So為峰值附著系數(shù)所對應(yīng)的滑移率。整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖2線性化的路面附著系數(shù)與車輪滑移率關(guān)系曲線3.控制算法 這里以門限值控制算法為例，說明ABS控制器設(shè)計及制動系統(tǒng)力學(xué)的仿真過程。采用門限制控制算法的基本思想是保證車輪滑移率在最理想的范圍之內(nèi)。制動開始后，隨著制動壓力的升高車輪轉(zhuǎn)速ω相應(yīng)減小，車輪出現(xiàn)滑移；當(dāng)車輪滑移率達(dá)到理想范圍上限值Smax時，減小制動壓力；隨著制動壓力的減小，直至減小到滑移率下限值Smin時再增大制動壓力。循環(huán)往復(fù)這一過程直至車輛停止。因此，在ABS控制器起作用的過程中，滑移率總是保持在理想的范圍內(nèi)，從而保證車輛的最佳制動性能及行駛方向控制的穩(wěn)定性。4.仿真流程及參數(shù)輸入 由上可知，ABS控制器所用到的一些控制參數(shù)有：由路面附著系數(shù)μ與滑移率Sb的關(guān)系曲線所表示的輪胎模型；滑移率控制上限Smax、下限Smin；車輛模型參數(shù)及初始車速μωo；制動器油壓增長率ki和減小率kd等。 根據(jù)分析可知，控制邏輯實現(xiàn)的關(guān)鍵是計算當(dāng)前車輪滑移率Sb(t)并與預(yù)先確定的上限值（Smax，Smin）進(jìn)行比較，來判斷對制動液壓控制系統(tǒng)的增壓或減壓操作，控制流程如圖3所示。整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖3仿真流程5.實例分析單輪制動動力模型參數(shù)由表1給出。設(shè)式圖2定義的路面附著系數(shù)分別為μh=0.8，μg=0.6.以門限值控制算法設(shè)計ABS控制器，使車輪滑移率Sb保持在最優(yōu)值（Sopt附近），這里令Smin=0.18，Smax=0.22。根據(jù)表1給出的模型參數(shù)及附著系數(shù)，按照圖3所示的控制流程采用m語言編制仿真程序。需要指出的是，表1給出的制動系統(tǒng)控制參數(shù)僅作為參考，系統(tǒng)設(shè)計過程中可根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，已獲得滿意的結(jié)果。表1單輪ABS制動力學(xué)模型參數(shù)整理為word格式整理為word格式整理為word格式參數(shù)符號單位數(shù)值車輪質(zhì)量300車輪動力半徑0.25車輪轉(zhuǎn)動慣量12初始車速30初始角速度120初始制動力矩600制動油壓增長率4500制動油壓減小率5000采樣時間0.055.MATLAB仿真過程圖4MATLAB文件編輯調(diào)試窗口整理為word格式整理為word格式整理為word格式點擊MATLAB指令窗工具條上的NewFile圖標(biāo)，打開如圖4所示的MATLAB文件編輯調(diào)試器，其窗口名為untitled1，我們可在空白窗口中編寫程序。輸入如下一段程序：m=300;%車輪質(zhì)量rd=0.25;%車輪動力半徑Iw=12;%車輪轉(zhuǎn)動慣量vwo=30;%初始車速wo=120;%初始角速度Tbo=600;%初始制動力矩ki=4700;%制動油壓增長率kd=5000;%制動油壓減少率ts=0.05;%采樣時間i=1;%設(shè)置數(shù)組變量w(1)=wo;%設(shè)置角速度變量v(1)=vwo;%設(shè)置車速變量Tb(1)=Tbo;%設(shè)置制動壓力變量whilev(i)>0%如果車速大于零，則ABS工作sb(i)=abs((v(i)-rd*w(i))/v(i));%計算當(dāng)前滑移率ifsb(i)<=0.2%根據(jù)路面附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線計算附著系數(shù)u=0.8*sb(i)/0.2;elseu=(0.8-0.6*0.2)/(1-0.2)-(0.8-0.6)*sb(i)/(1-0.2);endFxb=u*m*9.8;%根據(jù)附著系數(shù)計算地面制動力ifsb(i)>0.22%滑移率大于上限，制動器減壓整理為word格式整理為word格式整理為word格式Tb(i+1)=Tb(i)-ts*kd;endif(sb(i)<=0.22)&(sb(i)>=0.18)%滑移率處于上下限范圍內(nèi)，制動器保壓Tb(i+1)=Tb(i);endifsb(i)<0.18%滑移率小于下限，制動器增壓Tb(i+1)=Tb(i)+ts*ki;endv2(i)=w(i)*rd;%計算車輪線速度v1(i)=Fxb/m;%計算車輪加速度v(i+1)=v(i)-v1(i)*ts;%計算下一采樣周期的車輪前進(jìn)速度w(i+1)=w(i)+ts*(Fxb*rd-Tb(i+1))/Iw;%計算下一采樣周期的車輪角速度i=i+1;%數(shù)組變量增加endx=0:i-2;%繪制ABS控制的滑移率時域結(jié)果plot(x,sb);點擊編輯調(diào)試器工具條的圖標(biāo)，在彈出的“保存為”對話框中，選擇保存文件夾，鍵入新編文件名carabs，點動保存鍵，完成文件保存。使carabs.m所在目錄成為當(dāng)前目錄或讓該目錄處在MATLAB的搜索路徑上，如該文件放在G盤，則在MATLAB主菜單中應(yīng)出現(xiàn)：點擊編輯調(diào)試器工具條的debug菜單，選擇run指令，運(yùn)行carabs文件，可得到圖5：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖5ABS控制的滑移率時域仿真結(jié)果修改carabs.m文件，輸入以下指令：v2(i)=0;x=0:i-1;plot(x,v,x,v2);運(yùn)行后得到圖6：整理為word格式整理為word格式整理為word