基于Simulink的ABS仿真

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1、基于Simulink的ABS仿真1.ABS原理1.1ABS的組成ABS通常由輪速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制單元ECU組成。其系統(tǒng)不意圖見圖1O電千控制單元圖1ABS組成系統(tǒng)不意圖其中，輪速傳感辭用于檢測車輪的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入ECUo制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置安裝有電磁閥，由ECU控制電磁閥的通電和斷電以控制不同油路通斷進(jìn)而調(diào)節(jié)制動(dòng)力的大小。ECU包括輸入電路、輸出電路、電源電路、安全檢測電路、主控單片機(jī)和監(jiān)控單片機(jī)，主要用于接收輪速傳感器及其他傳感器輸入信號(hào)，進(jìn)行放大、計(jì)算、比較，并按照特定

2、的控制邏輯，分析判斷后輸出控制指令，控制制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。1.2ABS的基本工作原理汽車制動(dòng)時(shí)，當(dāng)附著力對(duì)車輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不足以克服制動(dòng)器所產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，車輪就會(huì)發(fā)生制動(dòng)抱死。此時(shí)，如果汽車還未完全制動(dòng)到停車，車輪就會(huì)在路面上產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。汽車在高速行駛時(shí)車輪被制動(dòng)抱死將會(huì)對(duì)汽車行駛安全性造成一系列不良影響。充分合理地利用輪胎與路面間的附著力，可以使車輛在制動(dòng)過程獲得良好的行駛性能，附著力的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：F產(chǎn)F』（p式中，—附著力，F(xiàn)乙—垂直載荷，（p—附著系數(shù)。在汽車制動(dòng)過程中，

3、輪胎與路面間的垂直載荷和附著系數(shù)會(huì)隨很多因素而變化。車輪在其滾動(dòng)平面內(nèi)相對(duì)于路面有滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式，為表征滾動(dòng)成分在車輪運(yùn)動(dòng)所占比例引入滑移率的概念，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：v—rcoS=X100%式中，S-車輪滑移率，人，一汽車瞬時(shí)速度，廠一車輪半徑，車輪角O滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系見圖2。車輪在路面上純滾動(dòng)時(shí)，因?yàn)関n.=rcow,所以s=0；車輪在路面上純滑動(dòng)時(shí),因?yàn)檠?0,所以s=100%；車輪在路面上邊滾邊滑時(shí)，因?yàn)?ra)w,所以0

4、移率越大。由于輪胎具有一定的彈性，當(dāng)車輪的滑移率達(dá)到20%左右時(shí)，輪胎才相對(duì)路面發(fā)生滑移。在輪胎還沒有相對(duì)于路面發(fā)生滑移吋，輪胎與路面間的附著系數(shù)“表現(xiàn)為靜摩擦系數(shù)，即隨著相對(duì)滑移趨勢(shì)的增大而增大，在輪胎相對(duì)于路面即將發(fā)生滑移時(shí)，附著系數(shù)“就達(dá)到了最大靜摩擦系數(shù)。輪胎在路面上開始滑移后,附著系數(shù)“就表現(xiàn)為動(dòng)摩擦系數(shù)。由于動(dòng)摩擦系數(shù)總是小于靜摩擦系數(shù)，所以在制動(dòng)抱死(s=l()()%)時(shí)，輪胎與路面Z間的附著系數(shù)也就小于輪胎即將在路面上滑移(s=20%)時(shí)的附著系數(shù)。此外，隨著滑移率的增加，輪胎與

5、路面間的附著力在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)的分力也就越來越大，車輪抵抗外界橫向干擾力的作用的能力也就越來越??；在垂?直于車輪轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)的橫向附著系數(shù)H也就越來越小，車輪被制動(dòng)抱死后，輪胎與路面間的附著系數(shù)將全部在車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)，車輪將完全喪失抵抗外界橫向力的能力，即橫向附著系數(shù)“幾乎減小到0。所以，車輪被制動(dòng)抱死后，不僅不能產(chǎn)生最人的制動(dòng)力，而II車輪如果受到橫向力的作用還會(huì)發(fā)生橫向滑移，因此，不僅會(huì)延長汽車的制動(dòng)距離，還會(huì)使汽車喪失制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性和失去轉(zhuǎn)向操縱能力。另外，制動(dòng)時(shí)車輪發(fā)生抱死還會(huì)導(dǎo)致輪胎

6、過度的不均勻磨損，也增加了駕駛員在制動(dòng)時(shí)的緊張程度。因此，制動(dòng)抱死狀態(tài)是很危險(xiǎn)的。在制動(dòng)系統(tǒng)中附設(shè)防抱死系統(tǒng)的目的就在于在車速較高的情況下進(jìn)行制動(dòng)時(shí)防止車輪發(fā)生制動(dòng)抱死，并將車輪的滑移率控制在最佳滑移率的附近，使車輪既能產(chǎn)生較大的制動(dòng)力，乂具有較高的抗橫向滑移的能力。ABS的工作原理見圖3。圖3ABS的工作原理圖1.3ABS的優(yōu)點(diǎn)總的說來，ABS裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)改善汽車制動(dòng)時(shí)的效能。(2)改善汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。(3)改善汽車制動(dòng)時(shí)的橫向穩(wěn)定性。(4)改善汽車車輪的磨損情況。2.AB

7、S動(dòng)力學(xué)仿真模型的構(gòu)建2.1汽車動(dòng)力學(xué)模型由于木文主要研究ABS制動(dòng)過程，故建立車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常用的單輪模型進(jìn)行仿真分析。其單輪模型受力示意圖見圖4。單輪模型運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為：dvm一=dt/dcodt=FRf式中，加為1/4整車質(zhì)量；F為地面制動(dòng)力；/為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；R為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；7；為制動(dòng)力矩；u為車輛速度；血為車輪角速度。圖4單輪模型受力示意圖2.2ABS整體仿真模型構(gòu)建本文中ABS整體仿真模型是在MATLAB軟件下的Simulink環(huán)境中，基于邏輯門限法控制策略構(gòu)建完成的。邏輯門限法是口

8、前國內(nèi)外ABS產(chǎn)品廣泛使用的一種控制策略，它采用加、減速度門限控制，并附加一些其他門限進(jìn)行輔助控制，是對(duì)非線性控制系統(tǒng)的一種有效控制方法。在ABS系統(tǒng)控制過程中，通過車輪加速度門限、滑移率門限等控制制動(dòng)系統(tǒng)的增壓、保壓和減壓過程合理變換,將車輪的滑移率控制在最佳范圍內(nèi)，確保汽車的制動(dòng)安全性。本文針對(duì)2011款?yuàn)W迪A4L車型進(jìn)行ABS制動(dòng)仿真,其單輪模型參數(shù)見表1,其整體仿真模型Simulink框圖見圖5。在該仿真模型中，主要包括一下5大模塊:輪胎模塊、制動(dòng)器模塊、輪速/車速模塊、滑移率模塊和控制