ABS的simulink仿真分析詳細(xì)步驟.doc

基于Matlab/Simulink的汽車ABS建模與仿真一、汽車制動(dòng)時(shí)滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系汽車制動(dòng)時(shí)，隨著制動(dòng)強(qiáng)度的不斷增加，車輪滾動(dòng)的成分會(huì)越來(lái)越少，同時(shí)車輪滑動(dòng)的成分將越來(lái)越多。一般用滑移率來(lái)說(shuō)明制動(dòng)過(guò)程中滑動(dòng)成分的多少。滑移率的定義是：式中，v為車輪中心的速度；r為車輪的滾動(dòng)半徑；為車輪的角速度。在純滾動(dòng)時(shí)，車速v=r，滑移率=0；在純滑動(dòng)時(shí)，車輪的角速度=0，滑移率=100%；在車輪邊滑邊滾時(shí)，0l00%。所以，滑移率的大小反映了車輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑動(dòng)成分所占得比例?；坡试酱?，則車輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑動(dòng)的成分越多。附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線如圖1所示：圖1滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系根據(jù)制動(dòng)時(shí)附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線可知，當(dāng)把車輪滑移率的值控制在最佳滑移率20%附近時(shí)，汽車將能夠獲得最好的制動(dòng)效能同時(shí)還擁有較好的方向穩(wěn)定性。附著系數(shù)的數(shù)值主要取決于道路的材料、路面的狀況、輪胎的結(jié)構(gòu)、胎面花紋、材料以及車速等因素。因此對(duì)于不同的路面來(lái)說(shuō)，附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系是不同的。圖2是不同路面的附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系。圖2 不同路面的附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系路面峰值附著系數(shù)滑動(dòng)附著系數(shù)瀝青或混凝土（干）0.8-0.90.75瀝青（濕）0.50.70.450.6混凝土（濕）0.80.7礫石0.60.55土路（干）0.680.65土路（濕）0.550.40.5雪（壓緊）0.20.15冰0.10.07表1 各種路面上的平均附著系數(shù)二、汽車ABS原理汽車ABS作為一種主動(dòng)安全裝置，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)壓力將汽車前后車輪的滑移率控制在最佳滑移率附近，使汽車在獲得最大地面制動(dòng)力的同時(shí)擁有良好的方向穩(wěn)定性。1 、汽車ABS的控制原理在常見(jiàn)的 ABS 系統(tǒng)中，每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入電子控制裝置ECU）。電子控制裝置ECU）根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要由HCU、組合閥、電動(dòng)泵和儲(chǔ)液罐等組成一個(gè)獨(dú)立的整體，通過(guò)制動(dòng)管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)輪缸相連。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置（ECU）的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2為ABS的控制原理。圖2 ABS控制原理三、汽車ABS的數(shù)學(xué)模型汽車制動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要包括汽車動(dòng)力學(xué)模型、輪胎模型和制動(dòng)器模型。1、汽車動(dòng)力學(xué)模型由于汽車動(dòng)力學(xué)模型建立是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，故本文采用單輪模型建立汽車動(dòng)力學(xué)模型。簡(jiǎn)化的單輪模型如圖3。圖3 單車輪模型由圖可得到車輛的動(dòng)力方程：車輛運(yùn)動(dòng)方程： （1）車輪運(yùn)動(dòng)方程： （2）車輛縱向摩擦力： （3）式中，m為1/4整車質(zhì)量（kg）；F為地面制動(dòng)力（N）；R為車輪半徑（m）；I為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）；Tb為制動(dòng)力矩（Nm），m）；v 為車身速度（m/s）； 為車輪角速度（rads）；N為地面對(duì)車輪的法向反作用力（N）；為地面摩擦系數(shù)。2、汽車輪胎模型汽車輪胎模型反映了車輪和地面附著系數(shù)與滑移率之間的關(guān)系。常用的輪胎模型有雙線性模型、魔術(shù)公式模型等。但由于試驗(yàn)條件的限制，本文采用雙線性模型，把附著系數(shù)滑移率曲線簡(jiǎn)化為兩段直線。如圖6所示。cgh圖6 附著系數(shù)滑移率雙線性曲線其計(jì)算公式為： （4）式中，為縱向附著系數(shù)；為峰值附著系數(shù)；為滑移率為100%的附著系數(shù)；為最佳滑移率；為滑移率。3、汽車制動(dòng)器模型汽車制動(dòng)器模型指制動(dòng)器力矩與制動(dòng)系氣液壓力之間的關(guān)系模型。根據(jù)相關(guān)資料，制動(dòng)系統(tǒng)壓力的形成與液壓回路、比例閥有關(guān)，建立模型如下： （5）式中，Tb為制動(dòng)器制動(dòng)力矩（Nm）；Kf為制動(dòng)器制動(dòng)系數(shù)（Nm/kPa）；P為制動(dòng)器氣液壓力（kPa）。 由于制動(dòng)器中各機(jī)械部件存在間隙和摩擦，導(dǎo)致了制動(dòng)器滯后等強(qiáng)非線性動(dòng)態(tài)特性滯后系統(tǒng)模型如下：， （6）四、汽車ABS的Simulink模型輪速仿真模型：車速仿真模型：滑移率模型：采用Matlab/ Simulink 圖形化建模工具建立計(jì)算機(jī)仿真模型, 將建立起來(lái)的汽車動(dòng)力學(xué)模型、輪和車速模型以及制動(dòng)器模型連接成閉環(huán)仿真系統(tǒng)。最終得到的仿真模型如圖7所示。圖7 汽車ABS制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型其中輪速計(jì)算子模塊包含了制動(dòng)器模型和控制模型。以踏板制動(dòng)力為輸入，控制器根據(jù)最佳滑移率和實(shí)際滑移率控制輸出制動(dòng)器制動(dòng)力矩，最終輸出車輪線速度。汽車動(dòng)力學(xué)模型以附著系數(shù)為輸入，以車身速度和制動(dòng)距離為輸出。最后將車輪線速度、車身速度和制動(dòng)距離輸入到滑移率計(jì)算模塊，計(jì)算獲得實(shí)際滑移率。本文所采用的汽車參數(shù)模型如表1所示。表2單輪模型車輛參數(shù)名稱與符號(hào)數(shù)值汽車整備質(zhì)量M50制動(dòng)初速度v60/3.6車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I0.45車輪有效半徑R重力加速度g 制動(dòng)器制動(dòng)系數(shù)Kf最大自動(dòng)壓力PBmaxTB 0.389.8115000.015 仿真結(jié)果分析根據(jù)車輛參數(shù)進(jìn)行仿真，最佳滑移率設(shè)置為0.2，得到的仿真圖形如下：圖8 車身和車輪速度變化曲線由上圖可看出，ABS可控制輪速不致于過(guò)低（滑移）而略低于車速，這樣可獲得較的滑移率。圖9 滑移率變化曲線由上圖可以看出，經(jīng)ABS控制的輪胎滑移率可保持在0.2附近，在這個(gè)范圍內(nèi)可獲得較大的縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)，從而獲得較高的制動(dòng)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。圖10制動(dòng)距離：為了便于分析，進(jìn)行了沒(méi)有ABS的制動(dòng)過(guò)程仿真，所得結(jié)果如下：圖11車身和車輪速度變化曲線（不帶ABS）圖12滑移率變化曲線（不帶ABS） 圖13 制動(dòng)距離（不帶ABS）根據(jù)仿真結(jié)果可知，當(dāng)有ABS的汽車以初速度V0=60/3.6進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離為17