ABS的simulink仿真分析詳細步驟.doc

基于Matlab/Simulink的汽車ABS建模與仿真一、汽車制動時滑移率與附著系數(shù)的關系汽車制動時，隨著制動強度的不斷增加，車輪滾動的成分會越來越少，同時車輪滑動的成分將越來越多。一般用滑移率來說明制動過程中滑動成分的多少?；坡实亩x是：式中，v為車輪中心的速度；r為車輪的滾動半徑；為車輪的角速度。在純滾動時，車速v=r，滑移率=0；在純滑動時，車輪的角速度=0，滑移率=100%；在車輪邊滑邊滾時，0l00%。所以，滑移率的大小反映了車輪運動過程中滑動成分所占得比例。滑移率越大，則車輪運動過程中滑動的成分越多。附著系數(shù)與滑移率的關系曲線如圖1所示：圖1滑移率與附著系數(shù)的關系根據(jù)制動時附著系數(shù)與滑移率的關系曲線可知，當把車輪滑移率的值控制在最佳滑移率20%附近時，汽車將能夠獲得最好的制動效能同時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。因此對于不同的路面來說，附著系數(shù)與滑移率的關系是不同的。圖2是不同路面的附著系數(shù)與滑移率的關系。圖2 不同路面的附著系數(shù)與滑移率的關系路面峰值附著系數(shù)滑動附著系數(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作為一種主動安全裝置，它可以通過調(diào)節(jié)車輪制動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力的同時擁有良好的方向穩(wěn)定性。1 、汽車ABS的控制原理在常見的 ABS 系統(tǒng)中，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，將有關各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置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對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定，并形成相應的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由HCU、組合閥、電動泵和儲液罐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（ECU）的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(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)學模型汽車制動系統(tǒng)數(shù)學模型主要包括汽車動力學模型、輪胎模型和制動器模型。1、汽車動力學模型由于汽車動力學模型建立是個復雜的過程，故本文采用單輪模型建立汽車動力學模型。簡化的單輪模型如圖3。圖3 單車輪模型由圖可得到車輛的動力方程：車輛運動方程： （1）車輪運動方程： （2）車輛縱向摩擦力： （3）式中，m為1/4整車質(zhì)量（kg）；F為地面制動力（N）；R為車輪半徑（m）；I為車輪轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）；Tb為制動力矩（Nm），m）；v 為車身速度（m/s）； 為車輪角速度（rads）；N為地面對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)與滑移率之間的關系。常用的輪胎模型有雙線性模型、魔術公式模型等。但由于試驗條件的限制，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、汽車制動器模型汽車制動器模型指制動器力矩與制動系氣液壓力之間的關系模型。根據(jù)相關資料，制動系統(tǒng)壓力的形成與液壓回路、比例閥有關，建立模型如下： （5）式中，Tb為制動器制動力矩（Nm）；Kf為制動器制動系數(shù)（Nm/kPa）；P為制動器氣液壓力（kPa）。 由于制動器中各機械部件存在間隙和摩擦，導致了制動器滯后等強非線性動態(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算機仿真模型, 將建立起來的汽車動力學模型、輪和車速模型以及制動器模型連接成閉環(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制動系統(tǒng)仿真模型其中輪速計算子模塊包含了制動器模型和控制模型。以踏板制動力為輸入，控制器根據(jù)最佳滑移率和實際滑移率控制輸出制動器制動力矩，最終輸出車輪線速度。汽車動力學模型以附著系數(shù)為輸入，以車身速度和制動距離為輸出。最后將車輪線速度、車身速度和制動距離輸入到滑移率計算模塊，計算獲得實際滑移率。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)名稱與符號數(shù)值汽車整備質(zhì)量M50制動初速度v60/3.6車輪轉(zhuǎn)動慣量I0.45車輪有效半徑R重力加速度g 制動器制動系數(shù)Kf最大自動壓力PBmaxTB 0.389.8115000.015 仿真結(jié)果分析根據(jù)車輛參數(shù)進行仿真，最佳滑移率設置為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穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。圖10制動距離：為了便于分析，進行了沒有ABS的制動過程仿真，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 制動距離（不帶ABS）根據(jù)仿真結(jié)果可知，當有ABS的汽車以初速度V0=60/3.6進行制動時，制動距離為17