畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS 建立汽車ABS的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型

1、摘要：利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件adams 建立汽車abs的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型，在matlab/simulink 環(huán)境下建立jetta gtx 轎車的abs 控制模型，構(gòu)成了abs 機(jī)電液一體化聯(lián)合仿真的動(dòng)力學(xué)控制模型。利用matlab確定了abs 的控制參數(shù)的門限值，進(jìn)行了仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理和分析，與大量的abs 實(shí)車道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，改進(jìn)模型準(zhǔn)確度，獲得了正確和可行的abs 仿真控制模型，為加速開發(fā)abs 的控制算法奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：abs 動(dòng)力學(xué)控制模型 聯(lián)合仿真 adams matlab/simulink第一章 概述“abs”（anti-lockedbrakingsystem）中文譯為“防抱

2、死剎車系統(tǒng)”.它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng)。abs是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)，可分機(jī)械式和電子式兩種。現(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，abs既有普通制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動(dòng)狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動(dòng)效果最佳的制動(dòng)裝置。普通制動(dòng)系統(tǒng)在濕滑路面上制動(dòng)，或在緊急制動(dòng)的時(shí)候，車輪容易因制動(dòng)力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。近年來由于汽車消費(fèi)者對(duì)安全的日益重視，大部分的車都已將abs列為標(biāo)準(zhǔn)配備。如果沒有abs，緊急制動(dòng)通常會(huì)造成輪胎抱死，這時(shí)，滾動(dòng)摩擦變成滑動(dòng)摩擦，制動(dòng)力大大下降。而且如

3、果前輪抱死，車輛就失去了轉(zhuǎn)向能力；如果后輪先抱死，車輛容易產(chǎn)生側(cè)滑，使車行方向變得無法控制。所以，abs系統(tǒng)通過電子機(jī)械的控制，以非?？斓乃俣染艿目刂浦苿?dòng)液壓力的收放，來達(dá)到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動(dòng)力以及制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向能力，使車輛在緊急制動(dòng)時(shí)也具有躲避障礙的能力。隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，安全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(dòng)系統(tǒng)（abs）使人們對(duì)安全性要求得以充分的滿足。汽車制動(dòng)防抱系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為abs，是提高汽車被動(dòng)安全性的一個(gè)重要裝置。有人說制動(dòng)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(jìn)展。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車上關(guān)系到乘客安全性最重要的二個(gè)系統(tǒng)之一。

4、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。汽車制動(dòng)防抱系統(tǒng)，是提高汽車制動(dòng)安全性的又一重大進(jìn)步。abs防抱制動(dòng)系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，它能使車輪保持轉(zhuǎn)動(dòng)，從而幫助駕駛員控制車輛達(dá)到安全的停車。這種防抱制動(dòng)系統(tǒng)是用速度傳感器檢測(cè)車輪速度，然后把車輪速度信號(hào)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(dòng)壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在制動(dòng)過程中保持車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)力量。第二章 發(fā)展歷程abs系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到本世紀(jì)初期，早在1928年制動(dòng)防抱理論就

5、被提出，在30年代機(jī)械式制動(dòng)防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機(jī)上獲得應(yīng)用，博世（bosch）公司在1936年第一個(gè)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(dòng)防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。進(jìn)入50年代，汽車制動(dòng)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(jī)的制動(dòng)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(duì)稱為“automatic”的制動(dòng)防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明制動(dòng)防抱系統(tǒng)確實(shí)可以在制動(dòng)過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動(dòng)距離；克萊斯（chrysler）公司在這一時(shí)期也對(duì)稱為“skidcontrol”的制動(dòng)防抱系統(tǒng)

6、進(jìn)行了試驗(yàn)研究。由于這一時(shí)期的各種制動(dòng)防抱系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機(jī)械式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)不夠精確，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的適時(shí)性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動(dòng)防抱系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動(dòng)防抱系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。凱爾塞海伊斯公司在1968年研制生產(chǎn)了稱為“suretrack”兩輪制動(dòng)防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)制動(dòng)過程中后輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)后制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在1969年被福特公司裝備

7、在雷鳥（thunderbird）和大陸馬克iii（continentalmkiii）轎車上?？巳R斯勒公司與本迪克斯（bendix）公司合作研制的稱“sure-track”的能防止4個(gè)車輪被制動(dòng)抱死的系統(tǒng)，在1971年開始裝備帝國（imperial）轎車，其結(jié)構(gòu)原理與凱爾塞海伊斯的“sure-track”基本相同，兩者不同之處，只是在于兩個(gè)還是四個(gè)車輪有防抱制動(dòng)。博世公司和泰威（teves）公司在這一時(shí)期也都研制了各自第一代電子控制制動(dòng)防抱系統(tǒng)，這兩種制動(dòng)防抱系統(tǒng)都是由電子控制裝置對(duì)設(shè)置在制動(dòng)管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對(duì)各制動(dòng)輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。別克（buick）公司在1971年研制了由

8、電子控制裝置自動(dòng)中斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動(dòng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防抱轉(zhuǎn)系統(tǒng).瓦布科（wabco）公司與奔馳（benz）公司合作，在1975年首次將制動(dòng)防抱系統(tǒng)裝備在氣壓制動(dòng)的載貸汽車上。第一臺(tái)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)abs(ant-ilockbrakesystem)，在1950年問世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上，1968年開始研究在汽車上應(yīng)用。70年代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動(dòng)器，促使了abs在汽車上的應(yīng)用。1980年后，電腦控制的abs逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴(kuò)大。到目前為止，一些中高級(jí)豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時(shí)捷、歐寶等系

9、列，英國的勞斯來斯、捷達(dá)、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的tx3、30x、紅彗星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風(fēng)等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女300z等系列，均采用了先進(jìn)的abs。到1993年，美國在轎車上安裝abs已達(dá)46%，現(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近75%的轎車應(yīng)用abs?，F(xiàn)今全世界已有本迪克斯、波許、摩根.戴維斯、海斯.凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產(chǎn)abs，它們中又有整體和非整體之分。預(yù)計(jì)隨著轎車的迅速發(fā)展，將會(huì)有更多的廠家生產(chǎn)。這一時(shí)期的各種abs系統(tǒng)都是采用模擬式電子控制裝置

10、，由于模擬式電子控制裝置存在著反應(yīng)速慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種abs系統(tǒng)均末達(dá)到預(yù)期的控制效果，所以，這些防抱控制系統(tǒng)很快就不再被采用了。進(jìn)入70年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為abs系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動(dòng)防泡系統(tǒng)-博世abs2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現(xiàn)代abs系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管博世abs2的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世abs2的控制效果己相當(dāng)理想。從此之后，歐、美

11、、日的許多制動(dòng)器專業(yè)公司和汽車公司相繼研制了形式多詳?shù)腶bs系統(tǒng)。“自動(dòng)防抱死剎車”的原理并不難懂，在遭遇緊急情況時(shí)，未安裝abs系統(tǒng)的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發(fā)生側(cè)滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險(xiǎn)狀況！而裝有abs系統(tǒng)的車輛在車輪即將達(dá)到抱死臨界點(diǎn)時(shí)，剎車在一秒內(nèi)可作用60至120次，相當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機(jī)械自動(dòng)化的“點(diǎn)剎”動(dòng)作。此舉可避免緊急剎車時(shí)方向失控與車輪側(cè)滑，同時(shí)加大輪胎摩擦力，使剎車效率達(dá)到90以上。從微觀上分析，在輪胎從滾動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)的臨界點(diǎn)時(shí)輪胎與地面的摩擦力達(dá)到最大。在汽車起步時(shí)可充分發(fā)揮引擎動(dòng)力輸出（縮短加速時(shí)間），如果

12、在剎車時(shí)則減速效果最大（剎車距離最短）。abs系統(tǒng)內(nèi)控制器利用液壓裝置控制剎車壓力在輪胎發(fā)生滑動(dòng)的臨界點(diǎn)反復(fù)擺動(dòng)，使在剎車盤不斷重復(fù)接觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值，達(dá)到最佳剎車效果。abs的運(yùn)作原理看來簡(jiǎn)單，但從無到有的過程卻經(jīng)歷過不少挫折（中間缺乏關(guān)鍵技術(shù)）！1908年英國工程師j. e. francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無法將它實(shí)用化。接下來的30年中，包括karl wessel的“剎車力控制器”、werner möhl的“液壓剎車安全裝置”與richard trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的汽車科技

13、手冊(cè)中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險(xiǎn)的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個(gè)重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。當(dāng)時(shí)開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個(gè)沒有集成電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到abs系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時(shí)，已經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司bosch（博世）研發(fā)abs系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當(dāng)年bosch申請(qǐng)“機(jī)動(dòng)車輛防止剎車抱死裝置”的專

14、利。1964年（也是集成電路誕生的一年）bosch公司再度開始abs的研發(fā)計(jì)劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是abs（antilock braking system）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具abs原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y金過于龐大，abs初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。teldix gmbh公司從1970年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機(jī)abs 1， 該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過1000個(gè)，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。1973年bosch公司購

15、得50的teldix gmbh公司股權(quán)及abs領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年aeg、teldix與bosch達(dá)成協(xié)議，將abs系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)劃完全委托bosch公司整合執(zhí)行?！癮bs 2”在3年的努力后誕生！有別于abs 1采用模擬式電子組件， abs 2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個(gè)銳減到140個(gè)，而且有造價(jià)降低、可靠性大幅提升與運(yùn)算速度明顯加快的三大優(yōu)勢(shì)。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將abs 2這項(xiàng)高科技系統(tǒng)裝置在s級(jí)及7系列車款上。在誕生的前3年中，abs系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場(chǎng)。從1978到1980年底，bosch公司總共才售出240

16、00套abs系統(tǒng)。所幸第二年即成長到76000套。受到市場(chǎng)上的正面響應(yīng)，bosch開始tcs循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃。1983年推出的abs 2s系統(tǒng)重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個(gè)。到了1985年代中期，全球新出廠車輛安裝abs系統(tǒng)的比例首次超過1，通用車廠也決定把a(bǔ)bs列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。1986年是另一個(gè)值得紀(jì)念的年份，除了bosch公司慶祝售出第100萬套abs系統(tǒng)外，更重要的是bosch推出史上第一具供民用車使用的tcs/ asr循跡控制系統(tǒng)。tcs/ asr的作用是防止汽車起步與加速過程中發(fā)生驅(qū)動(dòng)輪打滑，特別是防止車輛過彎時(shí)的驅(qū)動(dòng)輪空轉(zhuǎn)，并將打滑

17、控制在10到20范圍內(nèi)。由于asr是通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪的扭矩來控制，因而又叫驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)，在日本又稱之為trc或trac。asr和abs的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構(gòu)成具有防車輪抱死和驅(qū)動(dòng)輪防打滑控制(abs /asr)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、abs/ asr ecu控制器、abs驅(qū)動(dòng)器、asr驅(qū)動(dòng)器、副節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進(jìn)過程中，引擎ecu根據(jù)輪速傳感器輸入的信號(hào)，當(dāng)判定驅(qū)動(dòng)輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時(shí)，就進(jìn)入防空轉(zhuǎn)程序。首先由引擎ecu降低副節(jié)氣門以減少進(jìn)油量，使引擎動(dòng)力輸出扭矩減小。當(dāng)ecu判定需要對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行

18、介入時(shí)，會(huì)將信號(hào)傳送到asr驅(qū)動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動(dòng)輪打滑或使驅(qū)動(dòng)輪的打滑保持在安全范圍內(nèi)。第一款搭載asr系統(tǒng)的新車型在1987年出現(xiàn)，奔馳s 級(jí)再度成為歷史的創(chuàng)造者。隨著abs系統(tǒng)的單價(jià)逐漸降低，搭載abs系統(tǒng)的新車數(shù)目于1988年突破了爆炸性成長的臨界點(diǎn)，開始飛快成長，當(dāng)年bosch的abs系統(tǒng)年度銷售量首次突破300萬套。技術(shù)上的突破讓bosch在1989年推出的abs 2e系統(tǒng)首次將原先分離于引擎室（液壓驅(qū)動(dòng)組件）與中控臺(tái)（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計(jì)更改為“兩組件整合為一”設(shè)計(jì)！abs 2e系統(tǒng)也是歷史上第一個(gè)舍棄集成電路，改以一個(gè)8 k字節(jié)

19、運(yùn)算速度的微處理器（cpu）負(fù)責(zé)所有控制工作的abs系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時(shí)捷車廠正式宣布全車系都已安裝了abs，3年后（1992年）奔馳車廠也決定緊跟保時(shí)捷的腳步。1990年代前半期abs系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。bosch在1993年推出abs 2e的改良版：abs 5.0系統(tǒng)，除了體積更小、重量更輕外，abs 5.0裝置了運(yùn)算速度加倍（16 k字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套abs系統(tǒng)。abs與asr/ tcs系統(tǒng)已受到全世界車主的認(rèn)同，但bosch的工程團(tuán)隊(duì)卻并不滿足，反而向下一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：esp（electronic stabilty p

20、rogram，行車動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)）前進(jìn)！有別于abs與tcs僅能增加剎車與加速時(shí)的穩(wěn)定性，esp在行車過程中任何時(shí)刻都能維持車輛在最佳的動(dòng)態(tài)平衡與行車路線上。esp系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測(cè)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監(jiān)測(cè)每個(gè)車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動(dòng)以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測(cè)量過彎時(shí)的離心加速度以確定汽車是否在過彎時(shí)失去抓地力），在此同時(shí)、控制單元通過這些傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個(gè)或多個(gè)車輪剎車壓力的建立或釋放，同時(shí)對(duì)引擎扭矩作最精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進(jìn)行反

21、應(yīng)。整合abs、ebd、edl、asr等系統(tǒng)的esp讓車主只要專注于行車，讓計(jì)算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。延續(xù)過去abs與asr誕生時(shí)的慣例，奔馳s 級(jí)還是首先使用esp系統(tǒng)的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將esp列為標(biāo)準(zhǔn)配備。在此同時(shí)，bosch于1998及2001年推出的abs 5.7、abs 8.0系統(tǒng)仍精益求精，整套系統(tǒng)總重由2.5公斤降至1.6公斤，處理器的運(yùn)算速度從48 k字節(jié)升級(jí)到128 k字節(jié)，奔馳車廠主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將esp列為標(biāo)準(zhǔn)配備。bosch車廠于2003年慶祝售出超過一億套abs系統(tǒng)及1000萬套esp系統(tǒng)，根據(jù)a

22、cea（歐洲車輛制造協(xié)會(huì)）的調(diào)查，今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生產(chǎn)的新車都搭載了abs系統(tǒng)，全世界也有超過60的新車擁有此項(xiàng)裝置?！癮bs系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時(shí)縮短剎車所需距離”robert bosch gmbh（bosch公司的全名）董事會(huì)成員wolfgang drees說。不像安全氣囊與安全帶（可以透過死亡數(shù)目除以車禍數(shù)目的比例來分析），屬于“防患于未然”的abs系統(tǒng)較難以真實(shí)數(shù)據(jù)佐證它將多少人從鬼門關(guān)前搶回？但據(jù)德國保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、汽車安全學(xué)會(huì)分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們

23、有理由相信abs及其衍生的asr與esp系統(tǒng)大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率。nhtsa（北美高速公路安全局）曾估計(jì)abs系統(tǒng)拯救了14563名北美駕駛?cè)说男悦?！從abs到esp，汽車工程師在提升行車穩(wěn)定性的努力似乎到了極限（民用型esp系統(tǒng)誕生至今已近10年），不過就算計(jì)算機(jī)再先進(jìn)仍須要駕駛?cè)说倪m當(dāng)操作才能發(fā)揮最大功效。多數(shù)車主都沒有遭遇過緊急狀況（也希望永遠(yuǎn)不要），卻不能不知道面臨關(guān)鍵時(shí)刻要如何應(yīng)對(duì)？在緊急情況下踩下剎車時(shí)，abs系統(tǒng)制動(dòng)分泵會(huì)迅速作動(dòng)，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動(dòng)與顯著噪音（abs系統(tǒng)運(yùn)作中的正?，F(xiàn)象），這時(shí)你應(yīng)毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有ebd剎車力輔助裝

24、置，否則大多數(shù)駕駛者的剎車力量都不足），另外abs能防止緊急剎車時(shí)的車輪抱死現(xiàn)象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應(yīng)邊剎車邊打方向進(jìn)行緊急避險(xiǎn)，以向左側(cè)避讓路中障礙物為例，應(yīng)大力踏下剎車踏板、迅速向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是abs系統(tǒng)依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發(fā)生抱死情況？平時(shí)要經(jīng)常保持在各個(gè)車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、油污特別是磁鐵性物質(zhì)粘附在其表面，這些都可能導(dǎo)致傳感器失效或輸入錯(cuò)誤信號(hào)而影響abs系統(tǒng)正常運(yùn)作。行車前應(yīng)經(jīng)常注意儀表板上的abs故障指示燈，如發(fā)現(xiàn)閃爍或長亮，abs系統(tǒng)可能已經(jīng)故障（尤其是早期系統(tǒng)），應(yīng)該盡快到維修廠排除

25、故障。要提醒的是，abs/ asr/ esp系統(tǒng)雖然是高科技的結(jié)晶，但并不是萬能的，也別因?yàn)橛辛诉@些行車主動(dòng)安全系統(tǒng)就開快車。第三章 工作原理控制裝置和abs警示燈等組成，在不同的abs系統(tǒng)中，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能abs通常都由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子不盡相同。在常見的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。電子控制裝置根據(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)裝置主要由調(diào)壓電磁閥組成，電動(dòng)泵組成和儲(chǔ)液器等組成一個(gè)

26、獨(dú)立的整體，通過制動(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的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。abs的工作過程可以分為常規(guī)制動(dòng)，制動(dòng)壓力保持制動(dòng)壓力減小和制動(dòng)壓力增大等階段。在常規(guī)制動(dòng)階段，abs并不介入制動(dòng)壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)主缸至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動(dòng)輪缸至儲(chǔ)液器的制動(dòng)管路均處于封閉狀態(tài)，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的輸出壓力而變化，此時(shí)的制動(dòng)過程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過程完全相同在制動(dòng)過程中，（如下圖所示）電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感

27、器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定有車輪趨于抱死時(shí)，abs就進(jìn)入防抱制動(dòng)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(shí)，電子控制裝置就使控制右前輪刮動(dòng)壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液不再進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，此時(shí)，右前出液電磁閥仍末通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液也不會(huì)流出，右前制動(dòng)輪缸的刮動(dòng)壓力就保持一定，而其它末趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(dòng)主缸輸出壓力的增大而增大；如果在右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力保持一定時(shí)，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(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)波就會(huì)經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電

28、磁閥流回儲(chǔ)液器，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速減小右前輪的抱死趨勢(shì)將開始消除，隨著右前制動(dòng)輪缸制動(dòng)壓力的減小，右前輪會(huì)在汽車慣性力的作用下逐漸加速；當(dāng)電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)判定右前輪的抱死趨勢(shì)已經(jīng)完全消除時(shí)，電子控制裝置就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)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(shí)也使電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵輸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液經(jīng)電磁閥進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速增大，右前輪又開抬減速轉(zhuǎn)動(dòng)。（參見：汽車電子控制基礎(chǔ)，曹家喆 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年10月）abs通過使趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力循環(huán)往復(fù)而將趨

29、于防抱車輪的滑動(dòng)率控制，在峰值附著系數(shù)滑動(dòng)率的附近范圍內(nèi)，直至汽車速度減小至很低或者制動(dòng)主缸的常出壓力不再使車輪趨于抱死時(shí)為止。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá)320hz。在該abs中對(duì)應(yīng)于每個(gè)制動(dòng)輪缸各有對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進(jìn)行控制，因此，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，從而使四個(gè)車輪都不發(fā)生制動(dòng)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(duì)趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)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(dòng)抱死。第四章 汽車abs 機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型 1. 汽車abs 仿真模型建立的要求： (1) 在仿真建模過程中要考慮到模型的準(zhǔn)確性和可信度，在不失真

30、的前提下盡量簡(jiǎn)化仿真模型，減少自由度數(shù)，提高求解效率。 (2) 能夠正確的根據(jù)路面條件、道路狀況、制動(dòng)強(qiáng)度和法向載荷實(shí)時(shí)計(jì)算出車速和輪速，使模型盡可能反映實(shí)車的運(yùn)動(dòng)狀況。 (3) 具有仿真建模改進(jìn)的能力，能方便地修改子模型的參數(shù)，不需要花費(fèi)很大精力或者重新建模，就可以在設(shè)計(jì)階段，插入或改變仿真模型。 adams 軟件計(jì)算功能強(qiáng)大，求解器效率高，具有多種專業(yè)模塊和工具包，以及與其它c(diǎn)ad 軟件的接口，可方便快捷地建立機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型，支持fortran 和c 語言，便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)1?；赼dams軟件的上述優(yōu)點(diǎn)，利用adams 軟件建立汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（abs）的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型。 2. 模

31、型建立： 汽車是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，對(duì)汽車的abs 制動(dòng)性能進(jìn)行模擬仿真，輸入的參數(shù)包括制動(dòng)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(duì)開路面、對(duì)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(dòng)過程中整車和車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動(dòng)器制動(dòng)力、地面制動(dòng)力、地面?zhèn)认蛄ΑM擺力矩等。 根據(jù)以上研究目的，對(duì)整車進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)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(duì)汽車制動(dòng)性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數(shù)由pro/engineer 軟件三維實(shí)體建模計(jì)算得到，對(duì)懸架系和轉(zhuǎn)向系簡(jiǎn)化如下： 懸架系統(tǒng)只考慮懸架

32、的垂直變形；轉(zhuǎn)向系忽略車輪定位角和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置。把汽車簡(jiǎn)化為具有十個(gè)剛體的模型，共14 個(gè)自由度。十個(gè)剛體分別為車身、一個(gè)后非獨(dú)立懸掛組質(zhì)量、兩個(gè)前獨(dú)立懸掛組質(zhì)量（兩個(gè)前輪橫擺臂和兩個(gè)前輪轉(zhuǎn)向節(jié)）、四個(gè)車輪。兩前輪共有3 個(gè)自由度，車身具有3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和3 個(gè)平動(dòng)自由度，兩后輪各有1 個(gè)自由度，前懸架各有一個(gè)自由度，后懸架1 個(gè)自由度，如圖1 所示。 圖1 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(gè)子模型： 轉(zhuǎn)向系模型：以轉(zhuǎn)向角約束直接作用于左轉(zhuǎn)向節(jié)。 前懸架模型：前懸架是獨(dú)立懸架，一側(cè)的簡(jiǎn)化模型如圖2 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡(jiǎn)化如圖2 中3 所示，用

33、轉(zhuǎn)動(dòng)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2 懸架的簡(jiǎn)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(dòng)副 b球鉸 c轉(zhuǎn)動(dòng)副 d滑柱鉸 e球鉸后懸架是非獨(dú)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(duì)運(yùn)動(dòng)， 懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。 輪胎模型：車輛的各種運(yùn)動(dòng)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(dòng)阻力的影響。采用adams 提供的非線性pacejka 輪胎模型2。 制動(dòng)器模型：采用美國高速公路車輛仿真模型中的制動(dòng)器模型。 液壓模型：采用adams 中液壓模塊

34、（adams/hydraulics）建立制動(dòng)系統(tǒng)的液壓仿真模塊。 路面模型：設(shè)計(jì)出路面模型可進(jìn)行對(duì)開路面和對(duì)接路面制動(dòng)過程的仿真計(jì)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(dòng)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(duì)對(duì)接路面采用在路面模型上加入標(biāo)記點(diǎn)（marker）的方法，分別求出前輪和后輪質(zhì)心到標(biāo)記點(diǎn)x 方向上的距離。當(dāng)距離為正時(shí)說明輪胎已經(jīng)跨過了標(biāo)記點(diǎn)，此時(shí)根

35、據(jù)所規(guī)定的路面情況對(duì)輪胎附著系數(shù)進(jìn)行改變，使得模型可以計(jì)算路面附著系數(shù)變化。對(duì)開路面也采取了相同的加入標(biāo)記點(diǎn)的方法，進(jìn)行計(jì)算左右側(cè)輪胎相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)y 方向上的距離。 （參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月） 第五章 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)abs 的控制模型 在adams 中定義了與matlab/simulink 的接口，把a(bǔ)dams 中建立的非線性機(jī)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 提供的各種強(qiáng)大的工具進(jìn)行控制模型開發(fā)，在matlab 軟件下進(jìn)行聯(lián)合仿真計(jì)

36、算3。圖3 所示為matlab/simulink中表示的adams 機(jī)械模型，在adams 中定義四個(gè)車輪的制動(dòng)力矩為輸入變量，定義四個(gè)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 adams子模塊圖4 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(dòng)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)。（參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月） 圖4 abs 仿真控制模型第六章 abs 聯(lián)合仿真控制規(guī)律結(jié)果與分析 1.

37、 確定車輪加速度和參考滑移率的門限值 根據(jù)adams 仿真制動(dòng)過程計(jì)算出的車輪加速度曲線，分析出加速度門限值為w&1、減速度門限值為w&2。車輪滑移率下門限值1 ，上門限值2。 車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定是一個(gè)反復(fù)交替驗(yàn)證過程。方法為：計(jì)算車輪的加、減速度和參考滑移率，以參考滑移率為控制參數(shù)初步確定車輪的加、減速度的門限值，再以車輪加、減速度門限值控制車輪的滑移率,確定滑移率的門限值。圖4 中深色的部分為adams 生成的機(jī)械模型，在matlab作為一個(gè)sfunction 函數(shù)參與運(yùn)算。通過上述交替驗(yàn)證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖5 所示，實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6 所示。

38、比較圖5 和圖6，可以看出仿真數(shù)據(jù)與實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)相吻合，驗(yàn)證了車輪加速度門限值和滑移率門限值的確定是合理的。 圖5 仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖6 試車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖6 實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù) 選取適當(dāng)滑移率門限值1，2是控制的關(guān)鍵問題之一。如果車輪的滑移率大于路面峰值附著系數(shù)相應(yīng)的滑移率opt，車輪的側(cè)向附著力很低。在有側(cè)向風(fēng)、道路傾斜或轉(zhuǎn)向制動(dòng)等對(duì)車輛產(chǎn)生橫向力情況下，或左右車輪的地面制動(dòng)力不相等時(shí)，路面不能提供足夠的側(cè)向力使車輛保持行駛方向，車輛容易發(fā)生危險(xiǎn)的甩尾情況，因此滑移率門限值的上限應(yīng)小于opt。 理想的abs 系統(tǒng)應(yīng)能把制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)到一個(gè)合適的范圍內(nèi)，使得車輪的滑移率保持在opt附近。如果（ 2 1 ）取

39、值較小，則控制過程的保壓時(shí)間較短，需進(jìn)行頻繁的壓力調(diào)節(jié)，壓力調(diào)節(jié)器需進(jìn)行頻繁的動(dòng)作，而壓力調(diào)節(jié)器和制動(dòng)器需要一定的響應(yīng)時(shí)間，過于頻繁的壓力調(diào)節(jié)會(huì)使壓力調(diào)節(jié)器和制動(dòng)器來不及響應(yīng)，達(dá)不到控制效果。如果（ 2 1 ）取值較大，車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能及時(shí)的控制，車輪的速度波動(dòng)范圍很大，還會(huì)造成制動(dòng)效能降低。 2. abs 的控制周期 控制周期取決于車速信號(hào)采集頻率，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間和控制邏輯運(yùn)算時(shí)間之和。在仿真模型里進(jìn)行了控制周期對(duì)abs 控制影響的分析。 模型中采用了改變控制模型與車輛模型之間的通訊時(shí)間來實(shí)現(xiàn)控制周期的模擬。以通訊時(shí)間為0.1s 和0.15s 為例，得到結(jié)果如圖7和圖8所示。從兩圖中可以看到控制周期增大，滑移率變化范圍增大，說明車輪的線速度變化范圍增大，車輪的抱死趨勢(shì)強(qiáng)烈