汽車理論大作業(yè)

1、汽車理論大作業(yè)20100410420車輛四班 楊江林 1.內(nèi)容本文在MATLAB/Simulink中搭建ABS模型，將ABS對整車的性能影響進行仿真，并對仿真結果進行分析來證明方法的可行性。 2.原理由輪胎縱向力特性可知，車輪的滑移率b s 決定了制動力和側向力的大小。公式1給出了車輪滑移率b s 的定義。式中， 為車速，對應線速度，V V 為汽車線速度， r R 為車輪半徑，為車輪線速度。如圖1所示為車輛在制動行使時，地面作用于車輪的制動力sb F 和側向力y F 隨車輪制動滑移率b s 的變化關系?？梢钥闯?，側向力隨滑移率b s 的增加而下降，當滑移率從1降為0時，制動力開始隨滑移率的增加

2、而迅速增加；當滑移率增至某值opt s 時，制動力則隨滑移率的增加而迅速減少。公式1說明了車速與輪速的關系：當滑移率為1時，車速與輪速相等；當滑移率為0時，車輪已經(jīng)處于抱死狀態(tài)。車輪抱死滑移時，不僅制動力減少，制動強度降低，而且車輪側向附著力也大大減少。因此，當前輪抱死滑移時，車輛喪失轉向能力；而后輪抱死滑移則屬于不穩(wěn)定工況，易引起車輛急速甩尾的危險。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、輪胎的結構、胎面花紋、材料

3、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)與滑移率的關系利用車輪滑移率的門限值及參考滑移率設計控制邏輯，使得車輪的滑移率保持在峰值附著系數(shù)附近，從而獲得最大的地面制動力和最小的制動距離。同時獲得較大的側向力，保證制動時的側向穩(wěn)定性。 ABS工作原理圖3. 模型由于汽車動力學模型建立是個復雜的過程，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整車質量（kg）；F為地面制

4、動力（N）；R為車輪半徑（m）；I為車輪轉動慣量（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)。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4所示。cgh圖4 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。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。汽車

5、制動時首先要克服制動器及制動缸中的彈簧回位力，設此力為Pm，則相應的制動力矩可用如下公式表示: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）；Pm為克服彈簧回位力所需的氣液壓力（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，這些為制動器建模帶來了很大的困難。為了方便研究控制算法，本文在進行仿真時假設制動器為理想元件，忽略了由滯后性帶來的影響。因此，制動器方程為： （6）4. 汽車ABS的Simulink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

6、模型、輪胎模型和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5所示。沒有ABS系統(tǒng)時的simulink程序框圖 有ABS時的simulink程序框圖汽車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。本仿真模型還設置了示波器，以便觀察仿真曲線，并進行相關分析。本文所采用的汽車參數(shù)模型如表1所示。表1 單輪模型車輛參數(shù)名稱與符號數(shù)值汽車整

7、備質量M/kg50制動初速度v/（m/s）60/3.6車輪轉動慣量I/kgm20.45車輪有效半徑R/m0.38制動器制動系數(shù)Kf（Nm/kPa）1制動器制動力矩Tb（Nm）0.015. 仿真結果分析根據(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： 車身和車輪速度變化曲線滑移率變化曲線制動距離曲線為了便于分析，進行了沒有ABS的制動過程仿真，所得結果如下：車身和車輪速度變化曲線（不帶ABS）滑移率變化曲線（不帶ABS） 制動距離（不帶ABS）對初速度為60/3.6Km/h的汽車ABS系統(tǒng)進行計算機仿真，仿真結果如圖6和圖7,t圖8所示。表明使用ABS裝用該種控制邏輯的汽車制動距離較小，滑移率基本控制在0.2附近，且制動附著系數(shù)基本在峰值附著系數(shù)點小范圍的波動，制動性能良好。 從上面的圖中可以看出，在制動初始時，隨著制動壓力的增加，滑移率增加，當大于015時，ABS系統(tǒng)使其控制在015O25范圍內(nèi)，使系統(tǒng)穩(wěn)定制動，且制動距離較小，客觀地反映了汽車的制動性能。而從仿真結果來看，裝有ABS的汽車的制動距離僅為30m左右，這充分說明了汽車ABS