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

1、摘要：利用機械動力學(xué)仿真軟件adams 建立汽車abs的機械動力學(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 機電液一體化聯(lián)合仿真的動力學(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 實車道路試驗數(shù)據(jù)對比，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)，可分機械式和電子式兩種。現(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)，abs既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動效果最佳的制動裝置。普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動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者對安全的日益重視，大部分的車都已將abs列為標(biāo)準(zhǔn)配備。如果沒有abs，緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，制動力大大下降。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)通過電子機械的控制，以非常快的速度精密的控制制動液壓力的收放，來達(dá)到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉(zhuǎn)向能力，使車輛在緊急制動時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系統(tǒng)（abs）使人們對安全性要求得以充分的滿足。汽車制動防抱系統(tǒng)，簡稱為abs，是提高汽車被動安全性的一個重要裝置。有人說制動防抱系統(tǒng)是汽車安全措施中繼安全帶之后的又一重大進(jìn)展。汽車制動系統(tǒng)是汽車上關(guān)系到乘客安全性最重要的二個系統(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。汽車制動防抱系統(tǒng)，是提高汽車制動安全性的又一重大進(jìn)步。abs防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當(dāng)車輛制動時，它能使車輪保持轉(zhuǎn)動，從而幫助駕駛員控制車輛達(dá)到安全的停車。這種防抱制動系統(tǒng)是用速度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，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壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉(zhuǎn)動。在制動過程中保持車輪轉(zhuǎn)動，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年制動防抱理論就

5、被提出，在30年代機械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機上獲得應(yīng)用，博世（bosch）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。進(jìn)入50年代，汽車制動防抱系統(tǒng)開始受到較為廣泛的關(guān)注。福特（ford）公司曾于1954年將飛機的制動防抱系統(tǒng)移置在林肯（lincoin）轎車上，凱爾塞海伊斯（kelsehayes）公司在1957年對稱為“automatic”的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯（chrysler）公司在這一時期也對稱為“skidcontrol”的制動防抱系統(tǒng)

6、進(jìn)行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機械式制動壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號不夠精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時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，對制動過程中后輪的運動狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進(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。克萊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個車輪被制動抱死的系統(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，只是在于兩個還是四個車輪有防抱制動。博世公司和泰威（teves）公司在這一時期也都研制了各自第一代電子控制制動防抱系統(tǒng)，這兩種制動防抱系統(tǒng)都是由電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對各制動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、電子控制裝置自動中斷發(fā)動機點火，以減小發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱轉(zhuǎn)系統(tǒng).瓦布科（wabco）公司與奔馳（benz）公司合作，在1975年首次將制動防抱系統(tǒng)裝備在氣壓制動的載貸汽車上。第一臺防抱死制動系統(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大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、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)計隨著轎車的迅速發(fā)展，將會有更多的廠家生產(chǎn)。這一時期的各種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)。“自動防抱死剎車”的原理并不難懂，在遭遇緊急情況時，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)到抱死臨界點時，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，即相似于機械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向失控與車輪側(cè)滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達(dá)到90以上。從微觀上分析，在輪胎從滾動變?yōu)榛瑒拥呐R界點時輪胎與地面的摩擦力達(dá)到最大。在汽車起步時可充分發(fā)揮引擎動力輸出（縮短加速時間），如果

12、在剎車時則減速效果最大（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)生滑動的臨界點反復(fù)擺動，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的運作原理看來簡單，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控制器”理論，但卻無法將它實用化。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、手冊中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑”，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)實時監(jiān)測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，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達(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，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“機動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)。因為投入的資金過于龐大，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，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，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個銳減到140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將abs 2這項高科技系統(tǒng)裝置在s級及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。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。受到市場上的正面響應(yīng)，bosch開始tcs循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。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。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abs列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。1986年是另一個值得紀(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)動輪打滑，特別是防止車輛過彎時的驅(qū)動輪空轉(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)動輪的扭矩來控制，因而又叫驅(qū)動力控制系統(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)動器、asr驅(qū)動器、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，當(dāng)判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時，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，使引擎動力輸出扭矩減小。當(dāng)ecu判定需要對驅(qū)動輪進(jìn)行

18、介入時，會將信號傳送到asr驅(qū)動器對驅(qū)動輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動輪打滑或使驅(qū)動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 級再度成為歷史的創(chuàng)造者。隨著abs系統(tǒng)的單價逐漸降低，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，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)動組件）與中控臺（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計更改為“兩組件整合為一”設(shè)計！abs 2e系統(tǒng)也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個8 k字節(jié)

19、運算速度的微處理器（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)隊卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：esp（electronic stabilty p

20、rogram，行車動態(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的穩(wěn)定性，esp在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態(tài)平衡與行車路線上。esp系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監(jiān)測每個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)@垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去抓地力），在此同時、控制單元通過這些傳感器的數(shù)據(jù)對車輛運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個或多個車輪剎車壓力的建立或釋放，同時對引擎扭矩作最精準(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，讓計算機輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。延續(xù)過去abs與asr誕生時的慣例，奔馳s 級還是首先使用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，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，處理器的運算速度從48 k字節(jié)升級到128 k字節(jié)，奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于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）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的新車擁有此項裝置?！癮bs系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時縮短剎車所需距離”robert bosch gmbh（bosch公司的全名）董事會成員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)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(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率。nhtsa（北美高速公路安全局）曾估計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），不過就算計算機再先進(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)鍵時刻要如何應(yīng)對？在緊急情況下踩下剎車時，abs系統(tǒng)制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動與顯著噪音（abs系統(tǒng)運作中的正?，F(xiàn)象），這時你應(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，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？平時要經(jīng)常保持在各個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誤信號而影響abs系統(tǒng)正常運作。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，也別因為有了這些行車主動安全系統(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，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成一個

26、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的控制，對各制動輪缸的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。abs的工作過程可以分為常規(guī)制動，制動壓力保持制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規(guī)制動階段，abs并不介入制動壓力控制，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)，電動泵也不通電運轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同在制動過程中，（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)速信號判定有車輪趨于抱死時，abs就進(jìn)入防抱制動壓力調(diào)節(jié)過程。例如，電子控制裝置判定右前輪趨于抱死時，電子控制裝置就使控制右前輪刮動壓力的進(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)，制動主缸輸出的制動液不再進(jìn)入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍末通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的刮動壓力就保持一定，而其它末趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動主缸輸出壓力的增大而增大；如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，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)，右前制動輪缸中的部分制動波就會經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電

28、磁閥流回儲液器，使右前制動輪缸的制動壓力迅速減小右前輪的抱死趨勢將開始消除，隨著右前制動輪缸制動壓力的減小，右前輪會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判定右前輪的抱死趨勢已經(jīng)完全消除時，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)，同時也使電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵輸送制動液，由制動主缸輸出的制動液經(jīng)電磁閥進(jìn)入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前輪又開抬減速轉(zhuǎn)動。（參見：汽車電子控制基礎(chǔ)，曹家喆 主編，機械工業(yè)出版社，2007年10月）abs通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)而將趨

29、于防抱車輪的滑動率控制，在峰值附著系數(shù)滑動率的附近范圍內(nèi)，直至汽車速度減小至很低或者制動主缸的常出壓力不再使車輪趨于抱死時為止。制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá)320hz。在該abs中對應(yīng)于每個制動輪缸各有對進(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，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)，從而使四個車輪都不發(fā)生制動抱死現(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，但都是通過對趨于抱死車輪的制動壓力進(jìn)行自適應(yīng)循環(huán)調(diào)節(jié)，來防止被控制車輪發(fā)生制動抱死。第四章 汽車abs 機械動力學(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、制動強度和法向載荷實時計算出車速和輪速，使模型盡可能反映實車的運動狀況。 (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)，不需要花費很大精力或者重新建模，就可以在設(shè)計階段，插入或改變仿真模型。 adams 軟件計算功能強大，求解器效率高，具有多種專業(yè)模塊和工具包，以及與其它cad 軟件的接口，可方便快捷地建立機械動力學(xué)模型，支持fortran 和c 語言，便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)1。基于adams軟件的上述優(yōu)點，利用adams 軟件建立汽車制動防抱死系統(tǒng)（abs）的機械動力學(xué)模型。 2. 模

31、型建立： 汽車是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，對汽車的abs 制動性能進(jìn)行模擬仿真，輸入的參數(shù)包括制動初速，路面條件如干鋪設(shè)路面、濕鋪設(shè)路面、雪路面、冰路面、對開路面、對接路面等，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)包括汽車制動過程中整車和車輪的運動狀態(tài)，如制動時間、制動距離、制動減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動器制動力、地面制動力、地面?zhèn)认蛄?、橫擺力矩等。 根據(jù)以上研究目的，對整車進(jìn)行適當(dāng)簡化。汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)型式對汽車制動性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數(shù)由pro/engineer 軟件三維實體建模計算得到，對懸架系和轉(zhuǎn)向系簡化如下： 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)向傳動裝置。把汽車簡化為具有十個剛體的模型，共14 個自由度。十個剛體分別為車身、一個后非獨立懸掛組質(zhì)量、兩個前獨立懸掛組質(zhì)量（兩個前輪橫擺臂和兩個前輪轉(zhuǎn)向節(jié)）、四個車輪。兩前輪共有3 個自由度，車身具有3 個轉(zhuǎn)動和3 個平動自由度，兩后輪各有1 個自由度，前懸架各有一個自由度，后懸架1 個自由度，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：前懸架是獨立懸架，一側(cè)的簡化模型如圖2 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡化如圖2 中3 所示，用

33、轉(zhuǎn)動副與前輪連接。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)動副 b球鉸 c轉(zhuǎn)動副 d滑柱鉸 e球鉸后懸架是非獨立懸架，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運動， 懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動副連接。 輪胎模型：車輛的各種運動狀態(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、回正力矩以及滾動阻力的影響。采用adams 提供的非線性pacejka 輪胎模型2。 制動器模型：采用美國高速公路車輛仿真模型中的制動器模型。 液壓模型：采用adams 中液壓模塊

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

35、據(jù)所規(guī)定的路面情況對輪胎附著系數(shù)進(jìn)行改變，使得模型可以計算路面附著系數(shù)變化。對開路面也采取了相同的加入標(biāo)記點的方法，進(jìn)行計算左右側(cè)輪胎相對于標(biāo)記點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，機械工業(yè)出版社，2008年02月） 第五章 制動防抱死系統(tǒng)abs 的控制模型 在adams 中定義了與matlab/simulink 的接口，把adams 中建立的非線性機械模型轉(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

36、算3。圖3 所示為matlab/simulink中表示的adams 機械模型，在adams 中定義四個車輪的制動力矩為輸入變量，定義四個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 仿真制動過程計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反復(fù)交替驗證過程。方法為：計算車輪的加、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 生成的機械模型，在matlab作為一個sfunction 函數(shù)參與運算。通過上述交替驗證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖5 所示，實車測試數(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)與實車測試數(shù)據(jù)相吻合，驗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 仿真試驗數(shù)據(jù)圖6 試車實驗數(shù)據(jù)圖6 實車試驗數(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)向制動等對車輛產(chǎn)生橫向力情況下，或左右車輪的地面制動力不相等時，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)能把制動壓力調(diào)節(jié)到一個合適的范圍內(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)行頻繁的動作，而壓力調(diào)節(jié)器和制動器需要一定的響應(yīng)時間，過于頻繁的壓力調(diào)節(jié)會使壓力調(diào)節(jié)器和制動器來不及響應(yīng)，達(dá)不到控制效果。如果（ 2 1 ）取值較大，車輪的運動狀態(tài)不能及時的控制，車輪的速度波動范圍很大，還會造成制動效能降低。 2. abs 的控制周期 控制周期取決于車速信號采集頻率，制動壓力調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時間和控制邏輯運算時間之和。在仿真模型里進(jìn)行了控制周期對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間來實現(xiàn)控制周期的模擬。以通訊時間為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，車輪的抱死趨勢強烈