【汽車防抱死系統(tǒng)控制方法探究與仿真探究（論文）10000字】

汽車防抱死系統(tǒng)控制方法研究與仿真研究目錄1.緒論 41.1課題研究的意義 41.2防抱死系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 41.2.1ABS的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 41.2.2ABS的發(fā)展趨勢 51.3課題研究內(nèi)容 62防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功用 72.1汽車ABS的組成 72.2汽車ABS的分類 82.3汽車ABS的功用 93防抱死系統(tǒng)的基本原理 103.1滑移率的定義 103.3防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 113.4防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)介紹 124防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真 144.1MATLAB和Simulink的簡要介紹 144.2基于邏輯門限值控制的仿真 144.3防抱死系統(tǒng)模型分析 154.4在Simulink建立防抱死系統(tǒng)模型 164.5仿真的參數(shù)和結(jié)果 184.5.1仿真的參數(shù) 184.5.2仿真的結(jié)果分析 185.總結(jié)和展望 235.1總結(jié) 235.2展望 23參考文獻(xiàn) 25

1.緒論1.1課題研究的意義隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步日新月異。汽車從蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)變成內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽車生產(chǎn)由小作坊式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉€式生產(chǎn)模式，以及生產(chǎn)設(shè)備的升級，導(dǎo)致了汽車的速度越來越快，道路上的汽車越來越多，這勢必引起了交通事故的頻發(fā)。出行是人類重要的一部分，現(xiàn)在出行的主要交通工具就是汽車，所以汽車的行駛安全性需要得到保障，了解交通事故發(fā)生的原因才能對癥下藥。不平整的道路條件、惡劣的天氣狀況、駕駛員的駕駛狀態(tài)等外在因素都會(huì)導(dǎo)致汽車發(fā)生交通事故。這些外在因素是不可控的，但是汽車自身是可控的，其中汽車制動(dòng)如果出現(xiàn)問題，比如駕駛員急剎車時(shí)可能發(fā)生因作用在車輪上的壓力過大使車輪抱死的情況，這無疑會(huì)導(dǎo)致汽車不能正常轉(zhuǎn)向而發(fā)生事故,對于行車安全造成極大的威脅?；谥苿?dòng)時(shí)發(fā)生的車輪抱死系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致駕駛員完全失去了對汽車的操縱和控制,從而直接導(dǎo)致汽車發(fā)生碰撞事故,那么為了有效解決汽車制動(dòng)過程中發(fā)生的車輪抱死這種現(xiàn)象，ABS(汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng))由此產(chǎn)生。制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)正常運(yùn)行工作時(shí),通過對輪胎速度和汽車速度變化的判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)對輪胎壓力的大小，從而保證車輪不抱死。特別是在緊急制動(dòng)時(shí),駕駛員的腳會(huì)感受到踏板傳來的震動(dòng)感，這就表明防抱死系統(tǒng)正在控制壓力調(diào)節(jié)器對車輪實(shí)施“增壓-保壓-減壓”的點(diǎn)剎措施，防止了制動(dòng)時(shí)車輪受到過大的制動(dòng)壓力而抱死,并且使得車輪始終擁有最大的轉(zhuǎn)向制動(dòng)力,這樣既能保證制動(dòng)效果，又能保證輪胎能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)防抱死的研究提高汽車行駛方向的穩(wěn)定性，使汽車在特殊環(huán)境與緊急制動(dòng)的情況下都可以保證駕駛員有良好的轉(zhuǎn)向操作能力，這樣將避免很多的意外，大大提高駕駛員和乘客的安全，減少財(cái)產(chǎn)損失，所以對防抱死系統(tǒng)的研究是很有意義的。1.2防抱死系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r1.2.1ABS的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r籠統(tǒng)地說，一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展不外乎經(jīng)歷四個(gè)階段：誕生、初步研發(fā)、趨于成熟和結(jié)合其他技術(shù)，ABS的發(fā)展便是如此。在20世紀(jì)初，由于火車輪胎承受火車自身和大量貨物的重量，所以在制動(dòng)時(shí)輪胎與軌道間會(huì)產(chǎn)生巨大摩擦，為了減少摩擦，英國人霍納摩爾發(fā)明了ABS，并且在30年代就運(yùn)用到火車上。誕生初期，雖然剎車時(shí)ABS對制動(dòng)壓力的調(diào)整效果是顯而易見的，但是自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，投入成本之高使其不能量產(chǎn)。在20世紀(jì)50年代，經(jīng)過英國公司鄧洛普的優(yōu)化，ABS的性能得到提高，但是成本依舊很高，考慮到經(jīng)濟(jì)性，僅能應(yīng)用在豪車、載重貨車、火車和飛機(jī)上。1978年，ABS系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了轉(zhuǎn)折時(shí)期，微處理器技術(shù)的成熟并應(yīng)用到ABS系統(tǒng)，使博世公司研制出了數(shù)字式控制器的ABS系統(tǒng)，奠定了之后ABS的發(fā)展方向。直到1990年，進(jìn)入了集成電路時(shí)代，ABS系統(tǒng)使用更先進(jìn)的微控制器，性能和經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)達(dá)到能夠普遍應(yīng)用的程度，ABS系統(tǒng)已經(jīng)裝備在大部分汽車上。國內(nèi)由于歷史原因，對ABS的研究比較晚，90年代國家才開始強(qiáng)制要求汽車安裝ABS系統(tǒng)，但是在當(dāng)時(shí)國內(nèi)ABS技術(shù)一片空白，于是國家在十五規(guī)劃出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)發(fā)展ABS技術(shù)。在政策的扶持下，ABS系統(tǒng)的研究如火如荼，成立了許多研究所以及在一些重點(diǎn)高校成立科研單位，ABS系統(tǒng)得以迅猛發(fā)展。國內(nèi)的汽車公司生產(chǎn)氣壓ABS系統(tǒng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，到現(xiàn)在已經(jīng)趕上了國外的進(jìn)度。在科研方面也出現(xiàn)了大量成果，對ABS控制策略，控制器，執(zhí)行器和傳感器的設(shè)計(jì)都有了長足的進(jìn)展。尤其是試驗(yàn)臺(tái)架的出現(xiàn)使邏輯門限值控制方法有大量實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，提升了ABS系統(tǒng)的控制精度，除此之外還有很多突破。目前，國內(nèi)外對ABS系統(tǒng)的研究已經(jīng)很完善了，開始研究ABS與ASR等底盤系統(tǒng)組成一個(gè)整體的ESP（電子穩(wěn)定程序）技術(shù)。通過CAN總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，對底盤的控制更加精確和智能，使汽車能在各種道路條件下都能正常行駛。1.2.2ABS的發(fā)展趨勢交通事故的大幅度增加引起了重視，各個(gè)國家都出臺(tái)了相關(guān)政策鼓勵(lì)發(fā)展汽車安全技術(shù)，防抱死系統(tǒng)作為汽車安全的重要一環(huán)，必定會(huì)有更加深入的研究，將會(huì)從優(yōu)化自身和引入其他系統(tǒng)合作等方面發(fā)展。1）汽車安全技術(shù)有提高操縱穩(wěn)定性的橫擺力偶矩控制，提高制動(dòng)性能的防抱死系統(tǒng)，以及具有防滑性能的牽引力控制系統(tǒng)（ASR）。對汽車行駛時(shí)的控制不再是使用單獨(dú)的防抱死系統(tǒng)，將會(huì)和其他安全技術(shù)合作。比如，在使用防抱死系統(tǒng)合理控制車輪壓力的同時(shí)使用牽引力控制系統(tǒng)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩防止車輪因濕滑路面空轉(zhuǎn)，這樣會(huì)使汽車擁有更好的主動(dòng)安全性。事實(shí)上，現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出了由這些系統(tǒng)共同組成的電子穩(wěn)定程序，全面控制底盤部分，使汽車的適應(yīng)性更好。2）防抱死系統(tǒng)通過判斷車速和輪速對制動(dòng)過程進(jìn)行干預(yù)，自動(dòng)巡航系統(tǒng)需要通過制動(dòng)保持車距，所以也需要輪速信號(hào)。基于兩種系統(tǒng)使用相同的輪速信號(hào)，如果能將其集成，必然使汽車系統(tǒng)之間的安排得到優(yōu)化。3）從70年代開始，運(yùn)用在汽車上的電子技術(shù)是集成電路并且一直發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到瓶頸，勢必要引入新的技術(shù)，總線技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。使用總線技術(shù)將汽車底盤上的各條線路構(gòu)成整體，使底盤的各種系統(tǒng)獲得更多信息，提高防抱死系統(tǒng)控制器的運(yùn)算方式的復(fù)雜程度和底盤的各傳感器獲得的數(shù)據(jù)的可靠性，從而保證ABS對車輪的控制更加穩(wěn)定，性能變得更好。現(xiàn)在，汽車控制單元不再只是使用傳統(tǒng)線束聯(lián)系成整體，而是使用CAN總線實(shí)現(xiàn)ABS的網(wǎng)絡(luò)化管理。4）控制防抱死系統(tǒng)的體積、質(zhì)量無疑是最直觀的優(yōu)化方法。防抱死系統(tǒng)的質(zhì)量越輕，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性越好；防抱死系統(tǒng)體積越小，安裝時(shí)占用的空間變小，就能更合理的安排布置其他汽車系統(tǒng)。1.3課題研究內(nèi)容首先要研究防抱死制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，然后了解防抱死系統(tǒng)的控制方法，確定控制方法后要基于控制方法設(shè)計(jì)防抱死系統(tǒng)，最后使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真。我研究的是以滑移率作為防抱邏輯門限值，根據(jù)車輪角速度和車身速度計(jì)算出實(shí)時(shí)滑移率，與最佳滑移率0.2對比來判斷是否要改變制動(dòng)油壓，以此來達(dá)到防抱死效果。要想對汽車制動(dòng)過程進(jìn)行仿真，需要完成以下內(nèi)容：將防抱死系統(tǒng)的操作過程轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型，并且使用Simulink中的模塊搭建模型。仿真結(jié)束后會(huì)得出相關(guān)結(jié)論，最后分析仿真結(jié)果。通過使用Simulink對有無ABS控制的兩種模式進(jìn)行仿真，對兩種結(jié)果進(jìn)行比較，可以分析出ABS是否能提高行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功用2.1汽車ABS的組成圖2-1ABS組成圖ABS是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)，可分為機(jī)械式和電子式兩種。ABS主要由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、電控單元、液壓調(diào)節(jié)器、制動(dòng)主缸等部分組成（如圖2-1所示）。車輪轉(zhuǎn)速傳感器：輪速傳感器能通過自身磁場的變化產(chǎn)生一定幅值、頻率的電勢脈沖，經(jīng)過處理獲得輪速信息。對于現(xiàn)代汽車而言，輪速信息是必不可少的，汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)（VDC）、汽車電子穩(wěn)定程序（ESP）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)等都需要輪速信息。電子控制器：電子控制器（ECU）是一個(gè)微縮了的計(jì)算機(jī)管理中心，它以信號(hào)采集、計(jì)算處理、分析判斷、決定對策作為輸入，然后以發(fā)出控制指令。在ABS系統(tǒng)中，ECU能夠接收和分析輪速傳感器發(fā)出的輪速、滑移率和車輪的加、減速度等信號(hào)，然后發(fā)出指令控制壓力調(diào)節(jié)器。液壓調(diào)節(jié)器：ABS系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器主要有真空式、液壓式、機(jī)械式、空氣式和空氣液壓加力式五種類型。其中液壓式應(yīng)用最為廣泛。液壓調(diào)節(jié)器通常由液壓泵、液壓蓄能器、主控制閥、電磁控制閥體和開關(guān)組成。液壓泵由電機(jī)拖動(dòng)，提供制動(dòng)所需壓力。電機(jī)不受ECU控制，即使ABS發(fā)生故障，該電機(jī)仍能正常運(yùn)行。2.2汽車ABS的分類ABS大致上可以按三種方式進(jìn)行分類，即按ABS的原理分類、按控制方式分類和按ABS的控制通道分類。若按ABS的原理分類，可分為液壓制動(dòng)系統(tǒng)ABS，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)ABS和氣頂液制動(dòng)系統(tǒng)ABS。其中液壓ABS用于轎車和輕型載貨汽車上，氣壓ABS和氣頂液ABS用于中、重型載貨汽車。若按控制方式分類，有模仿控制的ABS和預(yù)測控制的ABS。顧名思義，模仿控制的ABS的原理是記錄前面控制周期中的路面條件、使用的檔位等參數(shù)，再依據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)出下一控制過程。而預(yù)測控制的ABS是預(yù)先規(guī)定控制參數(shù)和設(shè)定值等控制條件，再依據(jù)實(shí)際測得的參數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，對制動(dòng)過程進(jìn)行控制。這兩種控制方式都有各自的特點(diǎn)，模仿控制方式能夠?qū)χ苿?dòng)過程的各種因素的影響進(jìn)行及時(shí)的修正，可以實(shí)現(xiàn)更好的制動(dòng)效果。若按ABS的控制通道分類，可分為單通道式、二通道式、三通道式、四通道式。單通道式ABS的布置形式是在后輪制動(dòng)器設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器，在后輪上各安裝一個(gè)輪速傳感器，結(jié)構(gòu)比較簡單，經(jīng)濟(jì)性好。采取的控制原則是對兩后輪按低選，因此單通道ABS不能充分利用后輪附著力，制動(dòng)距離得不到改善。二通道式ABS由于不能處理好方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制性和制動(dòng)效能之間的關(guān)系，所以一般不采用二通道式ABS。三通道式ABS采用的是混合控制，既獨(dú)立控制兩前輪，又對兩后輪采用單通道式控制。這種控制方式不僅保留了單通道式ABS能控制兩后輪的制動(dòng)力相等，保證汽車方向穩(wěn)定性，還能獨(dú)立控制兩前輪的制動(dòng)，防止前輪發(fā)生抱死，使轉(zhuǎn)向操縱能力得到改善。四通道式ABS是對每個(gè)車輪各設(shè)置一個(gè)輪速傳感器和一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行獨(dú)立控制。由于能夠接收所有車輪輪速傳感器輸入的信號(hào)，并對各車輪獨(dú)立控制，因此能充分利用每個(gè)車輪的附著力，獲得最佳的制動(dòng)效果。但是四通道式ABS也有缺點(diǎn)如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大等。2.3汽車ABS的功用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的直接作用是防止車輪發(fā)生抱死，從而實(shí)現(xiàn)行車安全性并且間接衍生出了其他功能?？s短制動(dòng)距離。汽車在制動(dòng)時(shí)，防抱死系統(tǒng)參與到制動(dòng)過程，使輪胎的滑移率保持在最佳范圍，從而使汽車的每個(gè)車輪都具有最大的附著力來阻礙汽車行駛，汽車的平均減速度最大，汽車制動(dòng)時(shí)行駛的距離最短，能有效的避免因制動(dòng)距離過大與障礙物碰撞的情況。提高轉(zhuǎn)向能力。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，與地面接觸的主要是輪胎側(cè)面，輪胎側(cè)面獲得足夠的地面反作用力就能支持車身轉(zhuǎn)向。也就是說駕駛員是否能一直控制汽車轉(zhuǎn)向主要由側(cè)向附著力（附著系數(shù)）決定，而防抱死系統(tǒng)就是控制輪胎的制動(dòng)壓力來保持最佳附著系數(shù)，這樣即使駕駛員在對汽車實(shí)施制動(dòng)操作，也能獲得很好的轉(zhuǎn)向能力。（3）改善輪胎磨損。在使用防抱死系統(tǒng)后，制動(dòng)距離得到縮短，會(huì)使輪胎與地面發(fā)生摩擦而產(chǎn)生磨損的時(shí)間減少，有效的降低了輪胎的磨損量。如果不使用防抱死系統(tǒng)會(huì)加劇輪胎磨損量，導(dǎo)致輪胎的使用壽命減少，但是更換輪胎的價(jià)格又超過了安裝ABS的費(fèi)用，所以在汽車上安裝防抱死系統(tǒng)能減少損失。（4）ABS系統(tǒng)使用方便，工作可靠ABS系統(tǒng)使用方便，在駕駛員踩下踏板后，它就會(huì)自動(dòng)地輔助調(diào)整制動(dòng)壓力的大小，達(dá)到點(diǎn)剎的效果。由于ABS是由電子計(jì)算機(jī)控制，嚴(yán)格按照既定的程序運(yùn)行，所以工作可靠。有了ABS可靠地輔助制動(dòng)，駕駛員的情緒也能得到一定程度的舒緩。

3防抱死系統(tǒng)的基本原理3.1滑移率的定義汽車從純滾動(dòng)到抱死的制動(dòng)過程，經(jīng)歷了純滾動(dòng)、邊滾邊滑和純滑動(dòng)三個(gè)階段。為了評價(jià)汽車車輪滑移成分所占比例的多少，常用滑移率s來表示，其公式如下：S=V??RV×100%=(1－?RV其中，?為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；R為車輪半徑；V為汽車速度?；坡适擒囁倥c輪速的差值與車速的比值，反映了汽車的滑移程度。當(dāng)車速與輪速相同時(shí)，汽車還未制動(dòng)，車輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)車速高于輪速時(shí)，車輪會(huì)邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)，此時(shí)的行車穩(wěn)定性較好；當(dāng)施加的制動(dòng)力令車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，滑移率趨于1時(shí)，車輪抱死純滑動(dòng)，此時(shí)汽車的穩(wěn)定性差，很容易發(fā)生側(cè)滑，引起交通事故。3.2附著系數(shù)與滑移率之間的關(guān)系輪胎附著系數(shù)是指輪胎附著力與地面作用于驅(qū)動(dòng)輪的法相反作用力的比值。根據(jù)附著系數(shù)的定義，附著力與附著系數(shù)成正比關(guān)系，即附著系數(shù)越大，附著力越大，輪胎與路面的附著就越好，汽車就不輕易打滑。附著系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，道路的材料、路面的狀況、輪胎結(jié)構(gòu)、胎面花紋和材料、汽車速度等因素都能決定附著系數(shù)的大小。本課題研究的是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，附著系數(shù)越大，汽車行駛越穩(wěn)定，從而達(dá)到防抱死的效果，而附著系數(shù)會(huì)隨著滑移率變化而變化，這就要研究滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系（如圖2）。圖3-1滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系曲線此圖是通過使用汽車動(dòng)力學(xué)中比較流行的“魔術(shù)公式”，根據(jù)此公式在MATLAB編寫程序運(yùn)行得出的，反映了不同路面上，附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系。如圖所示，隨著施加在輪胎上制動(dòng)力的增加，輪胎上便產(chǎn)生了滑移，滑移率逐漸增加，附著系數(shù)隨之迅速增大，并在滑移率上升到0.2時(shí)車輪得到最大附著系數(shù)，此后，隨著滑移率的增加，附著系數(shù)近似呈線性減小。在汽車制動(dòng)時(shí)，附著力影響地面制動(dòng)力，表現(xiàn)為附著力越大，地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)性能越好。依據(jù)圖2可知，滑移率在0.2左右時(shí)，附著系數(shù)最大，制動(dòng)效果最好。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就是通過增壓減壓將滑移率控制0.2左右來實(shí)現(xiàn)防抱死的效果。3.3防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理附著力影響著制動(dòng)效果，附著系數(shù)是影響附著力的其中一個(gè)決定性因素，再根據(jù)上文滑移率與附著關(guān)系的介紹，滑移率在0.2左右時(shí)，附著系數(shù)最大，制動(dòng)效果最好。那么，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就是通過控制輪胎上的制動(dòng)壓力，將滑移率控制在最佳處，具體表現(xiàn)為：ABS在工作時(shí)，輪速傳感器和車速傳感器將測得的車速和輪速信號(hào)輸送給控制器，控制器通過滑移率公式，將車速和輪速數(shù)據(jù)處理可計(jì)算出汽車行駛的實(shí)際滑移率，與此同時(shí)控制器迅速將實(shí)際滑移率與最佳滑移率進(jìn)行比較，若實(shí)際滑移率過大，車輪趨于抱死，控制器對自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器下達(dá)“減壓”指令，當(dāng)輪胎恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)后，控制器發(fā)出“增壓”指令，如此反復(fù)，使制動(dòng)狀態(tài)始終處于最佳點(diǎn)（滑移率為0.2左右），保證了汽車行駛的穩(wěn)定性。3.4防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)介紹ABS控制由于其元件與參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系，是一個(gè)高度非線性的控制問題。在ABS控制系統(tǒng)中進(jìn)行的研究涵蓋了廣泛的問題和挑戰(zhàn)。許多不同的ABS控制方法已經(jīng)被開發(fā)出來，改進(jìn)的控制方法的研究正在繼續(xù)。現(xiàn)在應(yīng)用在防抱死系統(tǒng)的控制技術(shù)有以下幾種：（1）邏輯門限值控制邏輯門限值控制技術(shù)的關(guān)鍵是選取某一參數(shù)作為門限值使車輪的滑移率處于最佳狀態(tài)。此種控制方法只需設(shè)置門限值作為約束，不需要建立具體的數(shù)學(xué)模型，所以比較容易實(shí)現(xiàn)，但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，沒有理論依據(jù)，所以需要通過大量的實(shí)驗(yàn)來不斷優(yōu)化，如果有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，邏輯門限值控制方法還是能夠達(dá)到很好的制動(dòng)效果。（2）滑?？刂苹？刂剖且环N重要的魯棒控制方法，能在建模不精確的情況下保持穩(wěn)定性和一致性提供了一種系統(tǒng)方法，具有抗干擾能力。滑?？刂频脑硎强刂破鲗鞲衅鬏斎氲能囕嗇S線速度和轉(zhuǎn)速計(jì)算出滑移率及其隨時(shí)間的變化，并根據(jù)處理得到的信息經(jīng)一個(gè)邏輯環(huán)節(jié)輸出相應(yīng)的控制指令，決定制動(dòng)力矩的狀態(tài)（增大或減?。?。雖然滑模控制的魯棒性好，但是此種控制方法在切換控制量時(shí)切換頻率有限，而且元器件表面會(huì)振蕩引起抖動(dòng)，所以很難保證靜態(tài)精度。（3）PID控制所有的控制類型中，PID是為了提高ABS的性能而提出的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，旨在分析和提高車輛的動(dòng)態(tài)性能。通過兩個(gè)PID控制器和兩個(gè)傳感器，分別控制滑移率和壓力（壓力控制的優(yōu)先度級別高），然后根據(jù)不同條件選用不同的PID參數(shù)，提高汽車的制動(dòng)性能。PID控制器設(shè)計(jì)簡單，但性能有明顯的局限性，沒有足夠的可靠性。（4）最優(yōu)控制在現(xiàn)代技術(shù)越來越完善的趨勢下，為了使控制技術(shù)變得更加優(yōu)秀，于是最優(yōu)控制便出現(xiàn)了。它的原理是在需要滿足ABS的控制要求的條件下，盡可能多的考慮到影響ABS的參數(shù)來設(shè)計(jì)出最佳控制方式，保證ABS工作時(shí)制動(dòng)性能最好。由于考慮的參數(shù)較多，需要測量大量數(shù)據(jù)，便會(huì)增加成本，以及增加了建立模型的難度。（5）模糊控制由于模糊規(guī)則的大量存在，使得分析變得復(fù)雜，于是模糊控制設(shè)計(jì)方法被提出。模糊控制的核心是根據(jù)防抱狀態(tài)決定制動(dòng)閥的狀態(tài)（增壓、保壓、減壓），從而保證車輪不會(huì)抱死。模糊控制具有良好的魯棒性，但是模糊控制設(shè)定的模糊規(guī)則需要事先通過耗時(shí)的試算程序來調(diào)整，導(dǎo)致控制精度變差。綜上，這幾種控制技術(shù)自身都存在一定的缺陷，在保證控制的穩(wěn)定性的同時(shí)很難滿足控制精度，即使技術(shù)要求都實(shí)現(xiàn)了，但是想要實(shí)際應(yīng)用到防抱死系統(tǒng)中又會(huì)產(chǎn)生各種問題。如果只使用一種控制技術(shù)必然會(huì)顧此失彼，那么是否可以組合使用各種控制技術(shù)，比如可以將滑模控制和PID控制結(jié)合，模糊控制和PID控制相結(jié)合，滑?？刂坪湍：刂葡嘟Y(jié)合等，這樣既能提高控制精度，又能降低實(shí)現(xiàn)要求。

4防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真4.1MATLAB和Simulink的簡要介紹MATLAB的英文名稱matrixlaboratory，翻譯成中文是矩陣實(shí)驗(yàn)室，顧名思義通過矩陣解決數(shù)學(xué)問題。它是由CleveMoler在1981年設(shè)計(jì)出來的。為了解決數(shù)學(xué)矩陣問題，美國的CleveMoler博士通過使用FORTRAN編寫出MATLAB軟件。MATLAB軟件主要由核心部分、專業(yè)工具箱、符號(hào)工具箱和仿真工具箱四部分組成。這些部分主要是由函數(shù)構(gòu)成的，常用函數(shù)和運(yùn)行函數(shù)構(gòu)成程序的主體來保證程序能正常實(shí)現(xiàn)，上千的專業(yè)函數(shù)組成三十幾個(gè)工具箱來實(shí)現(xiàn)各種功能。MATLAB發(fā)展至今，已經(jīng)越來越完善了，具備了各種各樣的功能，如數(shù)值和符號(hào)運(yùn)算功能、圖形功能、可靠的容錯(cuò)功能、應(yīng)用靈活的兼容和接口功能以及信息量豐富的聯(lián)機(jī)檢索功能，所以國內(nèi)已有越來越多的大學(xué)開設(shè)此課程。Simulink是仿真工具箱，里面包含了“增益”模塊、“求和”模塊、“示波器”模塊等各種模塊，按功能可分為連續(xù)模塊、離散模塊、函數(shù)和平臺(tái)模塊、數(shù)學(xué)模塊、非線性模塊、信號(hào)和系統(tǒng)模塊、接收器模塊、輸入源模塊。用戶可以把問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，并使用Simulink庫中的模塊搭建出完整的系統(tǒng)來建模，這樣不需要編寫大量的程序就能夠構(gòu)造出復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。由于MATLAB的開放性好，用戶可以通過編寫程序增加Simulink庫中的模塊，使這些模塊貼近實(shí)際，仿真的結(jié)果更加真實(shí)可靠。除此之外，Simulink還有適應(yīng)面廣，結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)。通過Simulink對防抱死系統(tǒng)進(jìn)行仿真，我相信會(huì)有很好的反響。4.2基于邏輯門限值控制的仿真邏輯門限控制的核心是選定門限值，在制動(dòng)防抱死系統(tǒng)有三種方式來確定門限值：滑移率、車輪角減速度以及角加速度和滑移率。本文選取以滑移率作為防抱邏輯門限值來設(shè)計(jì)控制技術(shù)。控制技術(shù)的流程分為三個(gè)步驟：第一個(gè)步驟是通過傳感器測出車輪角速度和車身速度的信息并發(fā)送給電子控制器。第二個(gè)步驟是根據(jù)滑移率公式，電子控制器計(jì)算出實(shí)際滑移率。第三個(gè)步驟是將實(shí)際滑移率與最佳滑移率比較，進(jìn)行一個(gè)邏輯判斷，若實(shí)際滑移率高于理想滑移率，電子控制器控制壓力調(diào)節(jié)器降低制動(dòng)壓力，使滑移率下降；若實(shí)際滑移率接近理想滑移率，控制器實(shí)施“保壓”指令；若低于理想滑移率，控制器實(shí)施“降壓”指令。通過不斷的調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力保證滑移率保持在理想滑移率附近，這樣就能實(shí)現(xiàn)防抱死的目的。在Simulink建模中，實(shí)現(xiàn)門限值控制主要通過Bang-Bang控制模塊來約束滑移率。4.3防抱死系統(tǒng)模型分析使用Simulink對防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，首先，對防抱死制動(dòng)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型將問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)關(guān)系式，最后運(yùn)用各種模塊將所有模型聯(lián)系起來構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)需要建立四個(gè)模型：（1）制動(dòng)系統(tǒng)模型制動(dòng)器產(chǎn)生和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，需要分別對其建立模型。由于控制器是通過控制電磁線圈的電流來增大或減小制動(dòng)油壓，所以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的模型可以簡化為制動(dòng)壓力與電磁線圈電流的數(shù)學(xué)關(guān)系：100TB.s+1為了方便研究,本文的制動(dòng)器默認(rèn)為理想元件，因此制動(dòng)器方程為Tb=Kpp，式中Tb為制動(dòng)力矩,Kp為制動(dòng)因數(shù)。（2）動(dòng)力學(xué)模型圖4-1輪胎受力分析汽車行駛時(shí)，輪胎會(huì)受到制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力的作用，為了對汽車動(dòng)力學(xué)建模，需要分析彼此間的關(guān)系，建立運(yùn)動(dòng)方程：車輛運(yùn)動(dòng)方程：（2） 車輪運(yùn)動(dòng)方程：（3）（4）公式中的參數(shù)為:m為單輪的車重載荷；V為；I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Tb為制動(dòng)器的制動(dòng)力矩；Fxb為地面制動(dòng)力;μ是附著系數(shù)；Fz是地面對車輪的反作用力。（3）輪胎模型附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線先是迅速上升，接著緩慢下降，所以可以近似看成是兩段線性關(guān)系,關(guān)系式可寫為：（5）（4）滑移率模型本文研究的是以滑移率為防抱邏輯門限值，需要了解滑移率計(jì)算公式。由前文對滑移率的了解，滑移率計(jì)算公式為：S=V??RV×100%4.4在Simulink建立防抱死系統(tǒng)模型根據(jù)上文對防抱死系統(tǒng)模型的分析，在Simulink建立出防抱死模型。如圖4，防抱死模型大致分為三個(gè)部分：輪速導(dǎo)出部分、車速導(dǎo)出部分和滑移率計(jì)算部分。圖4-2ABS系統(tǒng)單輪模型本文建立了四個(gè)模型，分別是制動(dòng)器模型、動(dòng)力學(xué)模型、輪胎模型和滑移率模型。制動(dòng)器模型是由一個(gè)積分模塊和增益模塊組成，輸出制動(dòng)器制動(dòng)力矩。輪胎模型表現(xiàn)的是滑移率與附著系數(shù)關(guān)系，可以將21組滑移率和附著系數(shù)的值存入二維LookupTable模塊，此模塊根據(jù)預(yù)先計(jì)算的值自動(dòng)生成滑移率與附著系數(shù)關(guān)系曲線?；坡誓Ｐ途褪且粋€(gè)計(jì)算實(shí)際滑移率的公式。動(dòng)力學(xué)模型是防抱死模型建立的關(guān)鍵。動(dòng)力學(xué)模型建立的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方程，可以將輪速導(dǎo)出部分、車速導(dǎo)出部分和滑移率計(jì)算部分連接成一個(gè)整體。根據(jù)車輪運(yùn)動(dòng)方程可以知道車輪轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)力矩的差值是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與車輪角速度的乘積，所以可以使用求和模塊分兩條線路，一條通過制動(dòng)器模型輸出制動(dòng)力矩，另一條根據(jù)地面制動(dòng)力與車輪半徑的乘積是車輪轉(zhuǎn)矩的關(guān)系建立模型輸出車輪轉(zhuǎn)矩（地面制動(dòng)力是輪胎模型輸出的附著系數(shù)與單輪承重載荷的乘積），將求和的值增益車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的倒數(shù)并添加一個(gè)積分模塊就能輸出輪速。由于求車速也要用到地面制動(dòng)力，所以從輪速部分引出一條線路，再根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)方程增益負(fù)的車輪承重載荷的倒數(shù)，積分后得到車速，再除以半徑得到汽車角速度，方便與車輪角速度比較。最后將輸出的車速和輪速通過MUX模塊一起賦值給滑移率計(jì)算公式，并將滑移率計(jì)算公式輸出的值反饋，與理想滑移率比較，最后砰-砰控制模塊控制其差值始終趨于0值，直到汽車制動(dòng)結(jié)束。4.5仿真的參數(shù)和結(jié)果4.5.1仿真的參數(shù)單輪的車重載荷:G=38220N；車輪半徑:r=0.5m;重力加速度：g=9.8m/s2;車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：I=5kg?m2;初始速度：v=40m/s;最佳滑移率：λ=0.2。4.5.2仿真的結(jié)果分析將仿真參數(shù)代入進(jìn)增益模塊，運(yùn)行制動(dòng)模型后，車輪角速度、汽車角速度、制動(dòng)距離和滑移率的變化情況通過示波器顯示出來，如圖：圖4-3ABS制動(dòng)時(shí)車輪角速度變化曲線圖4-4常規(guī)制動(dòng)時(shí)車輪角速度變化曲線觀察圖4-3和圖4-4，ABS參與制動(dòng)過程時(shí)，車輪角速度隨仿真時(shí)間呈波浪狀緩慢下降，在仿真時(shí)間達(dá)到2.28時(shí)車輪角速度才為0。而常規(guī)制動(dòng)時(shí)，車輪角速度瀑布式急速下降，在仿真時(shí)間大約在0.6時(shí)就已經(jīng)變?yōu)?。圖4-5ABS制動(dòng)時(shí)角速度變化曲線圖4-5常規(guī)制動(dòng)時(shí)角速度變化曲線觀察圖4-5和圖4-6，這兩張圖是車輪角速度和汽車速度（角速度表達(dá)式）隨仿真時(shí)間變化，比較兩張圖可以發(fā)現(xiàn)，ABS參與的制動(dòng)過程汽車速度降為0所需消耗的時(shí)間更短，車輪角速度降為0的消耗的時(shí)間更長。對比車輪角速度和汽車速度兩條曲線，ABS參與的制動(dòng)過程，汽車車身和車輪同時(shí)停止，而常規(guī)制動(dòng)過程中車輪比車身先停止，便會(huì)發(fā)生汽車還在行駛車輪停轉(zhuǎn)的抱死狀況。圖4-6ABS制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離變化曲線圖4-7常規(guī)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離變化曲線汽車從制動(dòng)開始到制動(dòng)完全結(jié)束行駛的距離是制動(dòng)距離，比較圖4-6和圖4-7，ABS參與制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離為25m，常規(guī)制動(dòng)的制動(dòng)距離為31m，ABS使汽車制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離縮短。圖4-8ABS制動(dòng)時(shí)滑移率變化曲線圖12常規(guī)制動(dòng)時(shí)滑移變化曲線最后兩幅圖是滑移率的變化曲線，由于是對滑移率設(shè)置門限值，是其始終保持在0.2左右，所以ABS參與的制動(dòng)的滑移率曲線始終在0.2上下浮動(dòng)，車身停止時(shí)滑移率直線升為1。當(dāng)取消門限值滑移率會(huì)無波動(dòng)上升到1。綜上，本文的目的是通過ABS系統(tǒng)對滑移率進(jìn)行約束，維持滑移率在最佳值附近波動(dòng)，實(shí)際上從建模后示波器導(dǎo)出的圖形能夠分析出：ABS在制動(dòng)時(shí)，輪速和車速在制動(dòng)結(jié)束后同時(shí)停止，而且制動(dòng)過程汽車移動(dòng)的距離也明顯變短，完美地實(shí)現(xiàn)了車輪防抱死和避免因制動(dòng)距離過大導(dǎo)致的碰撞事故。

5.總結(jié)和展望5.1總結(jié)本文研究的是防抱死系統(tǒng)控制方法，先對防抱死系統(tǒng)介紹，了解防抱死系統(tǒng)的背景、結(jié)構(gòu)、功用和分類，接著論述了防抱死系統(tǒng)的基本原理和控制方法，最后對防抱死系統(tǒng)仿真分析，得出結(jié)論。由于防抱死控制方法