全套畢業(yè)設(shè)計(jì)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法仿真研究(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 胎力學(xué)模型中 ,車輛操縱穩(wěn)定性和人 車閉環(huán)控制仿真運(yùn)動(dòng)的結(jié)果已達(dá)到世界先進(jìn)水平 。 中國(guó)南方學(xué)院技術(shù)學(xué)院的交 通為代表的吳教授豪佳女士從事汽車安全與電子技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算的研究 ,在一個(gè)獨(dú)特的特性是 ABS技術(shù) ,建立制動(dòng)壓力函數(shù) ,通過(guò)地面輪制動(dòng)力和車輛動(dòng)力學(xué)方程來(lái)計(jì)算平均汽車制動(dòng)減速 ,車的速度 ,還可以通過(guò)計(jì)算輪缸等效 應(yīng)力函數(shù)的防抱死制動(dòng)滑移率時(shí)。此外 ,在滑移率之間的關(guān)系和粘附系數(shù)、車輛技術(shù)條件和試驗(yàn)方法有獨(dú)特的見(jiàn)解。 濟(jì)南程軍電子科技 公司為代表的 ABS專家程軍、濟(jì)南程軍電子科技公司的 ABS控制算法研究 ,作者理論與實(shí)踐的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (如幾本書，特別是在 ABS控制算法，是國(guó)內(nèi) ABS開(kāi)發(fā)者的一個(gè)必要的信息。此外 ,他們都是基于仿真環(huán)境 MAT2LAB防抱死控制邏輯 ,基于 VB開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)車輛處理的仿真研究 ,仿真車輛動(dòng)力學(xué)控制方面進(jìn)行了研究。 重慶形狀的產(chǎn)品包 括汽車、摩托車系列 JN111FB空氣制動(dòng)電子單通道 ,JN144FB空氣制動(dòng)電子四通道和 JN244FB液壓電子設(shè)備如類型的 ABS及其相關(guān)零部件 30多個(gè)品種 ,ABS產(chǎn)品已通過(guò)國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心和認(rèn)定的國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國(guó)家實(shí)用新型技術(shù)專利 ,并正式列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目。西安市 BoHua公司主要產(chǎn)品適用于大中型客車及卡車的四通道氣壓 ABS和適用介質(zhì)貨車液壓三通道 ABS及其相關(guān)組件。包括 BH1203 FB型 ABS和 BH1101 FB型 ABS通過(guò)了科技成果鑒定陜西省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和機(jī)械行業(yè)新產(chǎn)品鑒定的陜西省 ,認(rèn)為該技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平 。 山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國(guó) 際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一些進(jìn)展。 重慶公路研究所研制的適用于中型汽車的氣制動(dòng) FKX ACI 型 ABS 裝置已通過(guò)國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定 ,但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性還有待提高。 清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的適 用于介質(zhì)客車空氣制動(dòng) ABS由于資源價(jià)格和性能優(yōu)勢(shì) ,應(yīng)用陶瓷材料將迅速擴(kuò)大 ,應(yīng)用金剛石、立方氮化硼超硬材料將進(jìn)一步擴(kuò)大 ,新的刀具材料的交貨時(shí)間會(huì)越來(lái)越短 ,品種新品牌的推出將越來(lái)越快。人們希望兩高速鋼 ,硬質(zhì)合金強(qiáng)度和韌性 ,硬度和耐磨性的超硬材料的新的刀具材料是完全可能的 。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理 制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng) 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析 汽車在制動(dòng)的過(guò)程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。地面對(duì)汽車的作用力又分為 :作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到地面給汽車的力如圖 所示。其中 Fx 為地面作用在每個(gè)車輪上的地面制動(dòng)力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車的總的地面制動(dòng)力，他是使汽車在制動(dòng)時(shí)減速并停止的主要作用力。 Fy 為地面作用在 每個(gè)車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動(dòng)時(shí)，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來(lái)保持汽車的直線行駛方向，如圖 （ a）所示。 圖 汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖 若汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)或在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖 (b)所示。地面制動(dòng)力決定制動(dòng)距離的長(zhǎng)短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將 作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力和汽車的方向操縱性有關(guān)，它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向 。側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車的行進(jìn)方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好 。側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。 正如上面提到的 ,應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng) ,可以有效地把車停下來(lái)。制動(dòng)強(qiáng)度太大 ,是汽車的主要原因有各種危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此 ,汽車 ,根據(jù)冰雪路、壞路、水、濕路 ,干路 ,直路 ,彎曲的道路 ,道路狀況 ,如根據(jù)車輛的速度和方向角的駕駛條件操作 ,必須剎車 ,注意不要讓車輪鎖 。 車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情況 車輪抱死時(shí)汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會(huì)變的很小，這將使汽車制動(dòng)時(shí)保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 對(duì) ABS 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況。 （ 1） 汽車在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 所示。圖 (a)為只有前輪抱死時(shí)，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無(wú)法進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)向操作。為制動(dòng)時(shí)前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運(yùn)動(dòng)情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)轉(zhuǎn)彎力 為零，駕駛員無(wú)法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來(lái)避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來(lái)維持方向穩(wěn)定性。圖 (b)為只有后輪抱死時(shí)，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會(huì)因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。汽車不能保持原來(lái)的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn) )。圖 (c)為前后車輪全部抱死時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制動(dòng)力不相等時(shí)，即使對(duì)汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會(huì)產(chǎn)生不規(guī) 則運(yùn)動(dòng)而處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將制動(dòng)釋放，汽車就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛出，這也是很危險(xiǎn)的 。 （ 2） 汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 所示。所有這些運(yùn)動(dòng)情況若在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。 圖 汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 滑移率定義 通常 ， 汽車在制動(dòng)過(guò)程中存在著兩種阻力 ： 一種阻力是制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力 ， 這種阻力稱為制動(dòng)系統(tǒng)的阻力 ， 由于它提供制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力 ,因此也稱為制動(dòng)系 制動(dòng)力 ； 另一種阻力是輪胎與道路表面之間產(chǎn)生的摩擦阻力 ， 也稱為地面制動(dòng)力。地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎 道路附著力 ， 大小等于地面對(duì)輪胎的法向反作用力與輪胎 道路附著系數(shù)的乘積。如果制動(dòng)系制動(dòng)力小于輪胎 道路附著力 ，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài) ， 反之 ， 如果制動(dòng)系制動(dòng)力大于輪胎 道路附著力 ， 則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)車輪抱死和滑移。 地面制動(dòng)力受地面附著系數(shù)的制約。當(dāng)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)系制動(dòng)力增大到一定值 (大于附著力 )時(shí) ,汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。汽車的實(shí)際車速與車輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移 率。 滑移率 S的定義式為 : tttb VrwV VVS ???? 10 （ ） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 : Sb — 滑移率 。 Vt — 汽車的理論速度 (車輪中心的速度 ) 。 ω— 汽車車輪的角速度 。 r — 汽車車輪的滾動(dòng)半徑。 由上式可知 :當(dāng)車輪中心的速度 (即汽車的實(shí)際車速 ) Vt 等于車輪的角速度 ω和車輪滾動(dòng)半徑 r 乘積時(shí) ,滑移率為零 ( Sb = 0) ,車輪為純滾動(dòng) 。當(dāng) ω = 0 時(shí) ,Sb = 100 % ,車輪完全抱死而作純滑動(dòng) 。當(dāng) 0 Sb 100 %時(shí) ,車輪既滾動(dòng)又滑動(dòng)。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 圖 給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。當(dāng)輪胎純滾動(dòng)時(shí) ,縱向附著系數(shù)為零 。當(dāng)滑移率為 15 %～ 30 %時(shí) ,縱向附著數(shù)達(dá)到峰值 。當(dāng)滑移率繼續(xù)增大 ,縱向附著系數(shù)持續(xù)下降 ,直到車輪抱死 ( Sb = 100 %) ,縱向附著系數(shù)降到一個(gè)較低值。另外 ,隨著滑移率增大 ,橫向附著系數(shù)急劇下降 ,當(dāng)車輪抱死時(shí) ,橫向附著系數(shù)幾乎為零。從圖可以看出 ,如果能將車 輪滑移率控制在 15 %～ 30 %的范圍內(nèi) ,則既可以使縱向附著系數(shù)接近峰值 ,同時(shí)又可以兼顧到較大的側(cè)向附著系數(shù)。這樣 ,汽車就能獲得最佳的制動(dòng)效能和方向穩(wěn)定性。 ABS 即是基于這一原理而研制的。 圖 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 實(shí)驗(yàn)證明，道路的附著系數(shù)受車輪結(jié)構(gòu)、材料，道路表面形狀、材料有關(guān)，不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。圖 縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 不同路面上縱向、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線 由圖 ，各種路面上的變化的總體 趨勢(shì)是一致的。滑移率和縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類型的滑移率 縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。一般干燥潔凈的平整水泥、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá) ，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至 。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計(jì) ABS系統(tǒng)控制方法時(shí)，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。若汽車在同一種類型路面上制 動(dòng)時(shí)的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車輪的附著系數(shù) 滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化。 簡(jiǎn)而言之 ,制動(dòng)在路上 車 ,車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是主要因素，汽車制動(dòng)性能。事實(shí)上，汽車制動(dòng)過(guò)程是一個(gè)非線性變化過(guò)程和路面之間輪，輪附著系數(shù)與車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的非線性過(guò)程，所以，汽車的制動(dòng)過(guò)程是一種非線性制動(dòng)過(guò)程。制動(dòng)時(shí)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)改變車輪的運(yùn)動(dòng) ,改變車輪的滑移率 ,形成整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的 非線性。 制動(dòng)時(shí)車輪的受力分析 汽車在行駛過(guò)程中能夠?qū)嵤┲苿?dòng)過(guò)程的本質(zhì)原因是由于與輪胎接觸的路面給相應(yīng)車輪提供了路面制動(dòng)力。路面制動(dòng)力是使汽車制動(dòng)并進(jìn)行減速行駛的外力。但是路面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)盤或者制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的摩擦力 — 制動(dòng)器制動(dòng)力；另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力 — 附著力（路面制動(dòng)力）。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 (a) 制動(dòng)時(shí)車輪受力情況 圖 (a)為車輪在制動(dòng)時(shí)的受力情況示意圖，路面制動(dòng)力可由下式確定： xb MF r?? （ ） 式中 : xbF — 路面制動(dòng)力， N ； M? — 制動(dòng)器摩擦力矩 , Nm 。 上式成立的先決條件是路面制動(dòng)力不超過(guò)路面間的附著力。 制動(dòng)器制動(dòng)力相當(dāng)于將汽車架離地面，并踩住制動(dòng)踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動(dòng)車輪直至它能轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力 ，可由下式確定： rMF ??? （ ） 式中 : F? — 制動(dòng)器制動(dòng)力， N 。 當(dāng)制動(dòng)踏板力較小，制動(dòng)器摩擦力矩不大時(shí)，路面與輪胎之間的摩擦力 — 路面制動(dòng)力足以克服制動(dòng)器摩擦力矩而使車輪滾動(dòng)。顯然，車輪滾動(dòng)時(shí)的路面制動(dòng)力就等于制動(dòng)器制動(dòng)力，且隨踏板力的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，如圖 (b)所示。但路面制動(dòng)力是滑動(dòng)摩擦的約束反力，它的值 不可能超過(guò)附著力，即： 圖 (b) 路面制動(dòng)力，制動(dòng)器制動(dòng)力，以及附著力的關(guān)系 WFFxb ?? ?? () xbF max= F? （ ） 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 式中 : F? — 路面附著力， N； W — 車輪上的垂直載荷， N； ? — 路面附著力系數(shù)。 圖 (b)路面制動(dòng)力，制動(dòng)器制動(dòng)力，以及附著力的關(guān)系 當(dāng)路面制動(dòng)力達(dá)到附著力時(shí)，車輪即將抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)純滑移現(xiàn)象。此時(shí)，如果繼續(xù)增大制動(dòng)器踏板力（或制動(dòng)管路壓力），制動(dòng)器制動(dòng)力將由于制動(dòng)器摩擦力矩的增大而繼續(xù)增長(zhǎng)。但是，若作用在車 輪上的垂直載荷為常數(shù)，路面制動(dòng)力達(dá)到附著力之后就不再增加。 由此可見(jiàn)，汽車的路面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受到路面附著力系數(shù)的限制，所以只有汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)路面又能提供足夠高的附著力時(shí)，才能獲得足夠高的路面制動(dòng)力，足夠大的制動(dòng)減速度和較小的制動(dòng)距離。 提示：影響附著系數(shù)的因素很多，如路面的狀況、輪胎的花紋、車輛的行駛速度、輪胎與路面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。在諸因素中，車輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)附著力有著重要的影響，特別是在濕路面上其影響更為明顯。 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性