linux操作系統研究論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 S 級再度成為歷史的創造者。隨著ABS系統的單價逐漸降低，搭載ABS系統的新車數目于1988年突破了爆炸性成長的臨界點，開始飛快成長，當年Bosch的ABS系統銷售量首次突破300萬套。技術上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統首次將原先分離于引擎室（液壓驅動組件）與中控臺（電子控制組件）內，必須依賴復雜線路連接的設計更改為“兩組件整合為一”設計！ABS 2E系統也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個8 k字節運算速度的微處理器（CPU）負責所有控制工作的ABS系統，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系統逐漸開始普及于量產車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版：ABS ，除了體積更小、重量更輕外，ABS （16 k字節）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套ABS系統。ABS與ASR/ TCS系統已受到全世界車主的認同，但Bosch的工程團隊卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰性的目標：ESP（Electronic Stabilty Program，行車動態穩定系統）前進！有別于ABS與TCS僅能增加剎車與加速時的穩定性，ESP在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態平衡與行車路線上。ESP系統包括轉向傳感器（監測方向盤轉動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車繞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據對車輛運行狀態進行判斷，進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的調節，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進行反應。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統的ESP讓車主只要專注于行車，讓計算機輕松應付各種突發狀況。延續過去ABS與ASR誕生時的慣例，奔馳S 級還是首先使用ESP系統的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標準配備。在此同時，Bosch于1998及2001年推出的ABS 、ABS ，處理器的運算速度從48 k字節升級到128 k字節，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列為標準配備。Bosch車廠于2003年慶祝售出超過一億套ABS系統及1000萬套ESP系統，根據ACEA（歐洲車輛制造協會）的調查，今天每一輛歐洲大陸境內所生產的新車都搭載了ABS系統，全世界也有超過60％的新車擁有此項裝置。“ABS系統大幅度提升剎車穩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（可以透過死亡數目除以車禍數目的比例來分析），屬于“防患于未然”的ABS系統較難以真實數據佐證它將多少人從鬼門關前搶回？但據德國保險業協會、汽車安全學會分析了導致嚴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面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉向或操作不當引發的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統大幅度降低緊急狀況發生車輛失去控制的機率。NHTSA（北美高速公路安全局）曾估計ABS系統拯救了14563名北美駕駛人的性命！從ABS到ESP，汽車工程師在提升行車穩定性的努力似乎到了極限（民用型ESP系統誕生至今已近10年），不過就算計算機再先進仍須要駕駛人的適當操作才能發揮最大功效。多數車主都沒有遭遇過緊急狀況（也希望永遠不要），卻不能不知道面臨關鍵時刻要如何應對？在緊急情況下踩下剎車時，ABS系統制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產生異常震動與顯著噪音（ABS系統運作中的正常現象），這時你應毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有EBD剎車力輔助裝置，否則大多數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象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應邊剎車邊打方向進行緊急避險，以向左側避讓路中障礙物為例，應大力踏下剎車踏板、迅速向左轉動方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是ABS系統依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發生抱死情況？平時要經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粘附在其表面，這些都可能導致傳感器失效或輸入錯誤信號而影響ABS系統正常運作。行車前應經常注意儀表板上的ABS故障指示燈，如發現閃爍或長亮，ABS系統可能已經故障（尤其是早期系統），應該盡快到維修廠排除故障。要提醒的是，ABS/ ASR/ ESP系統雖然是高科技的結晶，但并不是萬能的，也別因為有了這些行車主動安全系統就開快車。第三章 工作原理控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統中，制動壓力調節裝置的結構形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內部結構和控制邏輯也可能ABS通常都由車輪轉速傳感器、制動壓力調節裝置、電子不盡相同。在常見的ABS系統中，每個車輪上各安裝一個轉速傳感器，將有關各車輪轉速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據各車輪轉速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態進行監測和判定，并形成相應的控制指令。制動壓力調節裝置主要由調壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調節裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調節。ABS的工作過程可以分為常規制動，制動壓力保持制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調壓電磁閥總成中的各進液電磁閥均不通電而處于開啟狀態，各出液電磁閥均不通電而處于關閉狀態，電動泵也不通電運轉，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態，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制動系統的制動過程完全相同在制動過程中，（如下圖所示）電子控制裝置根據車輪轉速傳感器輸入的車輪轉速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進入防抱制動壓力調節過程。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液電磁閥通電，使右前進液電磁閥轉入關閉狀態，制動主缸輸出的制動液不再進入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍末通電而處于關閉狀態，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入開啟狀態，右前制動輪缸中的部分制動波就會經過處于開啟狀態的出液電磁閥流回儲液器，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；當電子控制裝置根據車輪轉速傳感器輸入的信號判定右前輪的抱死趨勢已經完全消除時，電子控制裝置就使右前進液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進液電磁閥轉入開啟狀態，使出液電磁閥轉入關閉狀態，同時也使電動泵通電運轉，向制動輪缸泵輸送制動液，由制動主缸輸出的制動液經電磁閥進入右前制動輪缸，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動。（參見：汽車電子控制基礎，曹家喆 主編，機械工業出版社，2007年10月）ABS通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環往復而將趨于防抱車輪的滑動率控制，在峰值附著系數滑動率的附近范圍內，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。制動壓力調節循環的頻率可達3~20HZ。在該ABS中對應于每個制動輪缸各有對進液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調節，從而使四個車輪都不發生制動抱死現象。盡管各種ABS的結構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行自適應循環調節，來防止被控制車輪發生制動抱死。第四章 汽車ABS 機械動力學模型 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確性和可信度，在不失真的前提下盡量簡化仿真模型，減少自由度數，提高求解效率。(2)能夠正確的根據路面條件、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)具有仿真建模改進的能力，能方便地修改子模型的參數，不需要花費很大精力或者重新建模，就可以在設計階段，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模型，支持Fortran 和C 語言，便于用戶進行二次開發[1]?；贏DAMS軟件的上述優點，利用ADAMS 軟件建立汽車制動防抱死系統（ABS）的機械動力學模型。：汽車是一個復雜的動力學系統，對汽車的ABS 制動性能進行模擬仿真，輸入的參數包括制動初速，路面條件如干鋪設路面、濕鋪設路面、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。輸出的參數包括汽車制動過程中整車和車輪的運動狀態，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、地面側向力、橫擺力矩等。根據以上研究目的，對整車進行適當簡化。汽車懸架系統結構型式和轉向系結構型式對汽車制動性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數由Pro/ENGINEER 軟件三維實體建模計算得到，對懸架系和轉向系簡化如下：懸架系統只考慮懸架的垂直變形；轉向系忽略車輪定位角和轉向傳動裝置。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量、兩個前獨立懸掛組質量（兩個前輪橫擺臂和兩個前輪轉向節）、四個車輪。兩前輪共有3 個自由度，車身具有3 個轉動和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—轉向節仿真模型包括以下幾個子模型：轉向系模型：以轉向角約束直接作用于左轉向節。前懸架模型：前懸架是獨立懸架，一側的簡化模型如圖2 所示。轉向節簡化如圖2 中3 所示，用轉動副與前輪連接。橫擺臂與減振器以球鉸分別與轉向節和車身連接。圖2 懸架的簡化模型1—車身 2—橫擺臂 3—轉向節 4—輪胎 5—前懸架 6—彈簧A—轉動副 B—球鉸 C—轉動副 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，與后輪用轉動副連接。輪胎模型：車輛的各種運動狀態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（ADAMS/Hydraulics）建立制動系統的液壓仿真模塊。路面模型：設計出路面模型可進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，定義了平面（Plane）的長、寬等參數，使得汽車制動過程有足夠的空間，利用平面－圓（PlaneCircle）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變化的路面模塊，為此在ADAMS 提供的路面模塊基礎上，對對接路面采用在路面模型上加入標記點（Marker）的方法，分別求出前輪和后輪質心到標記點X 方向上的距離。當距離為正時說明輪胎已經跨過了標記點，此時根據所規定的路面情況對輪胎附著系數進行改變，使得模型可以計算路面附著系數變化。對開路面也采取了相同的加入標記點的方法，進行計算左右側輪胎相對于標記點Y 方向上的距離。（參見：汽車車身電子與控制技術，陳無畏 主編，機械工業出版社，2008年02月）第五章 制動防抱死系統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化為SIMULINK 的S－FUNCTION 函數，再把S－FUNCTION 函數加入到控制模型里，這樣就可以方便的利用SIMULINK 提供的各種強大的工具進行控制模型開發，在MATLAB 軟件下進行聯合仿真計算[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， 文件中由MATLAB 調用。圖3 ADAMS子模塊圖4 所示為在MATLAB/SIMULINK 下開發的ABS 控制模塊，圖中深色的部分為ADAMS 生成的子模塊，輸入參數為制動力矩，輸出參數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。（參見：汽車車身電子與控制技術，陳無畏 主編，機械工業出版社，2008年02月）圖4 ABS 仿真控制模型第六章 ABS 聯合仿真控制規律結果與分析根據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wamp。減速度門限值為wamp。2。車輪滑移率下門限值λ1，上門限值λ2。車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定是一個反復交替驗證過程。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S－FUNCTION 函數參與運算。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