全套毕业设计汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究

全套毕业设计汽车防抱死制动系统的控制方法仿真研究内容摘要：

胎力学模型中 ,车辆操纵稳定性和人 车闭环控制仿真运动的结果已达到世界先进水平。 中国南方学院技术学院的交 通为代表的吴教授豪佳女士从事汽车安全与电子技术和结构设计和计算的研究 ,在一个独特的特性是 ABS技术 ,建立制动压力函数 ,通过地面轮制动力和车辆动力学方程来计算平均汽车制动减速 ,车的速度 ,还可以通过计算轮缸等效 应力函数的防抱死制动滑移率时。 此外 ,在滑移率之间的关系和粘附系数、车辆技术条件和试验方法有独特的见解。 济南程军电子科技 公司为代表的 ABS专家程军、济南程军电子科技公司的 ABS控制算法研究 ,作者理论与实践的汽车防抱死制动系统 (如几本书，特别是在 ABS控制算法，是国内 ABS开发者的一个必要的信息。 此外 ,他们都是基于仿真环境 MAT2LAB防抱死控制逻辑 ,基于 VB开发环境对车辆处理的仿真研究 ,仿真车辆动力学控制方面进行了研究。 重庆形状的产品包 括汽车、摩托车系列 JN111FB空气制动电子单通道 ,JN144FB空气制动电子四通道和 JN244FB液压电子设备如类型的 ABS及其相关零部件 30多个品种 ,ABS产品已通过国家汽车质量监督检测中心和认定的国家客车质量监督检验中心、国家实用新型技术专利 ,并正式列入国家火炬计划项目。 西安市 BoHua公司主要产品适用于大中型客车及卡车的四通道气压 ABS和适用介质货车液压三通道 ABS及其相关组件。 包括 BH1203 FB型 ABS和 BH1101 FB型 ABS通过了科技成果鉴定陕西省科学技术委员会和机械行业新产品鉴定的陕西省 ,认为该技术已达到国内领先水平。 山东重汽集团引进国 际先进技术进行的研究也已取得了一些进展。 重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动 FKX ACI 型 ABS 装置已通过国家级技术鉴定 ,但各种制动情况的适应性还有待提高。 清华大学开发的适 用于介质客车空气制动 ABS由于资源价格和性能优势 ,应用陶瓷材料将迅速扩大 ,应用金刚石、立方氮化硼超硬材料将进一步扩大 ,新的刀具材料的交货时间会越来越短 ,品种新品牌的推出将越来越快。 人们希望两高速钢 ,硬质合金强度和韧性 ,硬度和耐磨性的超硬材料的新的刀具材料是完全可能的。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 3 防抱死制动系统基本原理 制动时汽车的运动 制动时汽车受力分析 汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力的作用。 地面对汽车的作用力又分为 :作用在车轮上垂直于地面的支承力和作用在车轮上平行于地面的力。 汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转弯时所受到地面给汽车的力如图 所示。 其中 Fx 为地面作用在每个车轮上的地面制动力，他的大小决定于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。 所有车轮上所受地面制动力的总和作为地面给汽车的总的地面制动力，他是使汽车在制动时减速并停止的主要作用力。 Fy 为地面作用在 每个车轮上的侧滑摩擦力，侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷，当车轮抱死时，侧滑摩擦力将变得很小，几乎为零。 汽车直线制动时，若受到横向干扰力的作用，如横向风力或路面不平，汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向，如图 （ a）所示。 图 汽车直线和转弯制动时的平面受力简图 若汽车在转弯时制动或在制动时转弯，也将产生侧滑摩擦力使汽车能够转向，如图 (b)所示。 地面制动力决定制动距离的长短，侧滑摩擦力则决定了汽车制动时的方向稳定性。 这里将作用在前轮上的侧滑摩擦力称为转弯力，将 作用在后轮上的侧滑摩擦力称为侧向力。 转弯力和汽车的方向操纵性有关，它保证了汽车能够按照驾驶员的意愿转向。 侧向力和汽车的方向稳定性有关，它保证了汽车的行进方向。 转弯力越大，汽车的方向操纵性越好。 侧向力越大，汽车的方向稳定性越好。 正如上面提到的 ,应用适当的制动 ,可以有效地把车停下来。 制动强度太大 ,是汽车的主要原因有各种危险的运动状态。 因此 ,汽车 ,根据冰雪路、坏路、水、湿路 ,干路 ,直路 ,弯曲的道路 ,道路状况 ,如根据车辆的速度和方向角的驾驶条件操作 ,必须刹车 ,注意不要让车轮锁。 车轮抱死时汽车运动情况 车轮抱死时汽车所受到的侧滑摩擦力将会变的很小，这将使汽车制动时保持方向操纵性和方向稳定性的转弯力和侧向力变的很小，使汽车在制动时出现一些危险的运动情况。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 对 ABS 系统来说，就是要防止这些危险情况的出现。 下面从汽车在一种路面上直线和转弯制动两方面简单讨论一下当车轮抱死时汽车的运动情况。 （ 1） 汽车在一种路面上直线运动制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 所示。 图 (a)为只有前轮抱死时，由于前轮的转弯力基本为零，无法进行正常的转向操作。 为制动时前轮全部抱死而后轮不抱死汽车的运动情况示意，当前轮抱死时转弯力 为零，驾驶员无法控制汽车的方向使汽车转向来避让前方的障碍物，这时由于汽车后轮不抱死，所以汽车仍具有侧向力来维持方向稳定性。 图 (b)为只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，汽车仍具有方向操纵性，但会因后轮抱死而失去方向稳定性使汽车侧滑。 汽车不能保持原来的行驶方向，由于离心力和前轮转向力的作用，汽车将一面旋转一面沿曲线行驶(这种运动叫外旋转 )。 图 (c)为前后车轮全部抱死时时转弯力和侧向力都为零，这种状态很不稳定，路面不均匀、左右轮地面制动力不相等时，即使对汽车施加很小的偏转力矩，汽车就会产生不规 则运动而处于危险状态，在不规则旋转的过程中将制动释放，汽车就会沿着瞬时行驶方向急速驶出，这也是很危险的。 （ 2） 汽车在一种路面上转弯制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 所示。 所有这些运动情况若在制动时出现，都是极其危险的。 图 汽车直线制动车轮抱死时的运动情况 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 图 汽车转弯制动车轮抱死时的运动情况 滑移率定义 通常 ， 汽车在制动过程中存在着两种阻力 ： 一种阻力是制动器摩擦片与制动鼓或制动盘之间产生的摩擦阻力 ， 这种阻力称为制动系统的阻力 ， 由于它提供制动时的制动力 ,因此也称为制动系 制动力 ； 另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力 ， 也称为地面制动力。 地面对轮胎切向反作用力的极限值称为轮胎 道路附着力 ， 大小等于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎 道路附着系数的乘积。 如果制动系制动力小于轮胎 道路附着力 ，则汽车制动时会保持稳定状态 ， 反之 ， 如果制动系制动力大于轮胎 道路附着力 ， 则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。 地面制动力受地面附着系数的制约。 当制动器产生的制动系制动力增大到一定值 (大于附着力 )时 ,汽车轮胎将在地面上出现滑移。 汽车的实际车速与车轮滚动的圆周速度之间的差异称为车轮的滑移 率。 滑移率 S的定义式为 : tttb VrwV VVS  10 （ ） 错误 !未找到引用源。 式中 : Sb — 滑移率。 Vt — 汽车的理论速度 (车轮中心的速度 )。 ω— 汽车车轮的角速度。 r — 汽车车轮的滚动半径。 由上式可知 :当车轮中心的速度 (即汽车的实际车速 ) Vt 等于车轮的角速度 ω和车轮滚动半径 r 乘积时 ,滑移率为零 ( Sb = 0) ,车轮为纯滚动。 当 ω = 0 时 ,Sb = 100 % ,车轮完全抱死而作纯滑动。 当 0 Sb 100 %时 ,车轮既滚动又滑动。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 滑移率与附着系数的关系 图 给出车轮与路面纵向附着系数和横向附着系数随滑移率变化的典型曲线。 当轮胎纯滚动时 ,纵向附着系数为零。 当滑移率为 15 %～ 30 %时 ,纵向附着数达到峰值。 当滑移率继续增大 ,纵向附着系数持续下降 ,直到车轮抱死 ( Sb = 100 %) ,纵向附着系数降到一个较低值。 另外 ,随着滑移率增大 ,横向附着系数急剧下降 ,当车轮抱死时 ,横向附着系数几乎为零。 从图可以看出 ,如果能将车 轮滑移率控制在 15 %～ 30 %的范围内 ,则既可以使纵向附着系数接近峰值 ,同时又可以兼顾到较大的侧向附着系数。 这样 ,汽车就能获得最佳的制动效能和方向稳定性。 ABS 即是基于这一原理而研制的。 图 滑移率与附着系数关系 实验证明，道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、材料有关，不同性质道路其附着系数变化很大。 图 纵向附着系数之间的关系。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 图 不同路面上纵向、侧向附着系数与滑移率关系曲线 由图 ，各种路面上的变化的总体 趋势是一致的。 滑移率和纵向附着系数之间的关系曲线随路面类型的不同，出现峰值的滑移率的取值也会不一样，并且对应不同路面类型的滑移率 纵向附着系数曲线在峰值附着系数后曲线下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在湿滑的路面上略微有些下降。 一般干燥洁净的平整水泥、沥青路面纵向峰值附着系数高达 ，而冰雪路面的纵向峰值附着系数低至。 如果这种差别随路面类型的不同变化比较明显，则在设计 ABS系统控制方法时，就必须考虑到随路面类型的不同而采取不同的控制目标和策略。 若汽车在同一种类型路面上制 动时的初速度不一样，车轮的纵向附着系数和滑移率之间的关系曲线也会略有不同，制动时的车速越高，车轮的纵向附着系数越低。 但在同一路面上以不同制动初速度制动时车轮的附着系数 滑移率关系曲线不会有太大变化。 简而言之 ,制动在路上 车 ,车轮附着系数和滑移率之间的非线性特性是主要因素，汽车制动性能。 事实上，汽车制动过程是一个非线性变化过程和路面之间轮，轮附着系数与车轮运动状态变化的非线性过程，所以，汽车的制动过程是一种非线性制动过程。 制动时汽车的制动系统通过改变车轮的运动 ,改变车轮的滑移率 ,形成整个制动过程的 非线性。 制动时车轮的受力分析 汽车在行驶过程中能够实施制动过程的本质原因是由于与轮胎接触的路面给相应车轮提供了路面制动力。 路面制动力是使汽车制动并进行减速行驶的外力。 但是路面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动器摩擦片与制动盘或者制动蹄与制动鼓之间的摩擦力 — 制动器制动力；另一个是轮胎与路面间的摩擦力 — 附着力（路面制动力）。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 图 (a) 制动时车轮受力情况 图 (a)为车轮在制动时的受力情况示意图，路面制动力可由下式确定： xb MF r （ ） 式中 : xbF — 路面制动力， N ； M — 制动器摩擦力矩 , Nm。 上式成立的先决条件是路面制动力不超过路面间的附着力。 制动器制动力相当于将汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力 ，可由下式确定： rMF  （ ） 式中 : F — 制动器制动力， N。 当制动踏板力较小，制动器摩擦力矩不大时，路面与轮胎之间的摩擦力 — 路面制动力足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。 显然，车轮滚动时的路面制动力就等于制动器制动力，且随踏板力的增长而增长，如图 (b)所示。 但路面制动力是滑动摩擦的约束反力，它的值 不可能超过附着力，即： 图 (b) 路面制动力，制动器制动力，以及附着力的关系 WFFxb   () xbF max= F （ ） 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 式中 : F — 路面附着力， N； W — 车轮上的垂直载荷， N；  — 路面附着力系数。 图 (b)路面制动力，制动器制动力，以及附着力的关系 当路面制动力达到附着力时，车轮即将抱死不转而出现纯滑移现象。 此时，如果继续增大制动器踏板力（或制动管路压力），制动器制动力将由于制动器摩擦力矩的增大而继续增长。 但是，若作用在车 轮上的垂直载荷为常数，路面制动力达到附着力之后就不再增加。 由此可见，汽车的路面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受到路面附着力系数的限制，所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时路面又能提供足够高的附着力时，才能获得足够高的路面制动力，足够大的制动减速度和较小的制动距离。 提示：影响附着系数的因素很多，如路面的状况、轮胎的花纹、车辆的行驶速度、轮胎与路面的运动状态等。 在诸因素中，车轮相对于路面的运动状态对附着力有着重要的影响，特别是在湿路面上其影响更为明显。 采用防抱死制动系统的必要性。