基于Matlab_Simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究_付百学

第22卷第4期 2008年12月

黑 龙 江 工 程 学 院 学 报(自然科学版) Vol.22l.4

Dec.,2008JournalofHeilongjiangInstituteofTechnology

基于Matlab/Simulink的汽车防抱死

制动系统的仿真研究

付百学1,胡胜海2

(1.黑龙江工程学院汽车工程系,黑龙江哈尔滨150050;2.哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:在汽车动力学的研究中,对研究对象进行数学建模,并在此基础上进行仿真分析,是进行汽车性能研究的一种有效方法。以轿车为研究对象,建立ABS数学模型,采用Matlab/Simulink仿真软件,取车轮的角加速度和滑移率为控制对象,对ABS进行仿真。仿真结果表明,建立的ABS数学模型可靠,能达到较为理想的制动控制效果。关键词:防抱死制动系统;建模;Matlab;仿真

中图分类号:U463.5 文献标识码:A 文章编号:1671-4679(2008)04-0017-04

Simulationstudyofvehicle.sant-ilockbrakingsystembased

onMatlab/Simulink

FUBa-ixue,HUSheng-hai

Engineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)

1

2

(1.Dept.ofAutomobileEngineering,HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin150050,China;2.CollegeofElectromechanic

Abstract:Mathematicalmodelinganditssimulationisaneffectivemethodtostudyavehicleperformance.Thispaper,usingsedanandtheestablishmentofamathematicalmodelofABSusingMatlab/Simulinksoftware,fromtheangularaccelerationandwheelslipratiotargetsforthecontrolstudiestheABSbysim-ulation.ThesimulationresultsshowsthattheABSmathematicalmodelisreliableandhasbettercontrolforbrakingeffect.

Keywords:ant-ilockbrakingsystem;Modeling;Matlab;simulation 汽车防抱死制动系统(Ant-iLockBrakeSys-tem,ABS)是汽车的一种主动安全装置,用于汽车制动时防止车轮抱死拖滑,以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离,充分发挥汽车的制动效能。ABS是提高汽车安全性能的主要因素之一,对于具有较高非线性的汽车制动过程,很难建立精确的数学模型;随着计算机技术和软件技术的迅猛发展,仿真技术已成为国内外研究的热点,并且在汽车研发中获得了广泛应用。本文以轿车为研究对象,建立了ABS数学模型,包括整车模型、轮胎模型、制动器模型、液压系统模型和控制器模型,采用Matlab/Simulink仿真软件对ABS

收稿日期:2008-07-08

基金项目:黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目

(1151G040)

作者简介:付百学(1967~),男,教授,研究方向:汽车电控技术;汽车

检测技术.

进行仿真。

1 ABS数学模型

1.1 整车模型

目前常用的整车模型有四轮模型、双轮模型和单轮模型。四轮模型主要描述复杂的动力学性能,如横向动力学控制模拟等;双轮模型主要描述车辆的直线驱动,如考虑车辆加、减速对车辆动力学模拟和控制的影响分析等;单轮模型主要描述制动性能,用于基于模型控制系统的分析和设计等。

以单轮模型构建仿真系统,汽车的制动过程非常复杂,要精确地描述实际制动过程几乎不可能。构建整车模型时,假设汽车在直线路面上制动;汽车制动时仅作俯仰运动,无横向摆动;汽车左右完全对称,则车辆单轮模型见图1。

车辆水平方向:由于受到制动器制动力矩和地

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便地研究ABS在各种典型路面上的制动情况,根据各种典型路面的经验附着系数值,把附着系数)滑移率曲线简化为两段直线,如图2所示。

图2 纵向附着系数)滑移率曲线

其计算公式为[1]Ux=

图1 车辆单轮模型

xb

, S[St,St

Uxb-UxgStUxb-Uxg

-,

1-St1-St

S>St.

Ux=

面摩擦力的作用而开始减速运动,其动力学方程为[1]

mhÛT+Ff+Fa=0,JWÛX-FfR+Tb=0,

Ff=L(s)Fz.

车辆垂直方向:由悬架和轮胎的弹性而引起振动,其动力学方程为[1]

mZ+B(Z-Zt)+kf(Zh-Zt)=0,

h

h

h

h

##

#

#

##

#

#

式中:Ux为纵向附着系数;S为滑移率;St为最佳滑移率;Uxb为峰值附着系数;Uxg为滑动附着系数(滑移率为100%时的附着系数)。

给定各种典型路面的Ux、Uxb和St值,便可确定各种典型路面的附着系数)))滑移率曲线。表1为几种典型路面的Ux、Uxb值,St取20%。由此绘制的路面双线性模型见图3。

表1 典型路面附着系数

路面干混凝土干土路湿混凝土压紧雪路

峰值附着系数

0.900.750.700.65

滑动附着系数

0.800.700.300.20

mtZt-Bh(Zh-Zt)-kf(Zh-Zt)+

kt(Zt-Z0)=0,

Fz=(mh+mt)g+kt(Z0-Zt)=0.式中:m为1/4簧载质量;v为车体速度;F为轮胎与路面之间的纵向摩擦力;R为车轮滚动半径;Fa

h

f

为汽车的水平空气阻力(Fa=1/4CdAfv,Cd为空气阻力系数,Af为汽车迎风面积);Jw为车轮的转动惯量(Jw=m轮#R);Tb为制动转矩;L(s)为轮胎和路面之间的摩擦系数;Fz为轮胎的法向反力;mt为前轴非簧载质量;Bh为减振器阻尼;kf为悬架刚度;kt为轮胎刚度。1.2 轮胎模型

常用的轮胎模型有双线性模型、魔术公式模型等,通常采用基于H.B.Pacejka的魔术公式模型。利用三角函数的组合公式拟合轮胎的试验数据,可完整地表达纵向力、横向力、回正力矩及纵向力、横向力联合作用的工况。但由于试验条件的限制,无法对各种典型路面均通过试验测出参数,再由魔术

),2

2

1-干混凝土路面;2-干土路面;3-湿混凝土路面;4-压紧雪路面图3 典型路面双线性模型

第4期 付百学,等:基于Matlab/Simulink的汽车防抱死制动系统的仿真研究#19#

1.3 制动器模型

制动器模型用于在计算过程中给出各个车轮制动器在一定输入条件下所输出的制动力矩。考虑到滞后因素,产生的液压制动力矩可表示为

[2]

系数最大。取n=0.6,可得增压时轮缸的压力变化率为

L=(PZ-PL)0.6.dtkV

同理,对于减压过程也可以采用上述方法进行分析,nc=1得减压时轮缸的压力变化率为

L=L.dtkV

T=PD2LRbBFPL(t-t0)/4000.

式中:T为制动力矩;DL为轮缸直径;Rb为制动器有效半径;BF为制动器制动因数(盘式BF=2L,LFF为摩擦系数);PL为轮缸压力;t0为制动器滞后时间,为常数。

当车辆参数确定后,制动力矩只是轮缸压力和时间的函数。1.4 液压系统模型

ABS通过液压控制单元调节轮缸的制动压力,从而控制车轮的运动状态。因此,应考虑液压特性对防抱死制动过程的影响,对轮缸增压、减压特性进行数学建模。

增压状态:主缸中的制动液经过常开阀由主缸流向轮缸,对于常开阀口,应满足流量方程[2]

Q=CA$Pn.

式中:C为由阀口形状、液体流态、油液性质等因素决定的流量系数,A为阀口的通流截面积,n为由阀口形状决定的节流阀指数,其值在0.5~1.0之间,$P为阀口前后的压力差,$P=PZ-PL,PZ为主缸压力。

同时,常开阀口也必须满足连续性方程

Q=kV

L

.dt

[2]

2 控制器模型

构建防抱死制动系统仿真分析的控制器模型就是选择合适的控制方法或确定合适的控制参数。本项研究采用逻辑门限值控制方法,以车轮的角加速度和滑移率为控制参数。单一路面逻辑门限控制程序流程见图4, …… 此处隐藏：4529字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……