文档介绍：-
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制动系统仿真、建模及ABS控制器设计
学生：何渝
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班级：车辆二班
教师：周教师
制动系统仿真、建模及ABS控制器设计
随着科学技术的进步和人们物质生要指标。随着技术的开展，目前，中国绝大局部轿车已经将ABS作为标准配置。但对于ABS的认识以及如何正确使用，很多驾驶员还不是很清楚，甚至还出现了一些对ABS的误解。一些驾驶员认为ABS就是缩短制动距离的装置，装备ABS的车辆在任何路面的制动距离肯定比未装备ABS的制动距离要短，甚至有人错误地认为在冰雪路面上的制动距离能与在沥青路面上的制动距离相当；还有一些驾驶员认为只要配备了ABS，即使在雨天或冰雪路面上高速行驶，也不会出现车辆失控现象。ABS并不是如有些人所想的那样，大大提高汽车物理性能的极限。严格来说，ABS的功能主要在物理极限的性能内，保证制动时车辆本身的操纵性及稳定性。同时，在加速的时候，也能防止轮胎的纯滑移，提高了加速性能和操作稳定性。
通过两自由度单轮模型为例，介绍在MATLAB环境下的控制系统力学建模、ABS控制器设计及仿真分析过程。
1. 动力学建模
*车辆简化后的制动力学模型如右图所示。其中单轮模型质量m，车轮滚动半径rd，车轮转动惯量为Iw，车辆旋转角速度为ω，车轮轮心前进速度为uw，地面制动力为F*b。作用于车轮的制动力矩为Tb。假设忽略空气阻力与车轮滚动阻力，则系统的运动方程如下：
图1 单轮制动力模型
〔1〕
〔2〕
式中，地面制动力F*b等于地面作用于车轮的法向反力F*与路面附着系数μ的乘积，其中μ为制动滑移率Sb的函数。
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分段线性的轮胎模型
根据第三章中介绍的有关轮胎纵向特性的内容，路面附着系数与车轮滑移率之间存在一定的非线性关系。如果用两段直线近似表示路面附着-滑移曲线，可得到分段线性化的附着系数μ与车辆滑移率sb的关系〔即所谓的“Dugoff〞模型〕，如下列图所示。其表达式如下：
〔3〕
式中，μb为峰值附着系数；μg为车轮完全抱死时〔即Sb=1〕时的路面附着系数；So为峰值附着系数所对应的滑移率。
图2 线性化的路面附着系数与车轮滑移率关系曲线
3. 控制算法
这里以门限值控制算法为例，说明ABS控制器设计及制动系统力学的仿真过程。采用门限制控制算法的根本思想是保证车轮滑移率在最理想的范围之内。制动开场后，随着制动压力的升高车轮转速ω相应减小，车轮出现滑移；当车轮滑移率到达理想范围上限值Sma*时，减小制动压力；随着制动压力的减小，直至减小到滑移率下限值Smin时再增大制动压力。循环往复这一过程直至车辆停顿。因此，在ABS控制器起作用的过程中，滑移率总是保持在理想的范围内，从而保证车辆的最正确制动性能及行驶方向控制的稳定性。
4. 仿真流程及参数输入
由上可知，ABS控制器所用到的一些控制参数有：
由路面附着系数μ与滑移率Sb的关系曲线所表示的轮胎模型；
滑移率控制上限Sma*、下限Smin；
车辆模型参数及初始车速μωo；
制动器油压增长率ki和减小率kd等。
根据分析可知，控制逻辑实现的关键是计算当前车轮滑移率Sb(t)并与预先确定的上限值〔Sma*，Smin