汽车ABS系统的建模与仿真.docx

基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真

摘要

本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。

关键词
ABS仿真建模防抱死系统PID

ModelingandSimulationofABSSystemofAutomobilesBasedon
Matlab/Simulink

Abstract
AmethodforbuildingaSimulatorofABSbaseonMatlab/Simulinkispresentedinthispaper.Thesinglewheelvehiclemodelwasadoptedasaresearchobjectinthepaper.Mathematicalmodelsforanentirecar,abilineartiremodel,ahydraulicbrakemodelandaslipratiocalculationmodelwereestablishedintheMatlab/Simulinkenvironment.ThePIDcontrollerwasdesigned.TheestablishedABSmathematicalmodelwassimulatedandresearchedandthesimulationcurveswereobtained.ThesimulationresultswerecomparedwiththeresultswithoutABS.Theresultsshowthatestablishedmodelswerereliableandcouldachievedesirablebrakecontroleffects.

Keywords
ABS;control;modeling;simulation；Anti-lockBrakingSystem;PID

1.概述
随着载重车辆动力性的不断提高，客观上也对车辆的制动性能与驱动性能提出了越来越高的要求。然而，由于车辆运动状态的复杂性和车轮与地面之间的附着力的非线性等因素，车辆在高速行驶中制动或在弯道上紧急制动以及在冰雪路面等复杂路况下运动时，经常会出现车轮因抱死拖滑而导致制动距离过长，同时还有车身侧滑掉头，失去方向控制能力，车轮滑转等现象，严重威胁汽车，乘客及行人的安全。车辆防抱死制动系统(ABS)是一种在紧急制动情况下使汽车制动距离尽可能缩短，同时保持汽车方向稳定性和转向操纵能力的装置;正因为ABS系统能够极大的改善汽车的制动效能，现在汽车上都基本配备了ABS系统，ABS系统已经成为汽车制动系统的关键部件。
2.汽车ABS的组成和工作原理
ABS通常由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置ECU和ABS警示灯组成。车轮转速传感器将各个车轮的转速信号输入给ECU，ECU根据各车轮转速传感器的输入信号对各个车轮的运动状态进行分析判断，并产生相应的控制指令，发送给制动压力调节器，由制动压力调节系统对制动管路油压高速地进行“增压-保压-减压”的循环调节过程，将各车轮滑移率范围控制在最佳范围内，从而缩短制动距离，提高车轮制动时的方向稳定性。

计算参考车速和滑移率
计算轮速和加速度
车路速度传感器

图1.1汽车ＡＢＳ控制原理图

制动系统

电子控制单元（ECU）
指令分析处理
控制决策
车轮

3.ABS的动力学建模
汽车防抱死制动系统的数学模型由车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型、滑移率模型和控制系统模型5部分组成。

3.1车辆动力学模型
由于汽车动力学模型建立是个复杂的过程，以经典的单轮车辆模型为例，并假设：车轮载荷为常数；忽略迎风阻力和车轮滚动阻力。建立单轮模型如图2-1。本文采用单轮模型建立汽车动力学模型。

图3-1车辆受力分析图

由此可得车辆动力学方程：
车辆运动方程：（1）
车轮运动方程：（2）
车辆纵向摩擦力：（3）
式中，为1/4车辆的质量，单位是kg；为车辆行驶速度，单位是m/s；为纵向摩擦力，单位是N；为车轮的转动惯量，单位是；为车轮角速度，单位是rad/s；为车轮行驶半径，单位是m；为制动器制动力矩，单位是N·m；为纵向附着系数；为地面支持力，单位是N。
根据式（1）、（2）