参数控制的汽车abs仿真(附件)
随着汽车工业的迅猛发展，汽车走进了人们的日常生活，但随之而来安全问题也越来越受到关注。汽车ABS系统因其可靠的安全性能被广泛采用。本文就以以提高汽车ABS的性能为目标，对其进行仿真模拟。本文首先在阅读了大量文献的基础上，介绍了ABS的基本原理、组成和发展趋势等；而后，建立了相应的车辆模型，包括单轮车辆模型、双线性轮胎模型和液压制动系统模型，并在Matlab中对模型进行了仿真实现；接着，根据模糊理论和PID控制理论建立了两种简单的制器，并将其应用在车辆制动的仿真系统中。
关键词 ABS，车辆制动模型，模糊控制，PID控制
目录
1 绪 论 1
1.1 汽车防抱制动系统（ABS）概述 1
1.2 ABS的发展趋势 4
2 车辆模型的建立 5
2.1 车辆动力学模型 5
2.2 轮胎模型 6
2.3 制动系统模型 7
2.4 制动模型的Simulink实现 8
3 基于滑移率的ABS控制策略的研究与仿真 9
3.1 控制器简介 9
3.2 基于模糊控制的ABS算法 10
3.3 基于PID控制的ABS算法 16
3.4 ABS控制算法的仿真及分析 18
3.5 模糊控制和PID控制下仿真制动效果分析与对比 22
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪 论
1.1 汽车防抱制动系统（ABS）概述
1.1.1 引言
伴随着世界范围上的汽车工业、公路建设的飞速发展，汽车的安全性能越来越受到各国人民的重视。目前，作为汽车自动安全技术的重要体现之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
一的汽车制动防抱死系统(ABS)现如今已广泛安装于各类车辆上。ABS是一种在车辆制动过程中能自动调节制动管路的压力，防止车轮抱死，避免汽车后轮侧滑和前轮失去转向能力，从而提高汽车操纵稳定性、行驶稳定性和制动安全性，并最大程度地利用地面附着力的制动调节系统。
在汽车ABS研究方面，发达国家很早就将ABS技术投入实际生产运用，近年来，我国也正在大力推广和应用ABS技术，早在1999年的时候，我国就制定了国家强制标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把使用ABS作为强制性的法规。在此之后上海通用、上海大众、一汽大众等汽车生产厂商均开始采用ABS技术，但是我国却没有这些ABS系统的自主知识产权，这是一个很严重的问题[1]。因而加快汽车ABS技术的开发与研究，真正拥有自主知识产权的汽车ABS系统，对提升我国汽车产业在国际领域上的竞争力有着重要的战略意义。
1.1.2 ABS的理论基础
在行驶车辆制动过时，车辆利用轮胎和路面之间产生的与汽车行驶方向相反的摩擦力来实现减速目的，这个摩擦力被称作地面制动力。地面制动力相关的摩擦系数称为制动附着系数或称纵向附着系数。当汽车的纵向附着系数越小时，那么地面制动力越小，同时汽车的制动距离也就越长。与此同时，在车辆轮胎和路面的接触面上还有另一个摩擦力，这个不同于地面力制动力，它作用于车轮横向平面上，我们称之为侧向力或侧滑摩擦力。与侧向力相关的摩擦系数称之为侧向附着系数。通常而言，侧向力越大的汽车行使方向性越好，转向操纵性越好；相反的，如果侧向力很小或消失，驾驶员就很难或无法按自己的意愿来正常驾驶汽车。
影响侧向力和轮胎地面制动力的关键因素为汽车车轮在制动时的滑移状态，汽车车轮的滑移状态一般采用滑移率来表示。滑移率的定义如下所示：
(1-1)
其中，v——车辆前进速度（）;
R——车轮半径（）；
——车轮角速度（）[2]。
从上述公式可以看出，当汽车行使车速等于汽车的车轮速时滑移率为零。在车辆制动过程中，两者差异越大，滑移率越大，反之亦然。假如车轮抱死，此时汽车轮速为零，滑移率将达到1即100%。车辆轮胎的滑移率与地面制动力、侧滑摩擦力之间的关系可以用曲线来描述，图中的代表附着系数(如图1.1)。
图1-1 附着系数与滑移率S的关系曲线
在车辆制动过程中，因为制动器的制动力矩影响，车辆滑移率S将发生不同程度的变化。从图1-1中我们可以发现，随着车辆滑移率S的不断增加，车轮的纵向附着系数先增后减，侧向附着系数却是随之不断递减。
当滑移率0
ABS一般由以下几部分组成：汽车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和ABS警示灯等。在不同条件下的汽车ABS系统中，制动压力调节装置的结构样式和工作原理也存在着很大的差异，电子控制装置的内部构造和控制逻辑方式也可能大相径庭。以下是比较具有代表性的汽车ABS系统构成如图1-2所示。
图1-2 典型ABS的构成
1.车轮转速传感器
轮速传感器由永久磁铁、磁极、线圈和齿圈这几个部分组成。齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之间的间隙以一定的速度变化，导致磁路中的磁阻产生变化，磁通量周期地增减，在线圈的两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压，并将此电信号输送给电子控制器。现如今大多数的汽车ABS系统主要使用磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器这两种车轮轮速传感器。
1.2.1 本课题的研究内容
针对ABS系统在设计中采用实车模拟试验的成本较高、效率低的现实情况和国家延长车辆服务年限对车辆提出的更高要求，本课题主要对汽车的ABS系统进行优化设计与研究，其主要研究内容包括: 建立系统的单轮车辆模型、轮胎模型和制动系统模型，路面模型，控制模型，分别采用采用模糊控制法和PID控制法，利用MATLAB软件工具进行仿真模拟，数据图形比较，为进一步提高ABS的性能寻找方向。
2.3.2 制动器模型
通过动器力矩与制动液压之间的关系可以建立得到制动器模型。在实际进行仿真时，我们假设制动器为理想元件，假定它的非线性特性较弱，从而容易控制算法研究。因此，制动器方程为：
通过理论数据研究可知，在繁多的隶属函数曲线中，最适宜的表述方法是采用用正态型模糊变量来阐述人进行控制活动时的模糊概念。但在实际的运用中，机器在正态型分布的模糊变量的运算和处理上是相对缓慢的，最为迅速简单的运算方法是采用三角型分布的模糊变量。因而，计算相对简单，控制效果迅速的三角型分布被越来越多的人采用。
1 绪 论 1
1.1 汽车防抱制动系统（ABS）概述 1
1.2 ABS的发展趋势 4
2 车辆模型的建立 5
2.1 车辆动力学模型 5
2.2 轮胎模型 6
2.3 制动系统模型 7
2.4 制动模型的Simulink实现 8
3 基于滑移率的ABS控制策略的研究与仿真 9
3.1 控制器简介 9
3.2 基于模糊控制的ABS算法 10
3.3 基于PID控制的ABS算法 16
3.4 ABS控制算法的仿真及分析 18
3.5 模糊控制和PID控制下仿真制动效果分析与对比 22
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪 论
1.1 汽车防抱制动系统（ABS）概述
1.1.1 引言
伴随着世界范围上的汽车工业、公路建设的飞速发展，汽车的安全性能越来越受到各国人民的重视。目前，作为汽车自动安全技术的重要体现之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
一的汽车制动防抱死系统(ABS)现如今已广泛安装于各类车辆上。ABS是一种在车辆制动过程中能自动调节制动管路的压力，防止车轮抱死，避免汽车后轮侧滑和前轮失去转向能力，从而提高汽车操纵稳定性、行驶稳定性和制动安全性，并最大程度地利用地面附着力的制动调节系统。
在汽车ABS研究方面，发达国家很早就将ABS技术投入实际生产运用，近年来，我国也正在大力推广和应用ABS技术，早在1999年的时候，我国就制定了国家强制标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把使用ABS作为强制性的法规。在此之后上海通用、上海大众、一汽大众等汽车生产厂商均开始采用ABS技术，但是我国却没有这些ABS系统的自主知识产权，这是一个很严重的问题[1]。因而加快汽车ABS技术的开发与研究，真正拥有自主知识产权的汽车ABS系统，对提升我国汽车产业在国际领域上的竞争力有着重要的战略意义。
1.1.2 ABS的理论基础
在行驶车辆制动过时，车辆利用轮胎和路面之间产生的与汽车行驶方向相反的摩擦力来实现减速目的，这个摩擦力被称作地面制动力。地面制动力相关的摩擦系数称为制动附着系数或称纵向附着系数。当汽车的纵向附着系数越小时，那么地面制动力越小，同时汽车的制动距离也就越长。与此同时，在车辆轮胎和路面的接触面上还有另一个摩擦力，这个不同于地面力制动力，它作用于车轮横向平面上，我们称之为侧向力或侧滑摩擦力。与侧向力相关的摩擦系数称之为侧向附着系数。通常而言，侧向力越大的汽车行使方向性越好，转向操纵性越好；相反的，如果侧向力很小或消失，驾驶员就很难或无法按自己的意愿来正常驾驶汽车。
影响侧向力和轮胎地面制动力的关键因素为汽车车轮在制动时的滑移状态，汽车车轮的滑移状态一般采用滑移率来表示。滑移率的定义如下所示：
(1-1)
其中，v——车辆前进速度（）;
R——车轮半径（）；
——车轮角速度（）[2]。
从上述公式可以看出，当汽车行使车速等于汽车的车轮速时滑移率为零。在车辆制动过程中，两者差异越大，滑移率越大，反之亦然。假如车轮抱死，此时汽车轮速为零，滑移率将达到1即100%。车辆轮胎的滑移率与地面制动力、侧滑摩擦力之间的关系可以用曲线来描述，图中的代表附着系数(如图1.1)。
图1-1 附着系数与滑移率S的关系曲线
在车辆制动过程中，因为制动器的制动力矩影响，车辆滑移率S将发生不同程度的变化。从图1-1中我们可以发现，随着车辆滑移率S的不断增加，车轮的纵向附着系数先增后减，侧向附着系数却是随之不断递减。
当滑移率0
ABS一般由以下几部分组成：汽车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和ABS警示灯等。在不同条件下的汽车ABS系统中，制动压力调节装置的结构样式和工作原理也存在着很大的差异，电子控制装置的内部构造和控制逻辑方式也可能大相径庭。以下是比较具有代表性的汽车ABS系统构成如图1-2所示。
图1-2 典型ABS的构成
1.车轮转速传感器
轮速传感器由永久磁铁、磁极、线圈和齿圈这几个部分组成。齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之间的间隙以一定的速度变化，导致磁路中的磁阻产生变化，磁通量周期地增减，在线圈的两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压，并将此电信号输送给电子控制器。现如今大多数的汽车ABS系统主要使用磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器这两种车轮轮速传感器。
1.2.1 本课题的研究内容
针对ABS系统在设计中采用实车模拟试验的成本较高、效率低的现实情况和国家延长车辆服务年限对车辆提出的更高要求，本课题主要对汽车的ABS系统进行优化设计与研究，其主要研究内容包括: 建立系统的单轮车辆模型、轮胎模型和制动系统模型，路面模型，控制模型，分别采用采用模糊控制法和PID控制法，利用MATLAB软件工具进行仿真模拟，数据图形比较，为进一步提高ABS的性能寻找方向。
2.3.2 制动器模型
通过动器力矩与制动液压之间的关系可以建立得到制动器模型。在实际进行仿真时，我们假设制动器为理想元件，假定它的非线性特性较弱，从而容易控制算法研究。因此，制动器方程为：
通过理论数据研究可知，在繁多的隶属函数曲线中，最适宜的表述方法是采用用正态型模糊变量来阐述人进行控制活动时的模糊概念。但在实际的运用中，机器在正态型分布的模糊变量的运算和处理上是相对缓慢的，最为迅速简单的运算方法是采用三角型分布的模糊变量。因而，计算相对简单，控制效果迅速的三角型分布被越来越多的人采用。
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