基于道路交通状态识别的汽车ABS控制方法设计
摘 要
为了能够准确的了解制动防抱死系统的性能，常常使用计算机仿真技术来进行研究，本设计采用Matlab/Simulink模拟汽车在直线制动的运动状态，对ABS系统的控制规律进行计算机仿真。它与常规的试验分析相比，具有分析速度快、精度高、周期短、节省大量的人力物力的优点。
ABS防抱死制动系统模型的建立，是计算机与生产实际相融合的产物。模型的建立，可以代替危险性试验，提高安全性和经济性，同时可以方便快捷的得到试验所得到的结果，以此完善设计开发中的产品性能，为ABS系统的研制与开发提供一条有效的方法。
本设计简单介绍了制动系统的工作原理，通过建立冰路面 干燥路面 湿路制动系统和ABS防抱死系统的数学模型，提出了基于路面附着系数的ABS控制算法，并根据数学模型，利用Matlab/Simulink软件建立普通制动系统和ABS防抱死制动系统的仿真模块，分析普通制动系统和装有防抱死制动系统(ABS)车辆制动过程中各参数的动态变化规律。通过对比仿真结果可知ABS防抱死制动系统不仅能够达到防止车轮在制动过程时抱死的目的，还能准确控制车轮的运动状态，因此证明本次设计对ABS制动过程的仿真分析是有效的。
关键词：制动；防抱死制动系统；仿真；Matlab/Simulink
第1章ABS防抱死系统简介和本课题意义
1.1 工作原理
当车轮抱死滑移时，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失。如果是前轮制动到抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力。如果是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力汽车将产生侧滑现象。这些都极易造成严重交通事故。因此，汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移，而是希望车轮制动到边滚边滑的滚动状态。控制此种状态的系统被称为制动防抱死系统，简称ABS。
汽车制动时由于车轮速度与汽车速度之间存在着差异，因而会导致车轮与路面之间产生滑移，当车轮以纯滚动方式与路面接触时，其滑移率为零；当车轮抱死时其滑移率为100％。当滑移率在8％～35％之间时，能传递最大的制动力。制动防抱死的基本原理就是依据上述的研究成果，通过控制调节制动力，使制动过程中车轮滑移率控制在合适的范围内，以取得最佳的制动效果。ABS系统硬件构成主要由传感器（包括轮速传感器、减速度传感器和车速传感器）、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。传感器测量车轮转速并将这一数据传送至电子控制装置上，控制装置是一个微处理器，它根据车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，车轮转速可与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。如果控制装置判断出车轮减速度太快和车轮即将抱死时，它就发出信号给液压调节器，液压调节器可根据来自控制装置的信号对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制（作用、保持、释放、重新作用）。这一动作，每秒钟能出现10次以上。
1.2 ABS的优点及常用装置
1）优点：
ASB系统的第一个优点是能缩短制动距离。这是因为在同样紧急制动的情况下，ABS系统可以将滑移率控制在20%左右，即可以获得最大的纵向制动力的结果。
ABS系统的第二个优点是增加了汽车制动时的稳定性。汽车在制动时，四个轮子上的制动力是不一样的，如果汽车的前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的行驶方向，这是非常危险的；如果后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至使汽车整个调头等严重事故。ABS系统可以防止四个轮子制动时被完全抱死，提高了汽车行驶的稳定性。
ABS系统的第三个优点是改善了轮胎的磨损状况。事实上，车轮抱死会造成轮胎杯型磨损，轮胎面磨耗也会不均匀，使轮胎磨损消耗费增加。经测定，汽车在紧急制动时，车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过一套防抱死制动系统的造价。因此，装用ABS系统具有一定的经济效益。
ABS系统的最后一个优点是使用方便，工作可靠。ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别。制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS系统就会根据情况自动进入工作状态，如遇雨雪路滑，驾驶员也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动，ABS系统会使制动状态保持在最佳点。
2）常用的ABS装置
现在实用化的四轮控制防抱死制动装置有波许、梯维斯（ATE）、本田4W-ALB、丰田的ESC和柯林的SCS。
1．控制通道
波许、梯维斯公司的防抱死制动系统与丰田的ESC是在各个前轮中分别独立装有传感器、执行元件的油压系的2通道控制方式，即前二轮独立控制方式。此外，还有后轮传感器安装在各个车轮中的2通道方式，或在驱动系中装设的单通道方式；执行元件的油压系统也是有双通道与单通道二种方式。在使用后轮2通道传感器中，这是一般以易于锁止的车轮速度为基准进行控制的低选择方式。属于具备2通道的油压系统并不是经常独立控制的方式，是与后二轮同时控制的一种方式。
本田4W-ALB则采用前二轮同时、后二轮同时的2系统控制方式。前轮采用以较难锁止的车轮为基准进行控制的高选择方式；后轮则采用低选择方式。柯林的SCS则采用左前轮与右后轮同时控制，右前轮与左后轮同时控制的2系统控制方式。
2．执行元件方式
波许、梯维斯的防抱死制动系统、丰田的ND的ESC与本田4W-ALB都具有专用的电动泵；柯林的SCS则具有由驱动轴驱动的专用泵。以该泵为驱动波，使执行元件进行工作。驱动油是动力转向油。
目 录
第1章 ABS防抱死系统简介和本课题意义 1
1.1 工作原理 1
1.2 ABS的优点及常用装置 1
1.3 ABS发展历史及应用现状 2
1.4 发展趋势 5
1.5 本次设计意义 6
第2章 物理模型及数学模型的搭建 7
2.1 制动系统物理模型 7
2.1.1 冰路面制动系统物理模型 7
2.1.2 干燥路面制动系统物理模型 7
2.2 制动系统数学模型 9
2.2.1 湿路面制动系统数学模型 9
2.2.2 有ABS制动系统数学模型 10
第3章 Matlab/Simulink软件介绍 13
3.1 Matlab软件介绍 13
3.2 Simulink软件介绍 14
第4章 制动系统仿真模型的建立 16
4.1 仿真参数 16
4.2 仿真模型 16
4.2.1 普通制动系统仿真模型 16
4.2.2 ABS防抱死制动系统仿真模型 17
4.3 仿真模块功能 17
4.3.1 单个模块功能 17
4.3.2 多个模块功能 19
第5章 仿真计算结果和曲线 23
5.1 仿真所得曲线 23
5.1.1 普通制动系统 23
5.1.2 有ABS制动系统 25
5.2 仿真结果 27
第6章 结论 28
参考文献 29
致 谢 30
附录 31
参考文献
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