【正文】 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 1 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 2 第 1 章 緒 論 研究目的與意義 隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，就必須進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的自主研發(fā)。 ABS 控制的關(guān)鍵之一就是控制制動過程中的滑移率，從而提高路面附著系數(shù)的利用率，縮短制動距離，提高制動的穩(wěn)定性。 1936 年，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 3 德國博世公司 (BOSCH)申請一項電液控制的 ABS 裝置專利，促進(jìn)了 ABS 技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。 ABS 裝置制造商主要有 :德國博世公司 (BOSCH)，歐、美、日、韓國家的汽車采用的最多 。該公司于 1993 年投產(chǎn)，當(dāng)年生產(chǎn) ABS 5000 套。與此相類似的是汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)，其作用是防止汽車在加速過程中打滑，以保證汽車加速時的方向穩(wěn)定性、操縱性，其控制機(jī)理仍然是通過控制縱向滑移率來控 制縱向力，可見， ABS 和 ASR 是密切相關(guān)的，因此常將它們結(jié)合在一起使用，構(gòu)成行使安全系統(tǒng)。這兩者之間又以軟件時間的開銷為大。 ECU 一般由以下幾個基本電路：輪速傳感器的輸入放大，整形電路、運(yùn)算電路、電磁閥驅(qū)動電路、回油泵驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電源、電源監(jiān)控電路和故障診斷電路。一般來講， HCU 的頻率為 5～ 10 次 /秒時，即可達(dá)到使用要求。 HCU 主要有電磁閥、蓄能器、回油泵，以及一些輔助液壓閥等構(gòu)成。 HCU 從結(jié)構(gòu)上保證各制動輪缸的制動壓力與制動踏板行程，以及制動踏板力成比例關(guān)系，隨著制動壓力的增加，輪速迅速降低而趨于抱死狀態(tài)時， ECU 根據(jù)輸入的輪速信號判斷出系統(tǒng)下一個控制周期應(yīng)進(jìn)入減壓狀態(tài)，常開閥和常閉閥都通電，常開閥 關(guān)閉，常閉閥打開，輪缸內(nèi)的制動液經(jīng)常閉閥進(jìn)入蓄能器；隨著制動壓力的降低，當(dāng)輪速逐漸恢復(fù)到一定值時， ECU 判斷出當(dāng)前需要處于保壓狀態(tài)，常開閥通電，常開閥關(guān)閉，常閉閥斷電，輪缸中的制動液被封閉在兩個電磁閥之間。側(cè)向附著力越大汽車的方向穩(wěn)定性就越好。另外，如果制動時車輪經(jīng)常抱死，會加劇輪胎的摩損，大大降低輪胎的使用壽命。 通過對 ABS 原理的深入研究，對制動過程的深入分析以及對多種控制方法特點(diǎn)的分析，在 MATLAB/Simulink 中搭建 ABS 模型，將 ABS 對整車的性能影響進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析來證明方法的可行性。由于 ABS 是一種快速反應(yīng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性起著至關(guān)重要的作用 。 00d SASt VQ???? () 進(jìn)入制動輪缸的油液會呈現(xiàn)三種狀態(tài)：增壓，保壓，減壓 ： DPetVdQ d?? () VD—油缸及管路容積 e? —油液的體積彈性模量 在增壓過程，制動缸體積變化情況： ()2PstedDd K P PdK C AV? ???? () ：在減壓過程，由制動缸排除的油液為： 2 ( P )RRd PQ C A ???? () 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 14 PR— 回油壓力 。大量的用戶群使得 AMESim 已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的車輛，發(fā)動機(jī)，越野設(shè)備，航天航空，船舶，軌道交通，冶金設(shè)備，海洋工程以及重型設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的多學(xué)科專業(yè)，包括控制、流體、機(jī)械、熱分析、電 、磁以及能源等復(fù)雜工程系統(tǒng)建模與仿真的首選平臺 [11]。具體的 ABS 液壓系統(tǒng)工作過程分析 ： 常規(guī)制動過程： 電磁閥不通電，增壓閥常開，減壓閥常閉。制動主缸和制動輪缸再次接通，制動主缸的高壓制動液再次進(jìn)入制動輪缸，增加制動壓力。此狀態(tài)制動輪缸中制動壓力持續(xù)上升，增 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 17 壓持續(xù)一定時間后，由控制信號源對系統(tǒng)提供工作信號，系統(tǒng)進(jìn)入減壓狀態(tài)。理論上取最優(yōu)滑移率點(diǎn)作為期望滑移率， 選取 AMESIM 軟件中的控制信號單元，搭建控制單元模型， 將滑移率轉(zhuǎn)化為車速與輪速的差值。 圖 制動輪缸模型 根據(jù)輪缸的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，在 AMESim 中搭建輪缸的模型，該模型包括機(jī)械模塊庫中的一個接 觸式彈簧阻尼系統(tǒng)，線性彈簧系統(tǒng)和液壓元件設(shè)計庫中的活塞缸以及考慮摩擦的運(yùn)動質(zhì)量塊，輪缸活塞直徑 54mm；輪缸活塞質(zhì)量 。 此系統(tǒng)采用的是氣囊式蓄能器，目前應(yīng)用得最廣泛，它的主要結(jié)構(gòu)由充氣閥、殼體、皮囊和進(jìn)油閥組成，如 圖 ，氣囊被固定里面充滿惰性氣體。具體參數(shù)見表 。 壓力(bar) 制動力（N） 壓力(bar) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 23 圖 制動輪缸壓力曲線 制動輪缸流量曲線 圖 各個制動輪缸流量曲線 制動輪缸活塞位移曲線 制動輪缸內(nèi)，單活塞桿缸進(jìn)、出油口的布置為缸筒固定，由 于單桿活塞桿左右兩腔的有效工作面積不相等，因此，它在左右方向所產(chǎn) 生的推力和速度不相等，液壓油壓力(bar) 壓力(bar) 流量（L/min） 流量（L/min） 流量（L/min） 流量（L/min） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 24 進(jìn)入無桿腔，活塞開始不斷移動，隨著腔內(nèi)壓力增大，活塞位移增加，隨著壓力不斷減小，工作腔內(nèi)活塞又逐漸向初始位置移動。仿真曲線如圖 。液體在外力作用下流動時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象稱為液體的粘性。 圖 通流面積 節(jié)流系數(shù) 壓力（bar） 容積（cm3） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 29 圖 通流面積 1mm2 節(jié)流系數(shù) 1 圖 通流面積 1mm2 節(jié)流系數(shù) 通過對 ABS 液壓控制系統(tǒng)中電磁閥動態(tài)響應(yīng)的研究，基于 AMESIM 軟件建立了系統(tǒng)仿真模型，并建立了系統(tǒng)中模塊的數(shù)學(xué)模型，為模型分析提供了理論依據(jù)。從圖 中可以看出，在有 ABS 作用時，車輪的角速度并不是很快下降直至抱死，而是隨著 v 緩慢下降，從而大大減少了車輪黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 31 抱死的可能性，從滑移率曲線上看，在有 ABS 的作用時，滑移率控制在 左右，使附著系數(shù)保持在最大值附近；而無 ABS 作用時，滑移率很快上升到最大值，使附著系數(shù)急劇下降如圖 。 本章 在 Simulink 建立汽車 ABS 模型， 對車黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 32 輛在制動過程中進(jìn)行了分析， 無 ABS 作用時，滑移率很 快上升到最大值，使附著系數(shù)急劇下降 ，而 在有 ABS 作用時，車輪的角速度并不是很快下降直至抱死，而是隨著 v 緩慢下降，從而大大減少了車輪抱死的可能性，從滑移率曲線上看，滑移率控制在 左右，使附著系數(shù)保持在最大值附近；從而提供最大的地面制動力，這 對 保持車輛行駛的穩(wěn)定性有實(shí)際意義。 至此，對 ABS 液壓系統(tǒng)的仿真基本完成，雖然仿真完成，但還存在一些不足：ABS 液壓系統(tǒng)是非線性的，各環(huán)節(jié)的延遲等動態(tài)特性使工作過程非常復(fù)雜，建立其精確的模型并不是很理想，并且在 AMESIM環(huán)境中建立的 ABS液壓系統(tǒng)需要在增壓、保壓、減壓三種狀態(tài)下循環(huán)工作，需要根據(jù)一定的控制邏輯進(jìn)行切換，在控制信號的調(diào)整方面還存在不足。通過改變 ABS 液壓系統(tǒng) 內(nèi)參數(shù)的變化，分析了制動液體積彈性模量和增壓、減壓閥開啟節(jié)流面積變化對液壓系統(tǒng)的影響狀況。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1800 . 20 . 40 . 60 . 81S l i pT i m e ( s e c s )Normalized Relative Slip 圖 無 ABS 作用 時的 滑移率曲線 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18020406080V e h i c l e s p e e d a n d w h e e l s p e e dSpeed(rad/sec)T i m e ( s e c s )V e h i c l e s p e e d ( ?v)W h e e l s p e e d ( ?w) 圖 無 ABS 作用車速與輪速曲線 通過 Simulink 平臺對車輛制動時進(jìn)行了分析，得到汽車的制動穩(wěn)定性與 ABS 裝置的密切關(guān)系。 基于 Simulink 車輛制動過程分析 Simulink 是 MATLAB 的一個附加組件，為用戶提供建模和仿真的平臺 [17]。對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大；但是在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，液壓油粘度對溫度的變化十分敏感。從理論上 對具體的滯后時間進(jìn)行標(biāo)定，不但復(fù)雜而且可信度低，所以，通過試驗(yàn)曲線來得到各切換動作滯后時間的方法顯得更為方便。 圖 制動輪缸活塞位移曲線 以 ～ 一個循環(huán)為例分析，在 ～ 增壓過程中，增壓閥保持開啟，減壓閥保持關(guān)閉，液壓回路在回油泵的工作下，將液壓介質(zhì)導(dǎo)入制動輪缸。在實(shí)際工作過程中，對于調(diào)節(jié)器液壓特性有主要影響的是制動液、制動管路及控制閥 (增、減壓閥 )開度大小 。 圖 蓄能器模型 本章小結(jié) 本章主要分析了 ABS 液壓系統(tǒng)的工作特點(diǎn)， 由 電磁閥、液壓泵和蓄能器等共同組成液壓調(diào)節(jié)單元，并根據(jù) 傳感器將車輪轉(zhuǎn)速 和車速信號傳給 給電子控制裝置 ，經(jīng)過計算得出控制信號 ， 控制相應(yīng)的 電磁閥、電動泵和儲壓器等組成 的制動壓力調(diào)節(jié)裝置，通過制動管路對各制動輪缸實(shí)施制動壓力的調(diào)節(jié)，使車輪制動力始終保持在較好的制動狀態(tài)。 增壓閥連接在從制動主缸到制動輪缸的管路中，減壓閥連接在制動輪缸與低壓蓄能器之間。如圖 、 。其工作性能的好壞不僅與控制器的控制邏輯和傳感器有關(guān)，還與液壓調(diào)節(jié)器的性能密切相關(guān)。 AMESim模型搭建步驟 依據(jù) ABS 的工作 原理，從 AMESim 模型庫中選取合適元件并按照原理圖連接好。 減壓過程： 控制器發(fā)出控制指令，增壓閥關(guān)閉，減壓閥開啟。 AMESim 使得工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo) ,分析和優(yōu)化工程師的設(shè)計，從而幫助用戶降低開發(fā)的成本和縮短開發(fā)的周期。 并且建立了 ABS 液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 包括制動主缸、輪缸、蓄能器、回油泵等液壓系統(tǒng)元件 模型 ， 汽車液壓制動系統(tǒng)的建模比較真實(shí)全面地反映了防抱死制動系統(tǒng)中執(zhí)行元件特性，所建立的微分方程組，通過求解，可以應(yīng)用于實(shí)際參數(shù)下的 ABS 模擬系 統(tǒng)。雷諾