【正文】 別為5m。 ～，增壓閥關(guān)閉，減壓閥打開，制動輪缸中液壓介質(zhì)通過減壓閥流回回路，部分介質(zhì)儲存在蓄能器里，減壓閥打開后，此時輪缸中的壓力處于高壓狀態(tài)，富余的介質(zhì)迅速建立流量，輪缸壓力急劇下降，減壓過程中，回油泵將液壓油泵回，泵內(nèi)流量增加。輪缸流量在增壓閥開啟后，前期流量迅速增加，輪缸體積得到快速的液壓介質(zhì)補充，輪缸壓力達到10bar；增壓后期輪缸壓力趨于飽和，流量降低，但液壓系統(tǒng)具有延遲現(xiàn)象，所以壓力有小幅上升，壓力可達到12bar。壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar)壓力(bar) 制動輪缸流量曲線流量（L/min） 流量（L/min） 流量（L/min） 流量（L/min） 各個制動輪缸流量曲線制動輪缸內(nèi)，單活塞桿缸進、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，液壓油進入無桿腔，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。因為這次主要仿真ABS液壓系統(tǒng)在增壓減壓情況，所以定義為3個階段，第一階段制動力大小0～500null，第二階段為500～500null，第三階段為500～0null。選取AMESim控制庫的線性信號元件作為增減壓閥和ABS電機的控制源， s，仿真時間設(shè)定為1s，對系統(tǒng)進行仿真。利用AMESim軟件在液壓建模和動態(tài)仿真方面的優(yōu)勢，模擬ABS實際工作過程，實現(xiàn)增壓、保壓及減壓工作過程的模擬。盤式制動器為浮鉗式制動器，鼓式制動器為領(lǐng)、從蹄式制動器。建模仿真過程分為四個步驟：構(gòu)建方案的模型；選擇模型復(fù)雜程度；設(shè)定模型的參數(shù)；仿真計算分析，為下一章的仿真提供了系統(tǒng)模型。 蓄能器模型本章主要分析了ABS液壓系統(tǒng)的工作特點，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)。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、皮囊和進油閥組成，氣囊被固定里面充滿惰性氣體。泵的轉(zhuǎn)速為3000rev/min。 電磁閥模型在液壓系統(tǒng)中，液壓泵把驅(qū)動電動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓系統(tǒng)中油液的壓力能，供系統(tǒng)使用。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。 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動質(zhì)量塊，輪缸活塞直徑54mm；輪缸活塞質(zhì)量 。 圖 制動器采用鉗盤式制動器。本文也采用了串列雙腔主缸模型，主缸的 AMESim 。、。理論上取最優(yōu)滑移率點作為期望滑移率，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。因而研究和評價ABS液壓調(diào)節(jié)器是十分重要的，下面由以上元件依照實際工作原理連接，組成ABS液壓調(diào)節(jié)模型。在確?？刂破骱蛡鞲衅餍阅艿臈l件下，ABS系統(tǒng)的性能由液壓調(diào)節(jié)器決定。 ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖液壓ABS系統(tǒng)主要由控制器(ECU)、液壓調(diào)節(jié)器和輪速傳感器3部分所組成。模型的工作原理如下:在系統(tǒng)進入工作狀態(tài)后，首先由控制信號源提供工作信號，ECU根據(jù)控輪速信號進行控制，系統(tǒng)制動輪缸模型進入增壓狀態(tài)。 ABS系統(tǒng)模型的 AMESim 實現(xiàn) 根據(jù)ABS液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，在AMESim中搭建出單輪車輛ABS液壓系統(tǒng)模型。設(shè)定ABS液壓系統(tǒng)參數(shù)，如制動液的體積模量、密度、動力黏度和工作溫度等，定義各個液壓元件的關(guān)鍵尺寸與內(nèi)部參數(shù)。增壓和減壓的速度可直接通過調(diào)節(jié)增壓閥和減壓閥的進、出油口開啟程度來控制。增壓過程：控制器對電磁閥斷電后，增壓閥開啟，減壓閥關(guān)閉。保壓過程：控制器發(fā)出控制指令，增壓閥關(guān)閉，減壓閥關(guān)閉。制動主缸和制動輪缸的通路被截斷，制動輪缸和蓄能器接通，輪缸的制動液流入蓄能器，制動壓力降低。主缸和輪缸管路相通， 制動主缸可隨時控制制動壓力的增減，此時回液泵不工作。制動壓力調(diào)節(jié)器串聯(lián)在制動主缸和輪缸之間，通過電磁閥直接或間接地控制輪缸的制動壓力，此系統(tǒng)屬于循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器，電磁閥的開關(guān)根據(jù)傳感器測得的輪速信號與車速信號， ECU經(jīng)過處理得出控制信號，控制相應(yīng)的電磁閥，通過改變電磁閥的開啟或關(guān)閉，來調(diào)節(jié)各制動輪缸實施制動壓力。AMESIM液壓元件設(shè)計庫通過細分結(jié)構(gòu)單元來處理液壓元件的多樣性，使工程師可以用最少的圖標和單元模塊來構(gòu)建最多的工程系統(tǒng)模型，齊全的分析工具、多種仿真運行模式以及開放的結(jié)構(gòu)，使得AMESim在汽車液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及車輛熱分析等方面都有很好的應(yīng)用，并在法國雷諾、雪鐵龍汽車的設(shè)計過程中有過實際應(yīng)用，是目前國際上流行的汽車設(shè)計及仿真方面的理想工具。 AMESIM液壓元件設(shè)計庫包含了機液系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元模塊，它被看作是液壓元件建模的工程語言，可以對噴油器、液壓錘、柱塞泵、葉片泵、半主動緩沖器以及其他類型的液壓閥建模。工程設(shè)計師完全可以應(yīng)用集成的一整套AMESim應(yīng)用模型庫來設(shè)計一個系統(tǒng)或一個流體元件，所有的這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過嚴格的測試和實驗驗證的[13]。而且簡便易用的操作使得用戶可以迅速有效地進行產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。AMESim的圖形化用戶界面使得用戶可以在完整的應(yīng)用模型庫中選擇需要的模塊來構(gòu)建復(fù)雜各種系統(tǒng)的模型。第 3章 基于AMESIM的ABS液壓系統(tǒng)建模 AMESIM簡介 AMESIM 軟件功能簡介 AMESim（Advanced Modeling and Simulation Environment for Systems Engineering）是世界著名的工程系統(tǒng)高級建模與仿真平臺，它提供了一個系統(tǒng)級工程設(shè)計的完整平臺，使得用戶可以在單一的平臺上建立復(fù)雜的一維多學(xué)科領(lǐng)域的機電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進行仿真計算和深入的分析[12]。油缸壓力下降變化率為： ()： ()將三種狀態(tài)按統(tǒng)一的公式描述，并進行線性化處理，有 增壓 減壓 () 保壓k0—閥的顯性化系數(shù)由油壓的變化所引起的車輪上制動力矩的變化為： ()kb—是與制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和線性化系數(shù)k0有關(guān)的常數(shù)本章主要建立了單輪車輛模型和簡化的四輪車輛模型，并進行了受力分析，求解出車輛運動方程、車輪運動方程、車輪縱向摩擦力方程。即制動器響應(yīng)滯后時間。這時以聲速傳播的外界壓力擾動波能達到和傳出口界面去影響口內(nèi)的流動。因此，真空助力器閥口中的氣體流動可視為等熵流動。 雷諾數(shù)是個無量綱比值，它代表慣性力與粘性力之比，但雷諾數(shù)較小支配流動的主要因素是粘性力。 ()式中，g— 重力加速度； hg— 汽車質(zhì)心高度； L— 前后軸距離 ； c— 車輛輪距制動液壓系統(tǒng)主要由制動主缸、輪缸，電磁閥組成，制動防抱死液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是改善制動效能縮短制動距離；充分利用橫向附著系數(shù)，防止側(cè)滑改善汽車制動時的方向操縱性能；減小輪胎的局部磨損；減輕駕駛員的勞動強度，提高乘客的乘坐舒適性和安全性。 單輪車輛Simulink模型 忽略車輛側(cè)傾的影響，將簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量合為車輛整體質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力和車輛風(fēng)阻，考慮車輛縱向、橫向、繞Z軸的轉(zhuǎn)動和四個車輪繞其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，為研究方便，假定制動過程中前輪轉(zhuǎn)向角為零，前后車輪幾何中心在同一軸線上，橫擺過程中兩輪上的附著系數(shù)不變，令車輛坐標系原點與汽車質(zhì)心重合[9]，可建立一個7自由度的四輪車輛模型。為簡化研究問題，選用的車輪動力學(xué)模型為單輪車輛模型，因為此模型只要描述的式制動性能，適合于汽車防抱死制動系統(tǒng)進行制動性能分析，同時也可簡化問題。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的分析，在MATLAB/Simulink中搭建ABS模型，將ABS對整車的性能影響進行仿真，并對仿真結(jié)果進行分析來證明方法的可行性。 從AMESIM模型庫中選取液壓元件模型，按照工作原理連接各個元件，對ABS液壓系統(tǒng)進行增壓、減壓，保壓種狀態(tài)下的仿真。AMESIM系統(tǒng)仿真平臺，提供了系統(tǒng)工程設(shè)計的完整環(huán)境和多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的各類模型庫，包括控制應(yīng)用庫、機械應(yīng)用庫、流體應(yīng)用庫、電磁應(yīng)用庫、熱分析應(yīng)用庫以及內(nèi)燃機應(yīng)用庫等。 AMESIM在汽車防抱死技術(shù)方面應(yīng)用汽車防抱死制動系統(tǒng)涉及到自動化、機械、 液壓、氣動、電、磁以及熱等多學(xué)科領(lǐng)域的集成和相互作用，為了準確地仿真此類系統(tǒng)，就需要適合系統(tǒng)工程設(shè)計的仿真平臺。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。在傳統(tǒng)制動的情況下，汽車緊急制動時極易發(fā)生車輪抱死，即滑移率 S＝100％，這樣不但沒有充分利用路面提供的縱向附著力，導(dǎo)致制動距離加長，而且更為嚴重的是，此時側(cè)向附著系數(shù)非常小，抗側(cè)滑能力非常低，也幾乎喪失了轉(zhuǎn)向能力[5]。當滑移率繼續(xù)增加到SSc時，縱向附著系數(shù)開始減小，當S＝100％時，即車輪抱死拖滑，縱向附著系數(shù)降低到最小值μg，這時地面制動力最小，導(dǎo)致制動距離增加。決定側(cè)向附著力大小的摩擦系數(shù)稱為側(cè)向附著系數(shù)，側(cè)向附著系數(shù)隨滑移率的增大而減小。側(cè)向附著力越大汽車的方向穩(wěn)定性就越好。隨著人們對輪胎與路面間的互相作用機理和輪胎動力學(xué)認識的不斷加深， S 的關(guān)系。隨著制動壓力的升高，在與輪速旋轉(zhuǎn)相反的方向上將產(chǎn)生地面制動力矩，輪速開始減小，隨著制動力的增加，車輪開始產(chǎn)生滑移，車輪滾動的成份越來越少，而滑動的成份越來越多，一般用滑移率 S 來描述制動時車輪的滑移程度，如公式（）。經(jīng)過這樣幾個控制循環(huán)，汽車就完成制動過程，達到減速停車的目的。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)常閉閥進入蓄能器；隨著制動壓力的降低，當輪速逐漸恢復(fù)到一定值時，ECU判斷出當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。在防抱死制動過程中，通過 HCU電磁閥的開關(guān)動作來實現(xiàn)制動壓力的調(diào)節(jié)。每對電磁閥對一個控制通道進行獨立防抱死制動壓力控制。HCU 中共有4對用于防抱死制動壓力調(diào)節(jié)的高速開關(guān)電磁閥。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。制動壓力波動不宜太大，否則制動摩擦力矩波動范圍大，路面制動力波動范圍也增大，會使車輛傳動系的沖擊損傷也大?？梢妷毫φ{(diào)節(jié)速率是否得當，將影響ABS控制質(zhì)量。壓力調(diào)節(jié)速率決定了制動器摩擦力矩的調(diào)節(jié)速率和控制過程中加、減速度的大小。一般來講，HCU的頻率為5～10次/秒時，即可達到使用要求。ABS 的促動時間應(yīng)小于上述時間。其結(jié)構(gòu)原理及性能特征對ABS的控制性能產(chǎn)生及其重要的影響。 ABS電子控制單元 壓力調(diào)節(jié)單元 壓力調(diào)節(jié)單元(Hydraulic Control Unit)，簡稱 HCU，是ABS中的主要執(zhí)行機構(gòu)，也是ABS液壓系統(tǒng)的核心部件。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。 電子控制單元ABS的電子控制單元(Electronic Control Unit)，簡稱 ECU。所以輪速算法應(yīng)能對輪速原始信號中的粗大誤差加以識別、剔除，或者抑制粗大誤差的影響。由于有著這樣的限制，輪速算法不可能設(shè)計得很復(fù)雜。這兩者之間又以軟件時間的開銷為大。 ABS輪速傳感器實時性ABS的防抱死控制大約在57ms就完成一個循環(huán)，因而對輪速處理過程的實時性要求就更高了。 汽車ABS結(jié)構(gòu)與工作原理 汽車ABS輪速傳感器是ABS的信息感知元件，為了防止車輪抱死，控制程序必須知道單個車輪的實時速度。Bosch 公司早在1987年就推出了ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。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)。 由于技術(shù)的不斷改進，ABS的功能在不斷加強。減小ABS體積的主要途徑有優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(如減小壓力調(diào)節(jié)器)及增加集成度。隨著車輛動力學(xué)與控制理論研究的不斷深入，以及計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、液壓技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)測ABS技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展。該公司于1993年投產(chǎn)，當年生產(chǎn)ABS 5000套。1984年興平814廠研制的第一代防抱制動系統(tǒng)的主要缺點是不能自動適應(yīng)不同路況，以后該廠與西安公路交通大學(xué)合作研制了第二代防抱制動系統(tǒng)，增設(shè)了路面識別功能的電路，但對于長軸距的大客車則不是很理想。東風(fēng)汽車公司從80年代初開始研究ABS，該公司對Wabco公司的ABS產(chǎn)品進行了剖析、試驗、改進和消化吸收，將Wabco的ABS