【正文】 程組，通過(guò)求解，可以應(yīng)用于實(shí)際參數(shù)下的 ABS 模擬系 統(tǒng)。 00d SASt VQ???? () 進(jìn)入制動(dòng)輪缸的油液會(huì)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(guò)程，制動(dòng)缸體積變化情況： ()2PstedDd K P PdK C AV? ???? () ：在減壓過(guò)程，由制動(dòng)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 。此時(shí)通過(guò)閥口的氣體流量為： 2100 0 02( 1 )kkkek P PQ A PR T k P P?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? () Q —流過(guò)閥口截面積的 流量 (m3/h)； eA—閥口流通截面的有效面積 (mm2)； 0P —閥口上游絕對(duì)壓力 (Pa)； 0T —絕對(duì)溫度 (K)； 制動(dòng) 輪缸模型 2 1 2Vpi iitd d ??? () i—分別代表四個(gè)車(chē)輪的制 動(dòng) 輪缸 ； Q2i+1—流入電磁閥的流量 ； Q2i—流出電磁閥的流量 蓄 能器 模型 p xRTPMV? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 13 xvET MC? 0 0 0/oxM P p V R T?? () M —?dú)怏w質(zhì)量； 0pP —初始?xì)怏w壓力； 0xV —初始?xì)怏w體積； xV —?dú)怏w體積； R —?dú)怏w常量； oM —初始?xì)怏w質(zhì)量 回油泵模型 2vq beDn v??? () b—葉片寬度； e—轉(zhuǎn)子和定子間的偏心量； D—定子內(nèi)徑 制動(dòng)開(kāi)始時(shí)（不考慮油液的可壓縮性），由流量連續(xù)方程可求得活塞的運(yùn)動(dòng)速度為： p QV A?? () A? —油缸作用面積 設(shè)制動(dòng)器的間隙為 S0，則 消除間隙所需時(shí)間為 td。真空助力器閥口中的氣流為亞聲流速狀態(tài)。雷諾數(shù)其定義如下： e avR ??? () ? —液體密度 (Kg/m3)； v —液體的平均流速 (m/s)； a —不同流動(dòng)狀態(tài)下的特征尺寸； ?—液體絕對(duì)粘度 (Pa) 閥口流量 液體流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，通過(guò)閥體的體積流量： 1 2 1 222Red p p p pQ C A A??????? () Q —通過(guò)閥體的體積流量 (m3)； dC —層流時(shí)閥口流量系數(shù)； A —閥口截面積 (m2)； ? —液體密度 (Kg/m3)； 12pp? —閥口兩端壓力差； ? —層流系數(shù)； eR —雷諾數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 12 絕對(duì)粘度與液體密度的比值稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)粘度，其定義為： v ??? () v —流體的運(yùn)動(dòng)粘度 (m2/s)； ? —流體的絕對(duì)粘度； ? —流體的密度 (Kg/m3) 制動(dòng)主缸中 模型 ( ) /p d sp d pP D P k x A?? () pPD—制動(dòng)主缸中壓力； ksp—制動(dòng)主缸中回位彈簧剛度 真空助力器模型 真空助力器閥口中 的氣體流 動(dòng)可以看作是氣體在噴嘴中的流動(dòng)，假定氣體為理想氣體，在真空助力器閥口中的氣流速度遠(yuǎn)大于氣體與外界進(jìn)行熱交換的速度，氣體流過(guò)時(shí)的能量損失遠(yuǎn)小于它具有的總能量，可以忽略。由于 ABS 是一種快速反應(yīng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性起著至關(guān)重要的作用 。 由 公式（ ） 可得在制動(dòng)過(guò)程中的整車(chē)動(dòng)力學(xué)方程為 ： ()()( ) / 2 ( ) ( )x y r x f y f y r l y r ry x r y f l y f r y r l y r rz r x f x r l x f x r r y f y f y r l y r rM v v F l F r F FM v v F F F FI F l F F r F c F l F r a F F b???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? () 11122122fl bfl dF x f lfr bf r dF x f rr l br l dR x r lr r br r dR x r rI T r FI T r FI T r FI T r F????? ? ?? ? ?? ? ??? 式 中 ,Vx－汽車(chē)縱向速度； Vy－汽車(chē)橫向速度； 第一個(gè)下標(biāo) f－汽車(chē)前輪； 第一個(gè)下標(biāo) r－汽車(chē)后輪； 第二個(gè)下標(biāo) f－汽車(chē)左輪； 第 二個(gè)下標(biāo) r－汽車(chē)右輪； rdF－汽車(chē)前輪滾動(dòng)半徑； rdR－汽車(chē)后輪滾動(dòng)半徑； Tbxx－車(chē)輪上的制動(dòng)力； M－整車(chē)質(zhì)量； a－質(zhì)心到前軸的距離； b－質(zhì)心到后軸的距離； Iz－整車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Ixx－車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 11 作為 整車(chē)模型，還應(yīng)考慮汽車(chē)在縱向加速度和橫向加速度下引起的載荷轉(zhuǎn)移 考慮到這些因素，作用在各個(gè)車(chē)輪上的垂直載荷 如公式（ ）。 車(chē)輛運(yùn)動(dòng)方程 ： MV F?? () 車(chē)輪運(yùn)動(dòng)方程： x b g bI F r T T T? ? ? ? ? () 車(chē)輪縱向摩擦力： xFN?? () 定義滑移率為： 100%VRS V???? 圖 單輪車(chē)輛模型 式中， M－汽車(chē)的質(zhì)量； V－汽車(chē)的速度； Fx－地面制動(dòng)力； I－車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ω－車(chē)輪角速度； r－車(chē)輪滾動(dòng)半徑； Tb－制動(dòng)力矩； Tg－輪胎和地面間的制動(dòng)力矩； μ－附著系數(shù)； N－車(chē)輪對(duì)地面法向反力 根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)方程 （ ） ， （ ） ， （ ） 建立 Simulink 仿真模型，輸入位置動(dòng)力和縱向附著系數(shù)，輸出為車(chē)輛速度、車(chē)輪轉(zhuǎn)速及制動(dòng)距離，仿真模型如圖 所示。 為簡(jiǎn)化研究問(wèn)題，選用的車(chē)輪動(dòng)力學(xué)模型 為單輪車(chē)輛模型，因?yàn)榇四Ｐ椭灰枋龅氖街苿?dòng)性能，適合于汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)性能分析，同時(shí)也可簡(jiǎn)化問(wèn)題。 通過(guò)對(duì) ABS 原理的深入研究，對(duì)制動(dòng)過(guò)程的深入分析以及對(duì)多種控制方法特點(diǎn)的分析，在 MATLAB/Simulink 中搭建 ABS 模型，將 ABS 對(duì)整車(chē)的性能影響進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析來(lái)證明方法的可行性。 從 AMESIM 模型庫(kù)中選取液壓元件模型，按照工作原理 連接各個(gè)元件 ，對(duì)ABS 液壓 系統(tǒng) 進(jìn)行 增壓、減壓 ，保壓 種狀態(tài) 下的仿真。AMESIM 系統(tǒng)仿真平臺(tái)，提供了系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的完整環(huán)境和多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的各類(lèi)模型庫(kù)，包括控制應(yīng)用庫(kù)、機(jī)械應(yīng)用庫(kù)、流體應(yīng)用庫(kù)、電磁應(yīng)用庫(kù)、熱分析應(yīng)用庫(kù)以及內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用庫(kù)等。 AMESIM 在汽車(chē)防抱死技術(shù)方面應(yīng)用 汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng) 涉及到自動(dòng)化、機(jī)械、 液壓、氣動(dòng)、電、磁以及熱等多學(xué)科領(lǐng)域的集成和相互作用，為了準(zhǔn)確地仿真此類(lèi)系統(tǒng)，就需要適合系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的仿真平臺(tái)。另外，如果制動(dòng)時(shí)車(chē)輪經(jīng)常抱死，會(huì)加劇輪胎的摩損，大大降低輪胎的使用壽命。在傳統(tǒng)制動(dòng)的情況下，汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)極易發(fā)生車(chē)輪抱死，即滑移率 S＝ 100％，這樣不但 沒(méi)有充分利用路面提供的縱向附著力，導(dǎo)致制動(dòng)距離加長(zhǎng)，而且更為嚴(yán)重的是，此時(shí)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(dāng)滑移率繼續(xù)增加到 SSc 時(shí)，縱向附著系數(shù)開(kāi)始減小，當(dāng) S＝ 100％時(shí)，即車(chē)輪抱死拖滑，縱向附著系數(shù)降低到最小值 μg，這時(shí)地面制動(dòng)力最小，導(dǎo)致制動(dòng)距離增加。決定側(cè)向附著力大小的摩擦系數(shù)稱(chēng)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(chē)的方向穩(wěn)定性就越好。隨著人們對(duì)輪胎與路面間 的互相作用機(jī)理和輪胎動(dòng)力學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷加深，在研究中得到了如圖 所示的路面附著系數(shù)μ 與車(chē)輪滑移率 S 的關(guān)系。隨著制動(dòng)壓力的升高，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 7 在與輪速旋轉(zhuǎn)相反的方向上將產(chǎn)生地面制動(dòng)力矩，輪速開(kāi)始減小，隨著制動(dòng)力的增加，車(chē)輪開(kāi)始產(chǎn)生滑移，車(chē)輪滾動(dòng)的成份越來(lái)越少，而滑動(dòng)的成份越來(lái)越多，一般用滑移率 S 來(lái)描述制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的滑移程度，如公式（ ）。經(jīng)過(guò)這樣幾個(gè)控制循環(huán)，汽車(chē)就完成制動(dòng)過(guò)程，達(dá)到減速停車(chē)的目的。 HCU 從結(jié)構(gòu)上保證各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力與制動(dòng)踏板行程，以及制動(dòng)踏板力成比例關(guān)系，隨著制動(dòng)壓力的增加，輪速迅速降低而趨于抱死狀態(tài)時(shí)， ECU 根據(jù)輸入的輪速信號(hào)判斷出系統(tǒng)下一個(gè)控制周期應(yīng)進(jìn)入減壓狀態(tài)，常開(kāi)閥和常閉閥都通電，常開(kāi)閥 關(guān)閉，常閉閥打開(kāi)，輪缸內(nèi)的制動(dòng)液經(jīng)常閉閥進(jìn)入蓄能器；隨著制動(dòng)壓力的降低，當(dāng)輪速逐漸恢復(fù)到一定值時(shí)， ECU 判斷出當(dāng)前需要處于保壓狀態(tài)，常開(kāi)閥通電，常開(kāi)閥關(guān)閉，常閉閥斷電，輪缸中的制動(dòng)液被封閉在兩個(gè)電磁閥之間。在防抱死制動(dòng)過(guò)程中，通過(guò) HCU 電磁閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)。每對(duì)電磁閥對(duì)一個(gè)控制通道進(jìn)行獨(dú)立防抱死制動(dòng)壓力控制。 HCU 中共有 4 對(duì)用于防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的高速開(kāi)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(dòng)壓力波動(dòng)不宜太大，否則制動(dòng)摩擦力矩波動(dòng)范圍大，路面制動(dòng)力波動(dòng)范圍也增大，會(huì)使車(chē)輛傳動(dòng)系的沖擊損傷也大?？梢?jiàn)壓力調(diào)節(jié)速率是否得當(dāng)，將影響 ABS 控制質(zhì)量。壓力調(diào)節(jié)速率決定了制動(dòng)器摩擦力矩的調(diào)節(jié)速率和控制過(guò)程中加、減速度的大小。一般來(lái)講， HCU 的頻率為 5～ 10 次 /秒時(shí)，即可達(dá)到使用要求。 ABS 的促動(dòng)時(shí)間應(yīng)小于上述時(shí)間。其結(jié)構(gòu)原理及性能特征對(duì) ABS 的控制性能產(chǎn)生及其重要的影響。 圖 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(jiǎn)稱(chēng) HCU，是 ABS 中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是 ABS 液壓系統(tǒng)的核心部件，如圖 所示。 ECU 一般由以下幾個(gè)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(dòng)電路、回油泵驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)稱(chēng) ECU。所以輪速算法應(yīng)能對(duì)輪速原始信號(hào)中的粗大誤差加以識(shí)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(jì)得很復(fù)雜。這兩者之間又以軟件時(shí)間的開(kāi)銷(xiāo)為大。 圖 ABS 輪速傳感器 實(shí)時(shí)性 ABS 的防抱 死 控制 大約在 57ms 就完成一個(gè)循環(huán)，因而對(duì)輪速處理過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求就更高了。 汽車(chē) ABS 結(jié)構(gòu)與 工作原理 傳感器 汽車(chē) ABS 輪速傳感器是 ABS 的信息感知元 件，為了防止車(chē)輪抱死，控制程序必須知道單個(gè)車(chē)輪的實(shí)時(shí)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(lèi)似的是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR)，其作用是防止汽車(chē)在加速過(guò)程中打滑，以保證汽車(chē)加速時(shí)的方向穩(wěn)定性、操縱性，其控制機(jī)理仍然是通過(guò)控制縱向滑移率來(lái)控 制縱向力，可見(jiàn)， 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(jìn)， ABS 的功能在不斷加強(qiáng)。減小 ABS 體積的主要途徑有優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (如減小壓力調(diào)節(jié)器 )及增加集成度。 隨著車(chē)輛動(dòng)力學(xué)與控制理論研究的不斷深入，以及計(jì)算機(jī)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(cè) ABS 技術(shù)將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。該公司于 1993 年投產(chǎn)，當(dāng)年生產(chǎn) ABS