汽车ABS系统仿真研究

汽车ABS系统的工作原理及过程

因此，轮胎与路面之间的附着力必然遵循摩擦定律，即轮胎与路面之间的附着力取决于其间的垂直载荷和附着系数，其关系为公式（2-1）

F??F?? (2-1) 式中 F? 轮胎与路面之间的附着力； F? 轮胎与路面之间的垂直载荷；

μ 轮胎与路面之间的附着系数。 地面制动力的首先取决于制动器制动力，但同时又受到地面附着条件研制。要想获得足够的地面制动力，首先汽车应具有足够的制动器制动力，其次路面还要提供较高的附着力。由式（2-1）可知，要提高地面制动力，改善汽车的制动效果，则必须提高路面附着系数。由于在汽车行驶过程中制动时的路面附着系数 μ并非是一个常数，而是一个与车轮滑移程度即滑移率有关的变量。滑移率即为汽车制动时出现车轮速度小于汽车车身速度而导致车轮既滚动又滑动的现象。车轮的滑移率[17]定义为公式（2-2）

v?vv???RR?? (2-2) S?R?100%?()?100%?(1?)?100%vvv 式中 S——滑移率；

ω——车轮旋转的角速度，rad/s；

V——汽车行驶（平移）的瞬时速度，m/s； R——车轮有效滚动半径，m。

当 V=VR时，滑移率 S=0，此时车轮处于自由滚动状态；

当R=0 时，滑移率 S=100%，车轮处于完全被抱死状态，此时车轮可能会出现侧滑、甩尾等现象；

当V> VR时，滑移率 0

根据车辆行驶方向可将附着系数分为：纵向附着系数?b(或记作? )和侧向

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附着系数?s(或称横向附着系数)。这样在考虑路面制动力时，就可将轮胎的附着力分为纵向附着力和侧向附着力(或称横向附着力)。

制动附着系数、侧向附着系数和滑移率 S 之间存在着密切的关系，通常具有图 2-4 所示的特性。

图2-4 滑移率与附着系数的关系

2.3.2汽车ABS的工作原理与工作过程

对于同一辆汽车来说,纵向附着系数越大,则制动时地面所能提供的制动力就越大。制动减速度也越大,制动距离就越小;侧向附着系数越大,则制动时地面所能提供的侧向力就越大,汽车抵抗侧向干扰的能力就越强,不易出现侧滑。试验证明:当车轮滑移率为20%左右时轮胎与地面之间具有最大纵向附着系数，并且具有较大的侧向附着系数，此时制动性能最佳\制动防抱死系统就是通过压力调节装置调节制动管路中制动压力的大小，是整个制动过程中车轮始终不会抱死，并且滑移率一直保持在标附近，如图2-4所示。

ABS的工作过程可以分为常规制动、制动压力保持、制动压力减小和制动压力增大等阶段。

（1）开始制动阶段

在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液压电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动

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汽车ABS系统的工作原理及过程

压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。

开始制动时，驾驶员踩制动踏板，制动压力由制动主缸产生，通过常开的不通电的进油阀作用到车轮制动轮缸上。此时，不通电的出油阀依然关闭，ABS系统没有参与控制，整个过程和常规液压制动系统相同，制动压力不断上升

（2）压力保持

当驾驶员继续踩制动踏板，制动压力继续升高到车轮出现抱死趋势时，ABS电子控制单元发出指令使进油阀通电并关闭阀门，出油阀依然不通电压仍保持关闭，系统油压保持不变。

（3）压力降低

若制动压力保持不变，车轮有抱死趋势时，ABS ECU给出油阀通电打开出油阀，系统油压通过低压储液罐降低油压，此时进油阀继续通电保持关闭状态，有抱死趋势的车轮被释放，车轮转速开始上升。与此同时，电动液压泵开始启动，将制动液由低压储液罐送至制动主缸。

（4）压力增加

为了使制动最优化，当车轮转速增加到一定后，电子控制单元给出油阀门，关闭此阀门，进油阀同样也不通电而打开，电动液压泵继续工作从低压储液罐中吸取制动液泵入液压制动系统。随着制动压力的增加，车轮转速又降低。这样反复循环地控制。如果ABS系统出现故障,ABS ECU将使进油阀始终常开，出油阀始终关闭，使常规液压制动系统继续工作而ABS系统不工作，直到ABS系统故障排除为止。 2.4本章小结

本章主要介绍了汽车ABS系统的结构及各其部件的作用，简单叙述了AB的工作原理及理论依据，分析了汽车制动器制动力、地面制动力、附着力三者的关系,同时深入分析了汽车制动附着系数和滑移率的关系，在本章的最后则介绍了汽车ABS的工作过程。

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第三章 汽车ABS系统的建模

3.1车辆动力学模拟的概况

车辆动力学模拟一般包括两个方面的内容:一是建立描述车辆动力学性能

的微分方程,即建模;二是采用数值方法解方程,即计算。现在常用的动力学模拟方法有三种:人工建模与计算、图形建模和计算机模拟。 3.1.1人工建模及编程计算方法

它是最为传统的方法,即首先通过对车辆的力学分析建立车辆运动的微分方程组,然后采用数值积分方法,通过VCFORTRAN、VB等计算机语言编制相应程序,求解微分方程组。

这种方法工作量比较大,要求设计者具有一定的动力学基础,对车辆系统各部件的联系十分清楚,并且计算工作和方程的调试非常困难,设计周期长。但通过人工对整个系统的建模和计算,能对系统各参数变量的动特性和物理意义有深入的了解。

3.1.2 图形建模计算方法

此方法的建模与前一种方法相同,用力学原理推导出车辆运动方程。计算则

采用专用软件包,如:ACSL模拟语言、MATLAB语言及MATRIX仿真语言等。其中,MATLAB语言是由美国Math Works公司于1967年推出的“Matrix Laboratory”软件包,它是一款功能强、效率高、便于进行科学与工程计算的交互式软件包。而SIMULINK是MATLAB专用于系统动力学模拟的工具箱,它集建模、分析、模拟、控制于一体,具有数值计算与图形功能。SIMULINK将各种标准的物理环节做成图形模块,提供给用户进行图形建模及系统的计算仿真,免去了用户从底层编程开发的麻烦,彻底改变了过去人工编程的方式。它为用户提供了众多标准的动力学系统图形模块库,包括输入源库、接收器库、线性系统库、非线性系统库、离散系统库及连续系统库等。另外,SIMULINK不仅实现了可视化动态仿真,也实现了与MATLAB、C甚至硬件之间的相互数据传递,极大地扩展了它的功能。因此,不但可以进行仿真计算,也可以进行模型分析、控制系统设计等等。

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