汽车理论大作业

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1、汽车理论大作业20100410420车辆四班杨江林1.内容本文在MATLAB/Simulink巾搭建ABS模型，将ABS对整车的性能影响进行仿真，并对仿真结果进行分析來证明方法的可行性。2•原理由轮胎纵向力特性可知，车轮的滑移率AS决定了制动力和侧向力的大小。公式1给出了车轮滑移率/;S的定义。C^=Vy1式中，4为车速，对应线速度，rr为汽车线速度，rf为车轮半径，■为车轮线速度。如图1所示为车辆在制动行使时，地面作用于车轮的制动力MA和侧向力/A随车轮制动滑移率/.s的变化关系。可以看山，侧向力随滑移率6s的增加而下降，当滑移率从1降为0时，制动力开始随滑移率的增加而迅速增加；当滑移率

2、增至某值时，制动力则随滑移率的增加而迅速减少。公式1说明了车速与轮速的关系：当滑移率为1时，车速与轮速相等；当滑移率为0时，车轮己经处于抱死状态。车轮抱死滑移时，不仅制动力减少，制动强度降低，而且车轮侧向附着力也大大减少。因此，当前轮抱死滑移时，车辆丧失转向能力;而后轮抱死滑移则属于不稳定工况，易引起车辆急速甩尾的危险。图1滑移率与附着系数的关系根据制动时附着系数与滑移率的关系曲线可知，当把车轮滑移率的值控制在最桂滑移率20%附近吋，汽车将能够获得最好的制动效能同吋还拥有较好的方向稳定性。附着系数的数值主要取决于道路的材料、路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、材料以及车速等因素。因此对于不同

3、的路面来说，附着系数与滑移率的关系是不同的。图2是不同路而的附着系数与滑移率的关系。水泥（干）沥青（干）沥青（湿）雪（松）020406080100%滑移率入图2不同路面的附着系数与滑移率的关系利用车轮滑移率的门限值及参考滑移率设计控制逻辑，使得车轮的滑移率保持在峰值附着系数附近，从而获得最人的地而制动力和最小的制动距离。同时获得较人的侧向力，保证制动时的侧向稳定性。ABS工作原理阁3.模型由于汽车动力学模型建立是个复杂的过程，采用单轮模型建立汽车动力学模型。简化的单轮模型如图3。图3单车轮模型巾图可得到车辆的动力方程：车辆运动方程：dt（1）车轮运动方程：I^=FR-T,dt⑵车辆纵向摩擦

4、力：F二（3）式中，m为1/4整车质量（kg）；F为地面制动力（N）;R为车轮半径（m）;I为车轮转动惯量（kg*m2）;Tb为制动力矩（N-m）,m）；v为车身速度（m/s）;⑴为车轮角速度(rad•s)；N为地面对车轮的法向反作用力(N)；M为地面摩擦系数。汽车轮胎模型反映了车轮和地面附着系数与滑移率之间的关系。常用的轮胎模型有双线性模型、魔术公式模型等。但由于试验条件的限制，本文采川双线性模型，把附着系数一滑移率曲线简化为W段直线。如图4所示。滑移率/%图4附着系数一滑移率双线性曲线其计算公式为：A-A,—A：-A,,Ai-Ai-A-、cc(4)式中，P为纵向附着系数；为峰値附着系数

5、：&为滑移率为100%的附着系数；&为S佳滑移率；4为滑移率。汽车制动器模型指制动器力矩与制动系气液压力之间的关系模型。汽车制动时首先要克服制动器及制动缸中的弹簧冋位力，设此力为Pm,则相应的制动力矩可用如K公式表示：PPm式巾，Tb为制动器制动力矩Kf为制动器制动系数(N*m/kPa);P为制动器7气液压力(kPa)；Pm为克服弹簧回位力所需的气液压力(kPa)。由于制动器屮各机械部件存在间隙和摩擦，导致了制动器滞后等强非线性动态特性，这些为制动器建模带来了很大的困难。为了方便研究控制算法，本文在进行仿真时假设制动器为理想元件，忽略了由滞后性带来的

6、影响。因此，制动器方程为：4.汽车ABS的Simulink模型采用Madab/Sinwlink图形化建模工具建立计算机仿真模型，将建立起来的汽车动力学模型、轮胎模型和制动器模型连接成闭环仿真系统。最终得到的仿真模型如图5所示。RelsiiveSlip没有ABS系统时的simulink程序框图RelotiveSlip有ABS吋的simulink程序框图汽车ABS制动系统仿真模型其中轮速计算子模块包含了制动器模型和控制模型。以踏板制动力为输入，控制器根据最佳滑移率和实际滑移率控制输出制动器制动力矩，最终输出车轮线速度。汽车动力学模型以附着系数为输入，以车身速度和制动距离为输出。最后将车轮线速度

7、、车身速度和制动距离输入到滑移率计算模块，计算获得实际滑移率。本仿真模型还设置了示波器，以便观察仿真曲线，并进行相关分析。本文所采用的汽车参数模型如表1所示。表1单轮模型车辆参数名称与符号数值汽车整备质量M/权50制动初速度v/(m/s)60/3.6车轮转动惯量//知•/W0.45车轮有效半径R/m0.38制动器制动系数Kf(N*m/kPa)1制动器制动力矩Tb(N-m)0.015.仿真结果分析根据车辆参数进行仿真，最佳