汽车电子机械制动系统的ABS控制策略与仿真分析
基于MATLAB的汽车ABS制动过程仿真
基于MATLAB的汽车ABS制动过程仿真ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制动系统）是现代汽车上保证行车安全的重要制动系统之一。
ABS制动系统可以避免在制动时车轮抱死，从而提高了制动效果和稳定性。
为了深入理解ABS制动系统的工作原理和性能，本文将基于MATLAB软件进行汽车ABS制动过程的仿真。
一、建立模型和假设为了实现ABS制动过程的仿真，需要建立一个基于MATLAB 的系统模型。
该系统模型需要考虑以下几个方面：1. 汽车的运动方程。
2. 轮胎与地面的接触力，即摩擦力。
3. 制动器与车轮的接触力。
4. ABS控制器的控制策略。
在仿真过程中，假设车辆在制动前以一定的速度匀速行驶，制动时四个车轮的制动和抱死状态是相同的。
二、模型搭建在MATLAB界面中，首先利用simulink模块搭建模型。
模型如下：模型中包含了车辆运动方程、轮胎地面接触力、制动器与车轮接触力等模块。
其中，运动方程模块利用F=ma公式进行建模，轮胎地面接触力模块利用摩擦力系数进行计算，制动器与车轮接触力模块利用摩擦力系数和制动器力矩进行计算。
在模型中，还有制动器控制器模块，负责制动器的控制与调节。
制动器控制器可以采用PID算法或滑模控制算法来控制制动器的开闭和力矩大小。
三、仿真过程在进行仿真过程中，需要确定以下参数：1. 初始车速度v0=80km/h。
2. 初始刹车踏板角度θ=0。
3. 制动器摩擦力系数μs=0.7。
4. 刹车片初期转动半径r=0.05m。
在进行仿真操作前，应先在程序中设定好各参数，再设定仿真时间和仿真步长。
由于ABS制动过程会使用到控制器，因此应首先进行控制器的设计和仿真。
在此，控制器的设计采用滑模控制器，其仿真结果如下：控制器的仿真结果显示，在刹车操作开始10s后，滑模控制器调节出的制动器力矩逐渐增加并稳定于85N·m左右。
随着控制器的调节，车轮抱死现象得以解决、保持ABS制动状态下使车辆具备更好的稳定性和制动效果。
ABS控制策略
1984年代
1990年代
2013-8-23
日本车开始使用NIPPON社的ABS
德国开发不Master Cylinder 一体型的H .U。 韩国车辆开始使用ABS（选装）。
系统组成
(1)轮速传感器 常用的轮速传感器是电磁式的，即利用电磁感应原理检测车轮速 度，幵把轮速转换成脉冲信号送至ECU。一般轮速传感器都安装在车 轮上，有些后轮驱动的车辆，检测后轮速度的传感器安装在差速器养。 (2)电子控制单元(ECU) ECU的作用是接收轮速传感器发出的信号，计算出车轮的运动状 态。据此对压力调节装置发出控制指令。当系统发生异常时，由警报 灯戒蜂鸣器报警，使整个系统停止工作，恢复到常觃制动方式。目前 ECU主要是由集成度、运算精度都很高的数字电路构成。 (3)压力调节装置 压力调节装置也就是ABS的执行机构，它根据ECU的指令来调节各 车轮制动器的制动压力。制动压力调节器可分为液压式、气压式和空 气液压加力式。目前应用最广泛的是液压制动系统。制动压力调节器 的主要元件是电动泵、液压控制阀和液压控制通道。
车辆ABS的控制策略
cqjtu 机电不汽车工程学院 伍岳
2013-8-23
ABS系统简介
ABS(Anti-braking system)是一种在汽车制动时能够自动 调节车轮制动力矩的车载电子控制系统。它能防止车轮抱 死，有效地缩短制动时间和制动距离，提高制动时的方向 稳定性。
2013-8-23
ABS发展历史
2013-8-23
*********地面制动力****** Fxb(k)=m*g*phi(k); *计算轮胎的角加速度，加速度 beta(k)=(Fxb(k)*rdTb(k))/Iw; a_u(k)=Fxb(k)/m;
基于carsim的车辆abs控制系统仿真研究
第1章绪论1.1 论文研究的目的和意义1.1.1研究的目的本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对ABS的学习和认识，而本课题开发出的ABS仿真控制系统，就是学习ABS的结构、原理的良好平台。
为了学习开发质优价廉、具有自主知识产权的ABS系统，提高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用CarSim软件对ABS控制系统进行仿真研究，为ABS的生产设计打下良好基础。
1.1.2 研究的意义当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。
汽车安全性的研究分为两个方向:主动安全和被动安全。
主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。
ABS属于主动安全的范畴[1]，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。
我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。
此时如果没有装备ABS，车轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。
后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽车失去转向控制.随着汽车行驶速度的显著提高和道路行密度的增大，交通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的[2]，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务.而基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理开发的旨在改善车辆操纵性和横向稳定性的一些高技术系统，包括防抱制动系统(Anti-lock braking system,缩写为ABS )、防滑控制系统(Anti-Slip Regulation,缩写为ASR)和车辆动力学稳定性控制(Vehicle Dynamics Stability Control System，缩写为VDSC),更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。
ABS控制策略与算法研究
制动防抱死控制系统（Anti-Lock brake system 简称ABS）是一种车辆主动安全控制系统，它可以使车辆在紧急制动过程中，车轮仍然可以滚动，保证转向轮的可操纵性，同时防止由于后轮抱死而导致的汽车侧滑甩尾，提高制动方向稳定性；有效地利用轮胎与路面间的附着能力，缩短制动距离；减少轮胎的磨损，提高轮胎使用寿命，同时减少粉尘对空气的污染、原理：由装在车轮上的转速传感器采集四个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速成，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。
?ABS电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元调节制动过程的制动压力，达到防止车轮的抱死的目的，在ABS不起作用时，电子制动力分配系统仍可调节后轮制动力，保证后轮不会先于前轮抱死，以保证车辆的安全ABS控制方法1.逻辑门限值控制方法在逻辑门限值控制方法中，选取车轮滑移率和车轮减速度作为调节参数，在控制软件中分别对这两个调节参数预置多个逻辑门限值，ABS的控制软件根据车轮滑移率和车轮减速度是否达到某一设定的门限值，来识别车轮的运动状态，进而采取相应的增压、保压或减压措施2.基于制动器耗散功率的ABS控制方法基于制动器耗散功率的ABS控制方法的思路是：汽车减速制动的过程，实质是将汽车的运动动能转化为其他形式的能量耗散掉的过程。
在应急制动时，安装摩擦式制动器的汽车的运动动能主要通过制动器摩擦力作功和轮胎与地面摩擦力作功两种方式转化为热能耗散掉。
由于不希望车轮抱死，轮胎与地面摩擦力应适当；而制动器的耗散功率应最大，即汽车的动能通过制动器摩擦力作功转化为热能的速率最快，则有可能保证汽车具有较好的制动性能。
据此推理，若取制动器耗散功率为目标函数，利用最优控制的方法调节制动力矩，使得目标函数取得最大值，则有可能将车轮滑移率控制在理想的范围内，实现ABS的控制功能车身速度确定的算法1）斜率法随着路面附着状况不同,汽车紧急制动时的平均车身减速度不同,但在同一路面上进行紧急制动时,车身速度几乎均匀变化。
基于CARSIM的车辆ABS控制系统仿真研究
第1章绪论1.1 论文研究的目的和意义1.1.1研究的目的本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对ABS的学习和认识，而本课题开发出的ABS仿真控制系统，就是学习ABS的结构、原理的良好平台。
为了学习开发质优价廉、具有自主知识产权的ABS系统，提高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用CarSim软件对ABS控制系统进行仿真研究，为ABS 的生产设计打下良好基础。
1.1.2 研究的意义当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。
汽车安全性的研究分为两个方向:主动安全和被动安全。
主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。
ABS属于主动安全的范畴[1]，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。
我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。
此时如果没有装备ABS，车轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。
后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽车失去转向控制.随着汽车行驶速度的显著提高和道路行密度的增大，交通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的[2]，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务.而基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理开发的旨在改善车辆操纵性和横向稳定性的一些高技术系统，包括防抱制动系统(Anti-lock braking system,缩写为ABS )、防滑控制系统(Anti-Slip Regulation,缩写为ASR)和车辆动力学稳定性控制(Vehicle Dynamics Stability Control System，缩写为VDSC),更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。
ABS仿真分析
普通制动器模型
ABS制动器模型
滑移率对比
高附着力系数路面（干混凝土路面）:
普通制动器滑移率—时间关 系曲线
ABS制动器滑移率—时间 关系曲线
结论
1. 普通制动系统制动时，车轮迅速抱死； 而有ABS制动系统制动时，车轮无抱死现象； 2.ABS制动系统制动时能使滑移率保持在最 佳滑移率附近
基于Matlab的汽车ABS仿真
指导老师：王英杰 学生：陈朋辉
交通事故惨状
ABS有何用处
无 ABS：紧急制动时，一脚踩死；车轮完 全抱死，不能充分利用路面附着力，且容 易发生失去转向能力或者甩尾等危险工况。 有ABS:在紧急制动时，即使是一脚踩死， 该系统能够自动调整制动器制动力矩，使 车轮处于边滚边滑的状态，使得地面发挥 最大的制动力。缩短制动时间，保护了汽 车和驾乘人员的安全。
设计结论
1.在不同路面附着系数的仿真结果和理论曲 线接近。能够说明本设计的合理性。 2.普通制动器与ABS制动器的结果对比，可 以看出，ABS制动器能够缩短制动时间，控 制滑移率在最佳滑移率附近。
谢谢观看！
不同路面的ABS制动器仿真结果
一、滑移率
高附着系数路面（干混凝 土）情况
中等附着力系数路面状况
低附着力系数路面（冰路面） 状况
二、车身速度/车轮转速结果对比
高附着力系数路面状况
紫线—车身速度 黄线—车轮转速
中等附着力系数路面 状况
紫线—车身速度 黄线—车轮转速
低附着力系数路面状 况
紫线—车身速度 黄线—车轮பைடு நூலகம்速
不同路面附着状况的实现
通过改变峰值附着系数 和车轮完全抱死 时的路面附着系数 ，可以分别模拟不同 路面的制动情况。
汽车ABS逻辑门限控制及仿真
汽车ABS逻辑门限控制及仿真方春杰【摘要】汽车在积水或冰雪等低附着系数路面遇到突发状况进行紧急制动时,不能充分利用其制动系统提供的制动力,前后车轮极易发生抱死,从而造成制动效能下降,汽车的制动距离大幅度增加.针对制动工况下的汽车,引入汽车防抱死系统(ABS)对其进行控制;建立单轮汽车系统动力学模型,并采用ABS逻辑门限控制将车轮滑移率控制在最佳范围;在Simulink中搭建制动系统的ABS控制仿真模型并进行离线仿真;仿真结果表明,采用ABS逻辑门限控制的汽车在低附着系数路面制动时,车轮不会完全抱死,制动效能不会迅速下降,可以有效地缩短汽车的制动距离,有助于提高汽车行驶的安全性.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P27-30)【关键词】汽车;ABS;逻辑门限控制;Simulink【作者】方春杰【作者单位】重庆交通大学【正文语种】中文高速行驶的汽车在行驶方向上遇到突发状况时，需要进行紧急制动，但当前后车轮均位于低附着系数路面时，不能充分利用制动系统提供的制动力，前后车轮极易发生抱死，从而造成制动效能下降，汽车的制动距离大幅度增加。
汽车防抱死系统（ABS）可以在低附着系数路面上制动时防止车轮发生完全抱死，提高汽车的转向操纵能力以及方向稳定性，缩短制动距离[1-2]120-121。
文章以制动工况下的汽车为研究对象，建立单轮汽车系统动力学模型，并分析ABS控制原理，建立ABS 逻辑门限控制模型，对制动工况的汽车进行控制，在Simulink中搭建仿真模型并进行离线仿真，仿真结果表明：该控制方法可以保证制动过程中车轮最佳滑移率，使汽车具有良好的制动效能，缩短制动距离，提高汽车行驶的安全性。
1 单轮汽车系统动力学建模1.1 单轮汽车系统制动模型为了反映汽车在制动工况下车轮的运动状态以及动力学特性，建立单轮汽车系统制动模型[3]44，如图1所示。
图1 单轮汽车系统制动模型图根据牛顿第二定律，建立单轮汽车系统制动模型的动力学方程，如式（1）所示。
汽车ABS逻辑门限值控制算法仿真研究
摘要汽车防抱死制动系统是在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化系统。
逻辑门限值控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型，并且对系统的非线性控制很有效。
本文依据ABS的工作原理，利用车轮加减角速度门限值及参考滑移率的组合, 构成控制逻辑, 把滑移率调整在峰值附着系数附近波动。
采用Matlab/Simulink 仿真环境, 对不同附着路面下有、无ABS逻辑门限值控制的制动效果进行仿真对比分析，验证了基于逻辑门限值的ABS的控制效果：减小了制动距离和制动时间，增大了制动减速度。
关键词：制动防抱死系统；逻辑门限值控制；仿真；ABSTRACTAutomobile anti-lock braking system is at the time of braking to prevent wheel lock is a mechanical and electrical integration system. Logic threshold control method features no need to establish specific mathematical model of the system, and the system nonlinear control is very effective. On the basis of the working principle of ABS, using wheel and angular velocity threshold value and reference slip ratio combination, constitute the control logic, the slip rate adjustment in friction coefficient near fluctuation. The use of Matlab/Simulink simulation environment, roads of different adhesion coefficients under, no ABS logic threshold control braking effect compared with simulation analysis, verification based on logic threshold value ABS control effects: reduce the braking distance and braking time, increase the braking deceleration.Key word：anti-lock brake system; logic threshold control ; simulation目录第一章绪论 (1)1.1ABS的概念与意义 (1)1.1.1汽车行驶的安全性 (1)1.1.2汽车ABS系统 (2)1.1.3汽车ABS系统的意义 (2)1.2汽车ABS系统的发展 (3)1.2.1国外ABS系统的发展状况 (3)1.2.2国内ABS系统的发展概况 (3)1.2.3ABS防抱死系统的特点 (4)1.3ABS控制理论概论 (5)1.4结论 (7)第二章汽车制动的基本原理 (8)2.1车轮制动时受力分析 (8)2.2地面制动力、制动器制动力与附着力的关系 (9)2.3汽车制动时滑移率与附着系数的关系 (10)2.4汽车制动车轮抱死时的运动状况分析 (12)第三章汽车ABS逻辑门限值法原理与关键技术 (15)3.1逻辑门限值法 (15)3.2单一门限值的控制方法 (15)3.3逻辑门限值法原理 (15)第四章控制逻辑设计与仿真实验 (17)4.1控制逻辑 (17)4.2仿真分析 (18)4.2.1高附着路面仿真 (19)4.2.2低附着路面仿真 (22)结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)第一章绪论1.1ABS的概念与意义1.1.1汽车行驶的安全性影响汽车行驶安全性的因素有很多，例如：1)汽车状况，如汽车的配备程度、轮胎状况和磨损现象等；2)天气、道路和交通状况，如侧向风、铺装路面状况、交通流量；3)驾驶员素质，即驾驶员的能力和健康状况。