基于Simulink的汽车ABS建模与仿真

    汽车防抱死制动系统(ABS)是一种很关键的汽车主动安全技术。本文采用基于有限状态机的系统仿真方法，采用Simulink建模，对ABS模型中的连续系统和离散系统进行仿真。仿真结果表明，该仿真系统能比较真实地反映汽车ABS系统的实际工作过程，显著缩短制动距离，提高安全性。

    通过对ABS建立理论模型并进行计算机仿真，可以初步确定ABS的一些参数，还可以通过仿真结果来验证和分析控制逻辑。因此，对ABS的仿真分析可以有效缩短开发周期，减少开发成本，并通过少量的试验验证，可作为实际ABS性能分析及控制逻辑的模型。

  1、ABS仿真模型建立的理论依据

    汽车制动时的附着系数与滑移率的关系曲线如图1所示，为获得最佳的制动效能，应将车轮滑移率控制在10%-30% 的范围内，当滑移率为2O%时，其纵向附着系数达到峰值，制动效果最好。因此，通常把2O%的滑移率称为理想滑移率或最佳滑移率。本设计的仿真系统取滑移率控制范围为18%--22%。

  本文仿真系统的建立基于单车轮模型，单车轮的受力制动过程模型如图2所示，

      (1)

        (2) 

通常车轮制动扭矩与轮缸压力成正比，即：

       (3)       

       (4)

因此 可得车轮滑移率：         (5)

    式中M--车轮承受的质量；V--车身速度；--车轮速度；—地面制动力；J—车轮转动惯量；--车轮角速度；R--车轮滚动半径；--制动器扭矩；K--制动力矩系数；P--轮缸压力； —滑移率。

    本仿真系统采用的汽车模型参数如表1所示：

表一  汽车模型参数

名称与符号	数值
单车轮承受质量M（Kg） 制动力矩系数K 制动初速度(Km/h) 车轮滚动半径R(m)	460 21 25 0.26
车轮转动惯量J	5

 

2、ABS仿真模型的建立及参数设置

   ABS系统仿真模型如图3所示:

 

图3   ABS系统仿真模型

  

3、ABS系统仿真结果

      对初速度为25Km/h的汽车ABS系统进行计算机仿真，仿真结果如图4和图5所示。表明使用ABS装用该种控制逻辑的汽车制动距离较小，滑移率基本控制在0.2附近，且制动附着系数基本在峰值附着系数点小范围的波动，制动性能良好。

    从下面的图中可以看出，在制动初始时，随着制动压力的增加，滑移率增加，当大于0．18时，ABS系统使其控制在0．18～O．22范围内，使系统稳定制动，，且制动距离较小，客观地反映了汽车的制动性能。而从仿真结果来看，装有ABS的汽车的制动距离仅为37.24m左右，这充分说明了汽车ABS系统能大大减小制动距离，也说明了这种基于Simulink的汽车防抱死制动系统建模与仿真的方法与汽车的实际制动状况是基本一致的。

图4  车速轮速曲线

   图5   滑移率变化曲线

 4、结束语

    这种使用Simulink仿真方法，可以有效模拟汽车ABS作用过程，比较真实地反映汽车ABS系统的实际工作情况。通过对仿真结果的分析，表明ABS在缩短汽车距离上的显著功能，也证明了这种仿真方法的合理性及实用性。并且仿真系统中的参数可以根据具体车型的改变而改变，非常简单、明了，便于对ABS系统的设计以及系统参数的优化。

 

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