32600字硕士毕业论文防抱死制动系统建模及模糊PID控制分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：32600字

论点：抱死,制动,汽车

论文概述：

本文主要是基于 ABS 控制系统的模型，在不同的系数路面情况下对汽车防抱死制动系统（ABS）进行了数学建模，然后根据由数学建模通过MATLAB/SIMULINK 软件对系统数学模型在不同的路面进行仿真试

论文正文：

第一章防抱死制动系统概述

1.1汽车防抱死制动系统的必要性
防抱死制动系统作为主要的主动安全系统，越来越受到消费者的关注。防抱死制动系统(ABS)是一种能够保持汽车方向稳定性和转向控制能力的装置。它可以在紧急制动时尽可能缩短汽车的制动距离。它是现代汽车研究的重要课题之一，也成为汽车主动安全控制的重要研究方向。目前，它已广泛应用于各种车辆。当车轮被锁住时，横向附着系数接近于零，车辆将失去其行驶稳定性和转向控制能力，从而造成很大的伤害。这是因为当当前车轮锁定时，即使汽车可以直线前进，它也会失去转向控制。由于失去保持前轮转弯能力的侧向附着力，汽车仍会在原来的行驶方向上滑行，可能会冲进其他车道与迎面驶来的车辆相撞或冲出道路与障碍物相撞，造成严重的交通事故。如果后轮被锁住，汽车的制动稳定性会变差，抵抗横向外力的能力也会变弱。如果后轮受到外力(如侧向风力或地面障碍物阻力)的轻微影响，就会出现侧滑、甩尾等现象，甚至会出现180度转弯等危险现象。为了获得最佳制动性能，防抱死制动系统可用于实现这一目标。防抱死制动系统具有制动时防止车轮抱死的功能。防抱死制动系统通过控制制动力矩获得较大的减速度，同时具有较强的抗侧滑能力，可以将车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近，使车轮具有良好的纵向附着力。在制动过程中，装有防抱死制动系统的汽车也可以使用方向盘控制正常行驶，保证转向系统的操作功能，并发挥其转向功能以避开障碍物。使用电子控制技术(如防抱死制动系统、安全气囊系统等)的车辆。)可以提高车辆本身的安全性能，同时节省燃料和减少排放。防抱死制动系统(防抱死制动系统)是汽车工业中的一种电子控制装置，可以根据驾驶员发出的操作指令执行相关动作。车辆在行驶过程中被控制扭矩停止，这是传统车辆制动系统的功能。然而，在大多数情况下，车轮是锁定的，这一方面会导致车轮轮胎严重磨损；另一方面，由于前轮的锁定，它将导致车辆失去转向能力，而由于后轮的锁定，它将导致侧滑，这非常容易导致车辆失去稳定性。所有这些情况都容易导致事故。通过在汽车内安装防抱死制动系统，不仅可以使汽车车轮在制动时处于非锁定状态，而且可以有效防止汽车在制动时由于后轮锁定而导致的侧滑和甩尾，提高汽车制动方向的稳定性，有效防止前轮因锁定而失去转向能力， 可以提高汽车避开汽车前方障碍物的机动性和转弯制动时的保轨能力，并且制动距离通常比没有安装防抱死制动系统的同类车辆短，因此防抱死制动系统可以被认为是一种有效的车辆安全装置。
防抱死制动系统(ABS)是一种基于传统制动系统的智能电子控制技术，它集机械、电力和流体于一体，防止制动过程中车轮抱死。在制动过程中，防抱死制动系统(ABS)是一种能够提高制动减速度、缩短制动距离、防止车轮被制动锁住、提高汽车制动安全性能、有效提高汽车方向稳定性和转向控制能力的装置。目前，防抱死制动系统广泛应用于汽车行业。

1.2国内外防抱死制动系统的发展

1.2.1汽车防抱死制动系统的发展历史
防抱死制动系统是现代汽车工业中一种安全的电子控制技术装置。它具有保证汽车能有效防止车轮在刹车时卡在路面上造成打滑的功能，从而提高刹车距离、方向稳定性和刹车时的转向控制能力。在20世纪30年代早期，防滑制动装置被用于铁路机车的制动。其目的是防止在列车制动过程中因车轮锁定后在轨道上滑动而引起的局部摩擦，从而导致车轮和轨道的早期损坏。尤其是一些小平面会磨损车轮的外圆，使车轮无法平稳旋转，并产生噪音和振动。自从防滑刹车装置安装在机车上后，人们开始意外地发现刹车距离也可以缩短，从而加速了这项技术的发展。世界上第一个防抱死系统于1950年成功开发，并开始应用于航空空中的飞机。福特汽车公司在20世纪50年代中期首次在汽车上安装防抱死制动系统，成为第一家在汽车上使用防抱死制动系统的公司。然后是德国博世公司发明和开发了汽车防抱死制动系统。该公司于20世纪60年代初开始研究开发防抱死制动系统，并于1978年正式生产ABS1(模拟电子元件)防抱死制动系统。20世纪70年代，奔驰公司开始设想并在媒体上宣布，它将在汽车、卡车和公交车上使用电控防抱死制动系统，但当时还没有成熟的大规模生产的产品。直到1978年，奔驰才首次在S级豪华车上安装防抱死制动系统。

第二章防抱死制动系统的组成和基本原理

2.1防抱死制动的基本原理
防抱死制动系统或防滑制动系统是防抱死制动系统的英文名称，缩写为防抱死制动系统。根据汽车电子技术的相关理论知识，车轮抱死滑移是当制动器的制动力大于轮胎-道路附着力(以下简称附着力)时发生的现象。由此可知，为了获得更好的制动效果，汽车必须满足具有足够制动力的基本条件，同时地面可以提供更大的附着力。当汽车刹车时，除了车轮旋转平面的纵向附着力外，还有垂直于车轮旋转平面的横向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离。横向附着力决定了车辆的横向运动，并影响车辆的方向稳定性和转向控制能力。电控防抱死制动系统的功能是在汽车制动过程中自动调节车轮制动力，防止车轮抱死和打滑，从而获得最佳制动性能(缩短制动距离，提高方向稳定性，增强转向控制能力)，减少交通事故。

第三章防抱死制动系统的数学建模……25-45
3.1概述……25-27
3.2车辆动力学模型……27-30
3.2.1通用车型……27-28 [/BR/] 3.2.2四轮车型号……28-29
3.2.3两轮车型号……29 [/BR/] 3.2.4单轮车型……29-30 [/BR/] 3.3防抱死制动系统的动态建模……30-41 [/BR/] 3.3.1车辆动态模型……30-32
3.3.2车轮轮胎型号……32-39 [/BR/] 3.3.3车辆制动系统型号……39-41 [/BR/] 3.4 Matlab……防抱死制动系统3.4.1单轮车辆子系统仿真模型的41-44[/溴/]……41-42 [/BR/] 3.4.2轮胎模型子系统仿真模型……42 [/BR/] 3.4.3制动模型子系统……42-43 [/BR/] 3.4.4滑移率系统模型……43 [/BR/] 3.4.5无防抱死制动系统的汽车制动仿真模型……43-44[/比尔/] 3.5概述……44-45
第四章防抱死制动系统的模糊控制……45-66 [/BR/] 4.1逻辑阈值控制方法……45[/溴/] 4.2 PID控制算法……45-46[/溴/] 4.3最佳控制方法……46-47 [/BR/] 4.4滑模变结构控制方法……47 [/BR/] 4.5模糊控制方法……47-54
4.5.1模糊控制器的组成……48-50 [/BR/] 4.5.2模糊控制器的结构……50-51 [/BR/] 4.5.3模糊控制器的设计……51-54 [/BR/] 4.6四分之一车型模糊控制设计……54-56 [/BR/] 4.7自适应模糊PID控制器的设计与仿真……56-65
4.8概述……65-66

结论

概述了汽车防抱死制动系统的发展历史和国内外发展现状，阐述了防抱死制动系统的组成、分类和基本原理，对防抱死制动系统的各个子系统进行了数学建模，并根据数学建模模型，利用MATLAB/SIMULINK软件模块进行了仿真。分析了不同路况和不同控制方式下的仿真结果。针对不同道路上的车辆，得到了以防抱死制动系统滑移率为主要控制对象的模糊控制策略，并通过实验获得了满意的结果数据。
本文建立了防抱死制动系统各子系统的理论模型。通过数学建模，利用MATLAB控制工具箱设计了模糊PID控制器。然后结合SUMILINK建立的制动系统，利用MATLAB/SIMULINK进行防抱死制动系统仿真试验。可以模拟车辆在不同道路上的制动情况，以满足设计的基本功能和要求。模糊PID控制可以使整个防抱死制动系统的设计简单，避免复杂的数学模型，从而获得更好的控制效果。从仿真结果可以看出，防抱死制动系统模糊控制器是有效的，能够灵活地处理不同的情况，使得系统响应时间更短，系统更平滑，控制效果更好。随着现代电子技术的不断发展和完善，车载电子设备的数据通信变得越来越重要。人们对汽车安全可靠性能的观念也在慢慢改变。防抱死制动系统技术也在不断成熟和发展。防抱死制动系统在汽车上的应用已经成为汽车设计和研究部门考虑汽车结构创新的重要手段。在各种汽车工业生产汽车的同时，也加强了各种汽车技术的研发和改进。电子、智能和网络化的现代汽车使汽车不仅成为一种交通工具，而且具有多种功能，如交通、娱乐、办公和通讯。这是汽车防抱死制动系统研发的趋势。

参考
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