摘 要

随着我国社会和经济连续飞快的发展，我国汽车工业也成长迅猛。然而，汽车在给人们的生活、学习和工作带来各种好处的同时，也会产生很多缺点，比如各种交通事故的频频发生。在汽车主动安全系统中，最关键的系统之一，就是汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System），车轮制动力可以在汽车制动时被及时调整，使车辆在行驶时保持稳定性。所以，为了满足在各种恶劣路段和天气的情况下汽车仍能安全、平稳的制动，车轮的制动力能被分配的更加合理，ABS已经慢慢成为了一般轿车的标准配备。

本文大致了解了ABS的国内外发展历程与原理，介绍了动力模型、轮胎模型和制动系统模型，并运用Matlab/Simulink对四分之一车体模型进行建模仿真，以及不含ABS的系统仿真。随后，学习研究了bang-bang控制和PID控制这两种控制方法，并建立相应的Matlab/Simulink控制器模型。最后，分别在两种典型路面上对两种控制方法进行仿真研究，并对仿真结果进行分析，最终得出PID控制优于bang-bang控制的结论。

关键词：汽车；ABS；建模仿真；控制方法

Modeling and Simulation Study of the Automotive Anti-Lock Braking Systems

ABSTRACT

With the continuous and rapid development of our society and economy, the automobile industry of China is developing rapidly. Cars bring lots of kinds of benefits to people's life, study and work, but they also have many drawbacks, such as the frequent occurrence of various traffic accidents. Among the automotive active safety device, one of the most critical systems is the Anti-Lock Braking System. It can adjust the braking force of the wheel in time and ensure the stability of the vehicle. Therefore, in order to meet the requirements of safety and smooth braking in various bad sections and weather conditions, the anti-lock braking system has gradually become the standard of general cars.

This paper introduces the development process and principle of ABS at home and abroad. It also introduces the dynamic model, the tire model and the brake system model, and uses Matlab/Simulink to model and simulate the 1/4 car body model, as well as the simulation without ABS. Subsequently, we studied the two control methods of bang-bang control and PID control, and established the corresponding controller model in Matlab/Simulink. Finally, the two control methods are simulated on two typical pavement, meanwhile, the simulation results are analyzed. Finally, the conclusion is that PID control is superior to bang-bang control.

Key words: Automobile; Anti-lock Braking System; Modeling and Simulation; Control Method

目 录

1 绪论 1

1.1 论文研究背景和意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 国内外发展和研究现状 3

1.2.1 国外发展和研究现状 3

1.2.2 国外发展和研究现状 4

1.3 本文主要内容 6

2 ABS系统的基本组成与工作原理 7

2.1 ABS的基本组成 7

2.2 ABS的工作原理 8

3 ABS系统的动力学建模与仿真 10

3.1 概述 10

3.2 车辆动力学模型 10

3.3 车辆轮胎模型 12

3.4 车辆制动系统模型 13

3.5 ABS系统的Matlab/Simulink的模型仿真 13

3.5.1 单轮车辆子系统建模仿真 14

4 ABS系统仿真的控制方案和策略 15

4.1 bang-bang控制方法研究 15

4.1.1 bang-bang控制方法 15

4.1.2 bang-bang控制器设计 15

4.1.3 bang-bang控制的ABS仿真 16

4.2 PID控制算法研究 19

4.2.1 PID控制方法 19

4.2.2 PID控制器设计 19

4.2.3 PID控制的ABS仿真 20

4.3 无ABS的汽车制动仿真 23

5 ABS系统的仿真试验与结果分析 25

5.1 引言 25

5.2 典型路面各种控制方法的仿真试验与结果分析 25

5.2.1 高附着系数路面的仿真试验与结果分析 25

5.2.2 低附着系数路面的仿真试验与结果分析 28

结论 33

致谢 34

参考文献 35

1 绪论

1.1 论文研究背景和意义

1.1.1 研究背景

在我国社会和经济连续发展的情况下，我国汽车工业也进展迅猛，机动车和驾驶人都增长飞快，中国公安部官方声称，到2017年年底，中国的机动车的数目总计达到了三亿多辆，其中汽车的数量超出了两亿辆；从汽车拥有量的分布情况看，在中国有五十多个城市，它们的汽车数量超过了百万辆，其中，机动车的数量在多个城市中超过了300万辆，比如，北京、重庆、上海、郑州等城市。此外，由相关资料、数据可以看出，驾驶机动车的人数在随着机动车的数量的增长一直不断上升，在这几年年均增长量超过两千万。从驾驶人性别看，男性驾驶人占总驾驶人人数的71.21%；女性驾驶人占总驾驶人人数的28.79%，比2016年增长了1.56％。

然而，汽车在给人们的生活、学习和工作带来各种好处的同时，也会产生很多弊端，比如经常发生的交通事故。在国家安全监管总局和交通运输部共同发出的2017年道路交通运输安全发展报告中显示，2016年，中国登记在案的道路交通事故超过八百万件，其中，有212846起事故包含了人员伤亡，直接财产损失超过十二亿元。所以人们在对汽车美观、舒适和便捷的基础上，对汽车的行驶安全性也越来越重视，使得汽车行驶安全系统得以快速发展。