汽车ABS防抱制动特性及其不解体检测技术研究

论文摘要

随着汽车行驶速度的不断提高和道路行车密度的增大,对汽车行驶安全性提出了越来越高的要求。汽车防抱死制动系统ABS（Anti-lock Braking System）能够通过控制和调节车轮的制动力,防止车轮在制动时的滑转,最大限度的利用路面附着系数以缩短制动距离、防止侧滑、提高制动时的方向稳定性,从而大大改善汽车的制动性能,提高汽车的安全性。因此,ABS装置目前得到了非常快速的发展和广泛应用。对于ABS工作性能的检测和评价,通常采用的是道路试验的方法。但是,道路试验方法试验费用高、测试周期长、精度低,受环境及道路条件的影响大,只适合对部分车辆的抽检,不能适应大批量车辆的定期检测。如何实现对装有ABS车辆的制动性能进行不解体台架测试的问题,是我国汽车安全和综合性能检测行业以及汽车制造与维修企业急需解决的技术难题。针对这一问题,本文在深入分析汽车ABS防抱制动特性的基础上,对汽车ABS不解体台架检测理论进行了研究,提出了一种能够在不同路面组合工况下对ABS的工作性能进行不解体检测的方法。该方法在台架上利用惯性飞轮的转动动能来模拟汽车旋转体的转动动能及汽车直线运动的平动动能,通过扭矩控制器控制滚筒来实现对道路附着系数的模拟,通过计算机控制系统对道路附着系数模拟系统进行自动调节与控制,模拟出单一附着系数路面、对开附着系数路面和对接附着系数路面这三种ABS最典型的工况以及滚筒摩擦系数可以达到的其它任意组合形式,在车辆固定装置等安全措施保障下,完成对车辆各种制动过程的动态模拟,实现对车辆ABS系统工作性能的试验与检测。论文通过对汽车制动过程中车轮抱死影响因素的分析以及对汽车制动过程中的运动学和动力学分析,总结出了汽车ABS系统的防抱制动特性以及理想的汽车ABS防抱制动控制过程；建立了汽车制动过程中基于ABS的驾驶员反应距离数学模型、制动距离数学模型和停车距离数学模型。通过对汽车ABS的种类、装车形式及其控制原理的分析和研究,总结了ABS各个控制参数控制制动压力的方法及其适应场合；通过对ABS各种控制方案和控制算法的分析和仿真研究,提出采用多参数预测控制与模仿控制相结合作为ABS的控制方案和采用模糊控制作为ABS的控制算法更为合理。论文还对ABS试验台及测控系统的总体技术方案及其实现技术进行了深入的研究,采用协同设计及设计过程建模的方法,建立了基于扩展对象Petri网的ABS不解体试验台的设计过程模型,并对该模型进行了仿真和性能分析,提出了相应的设计过程改造和优化的途径。为了解决ABS试验台测控系统与汽车检测线的联网通信问题,论文在深入分析了串行通信、文件共享、网络数据库等三种传统的汽车检测线联网通信方式的基础上,提出了一种新的基于Winsocket技术的ABS试验台测控系统与汽车检测线联网通信的方式,在C/S模式下,解决了整个联网控制系统的车辆调度和检测数据实时传输等网络通信问题。对于检测数据的处理问题,论文在分析传统的汽车制动力检测数据拟合方法存在不足的基础上,提出了采用三次B样条函数拟合与优化的新方法,并对该方法进行了深入的理论分析和软件实现。试验结果和标定情况表明：该方法很好地解决了汽车性能检测中难以解决的制动力检测数据的分析与处理问题,使其检测精度、数据重复性乃至整个检测系统稳定性与可靠性都大为提高。本文的研究属于汽车检测技术领域的前沿课题。通过ABS不解体试验台及测试分析系统的研制,可以有效地解决我国现有的各种汽车检测试验台无法对装有ABS车辆的制动性能进行不解体测试的这一困扰我国汽车检测行业多年的技术难题,从而填补我国在汽车ABS不解体室内台架试验方面的空白,对于促进我国汽车检测技术及其装备的发展具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的选题背景及课题来源
• 1.1.1 论文的选题背景
• 1.1.2 论文的课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状及其发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 论文完成的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 汽车制动基本理论
• 2.1 汽车制动距离与制动减速度
• 2.1.1 汽车的制动距离
• 2.1.2 汽车的制动减速度
• 2.2 汽车制动效能的恒定性与方向稳定性
• 2.2.1 汽车制动效能的恒定性
• 2.2.2 汽车制动时的方向稳定性
• 2.3 汽车制动时理想的制动力分配
• 2.4 轮胎—路面附着特性与理想的制动过程
• 2.4.1 轮胎—路面附着特性
• 2.4.2 理想的制动过程
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车ABS系统理论及其防抱制动特性研究
• 3.1 汽车制动过程中车轮抱死的影响因素分析
• 3.2 汽车制动过程中车轮运动学分析
• 3.2.1 制动车轮的运动参数
• 3.2.2 测量制动车轮运动参数的方法
• 3.3 汽车制动过程中车轮动力学分析
• 3.3.1 附着系数φ—滑移率S曲线的简化
• 3.3.2 制动时车轮运动的数学描述
• 3.3.3 车轮制动过程的特征值
• 3.4 汽车ABS的工况分析
• 3.4.1 制动压力降低时车轮运动状态的数学描述
• 3.4.2 ABS的压力控制模式
• 3.5 汽车ABS系统的防抱制动特性分析
• 3.5.1 汽车运动受力分析
• 3.5.2 载荷的转移
• 3.5.3 汽车防抱制动控制过程分析
• 3.6 基于ABS的停车距离数学模型
• 3.6.1 驾驶员反应距离模型
• 3.6.2 制动距离模型
• 3.6.3 停车距离模型
• 3.7 本章小结
• 第四章 汽车ABS系统制动控制原理及其仿真研究
• 4.1 汽车ABS系统的种类及其装车形式
• 4.2 汽车ABS系统的控制原理分析研究
• 4.2.1 预测控制方案
• 4.2.2 模仿控制方案
• 4.2.3 各种控制方式的比较
• 4.3 汽车ABS系统控制策略分析研究
• 4.3.1 逻辑门限控制策略
• 4.3.2 PID控制策略
• 4.3.3 模糊控制策略
• 4.3.4 各种控制策略的比较
• 4.4 汽车ABS系统控制策略的仿真模拟试验
• 4.4.1 逻辑门限控制策略的仿真模拟
• 4.4.2 PID控制策略的仿真模拟
• 4.4.3 模糊控制策略的仿真模拟
• 4.5 本章小结
• 第五章 汽车ABS性能不解体检测与评价方法研究
• 5.1 汽车ABS系统的不解体道路试验检测方法
• 5.1.1 路试法中的制动性能检测与评价
• 5.1.2 道路试验的具体方法
• 5.1.3 路试法中的操纵性检测
• 5.1.4 路试检测法中的实用性检测
• 5.1.5 路试法的主要缺点
• 5.2 汽车ABS不解体台架检测的理论分析
• 5.2.1 道路模拟系统
• 5.2.2 车轮安置角的理论计算
• 5.2.3 测试中的受力分析
• 5.2.4 检测台测试原理
• 5.2.5 台架检测动态过程分析
• 5.3 汽车ABS不解体台架检测的关键技术研究
• 5.3.1 道路附着系数的动态模拟
• 5.3.2 扭矩控制器控制电流的确定
• 5.3.3 飞轮系统转动惯量的确定
• 5.3.4 扭矩控制器的选择
• 5.4 汽车ABS不解体台架测试技术参数与流程
• 5.5 汽车ABS不解体台架检测结果的评价
• 5.5.1 台架试验的评价依据
• 5.5.2 主要评价指标与方法
• 5.6 本章小结
• 第六章 汽车ABS不解体试验台及其实现技术研究
• 6.1 试验台总体技术方案及机械结构
• 6.1.1 总体技术方案
• 6.1.2 试验台机械结构
• 6.2 试验台机械结构原理分析研究
• 6.2.1 试验台架的原理分析
• 6.3 试验台飞轮系统的理论分析
• 6.3.1 飞轮组合的确定
• 6.3.2 飞轮系统结构形式与模拟当量
• 6.4 试验台主要参数对检测结果的影响分析
• 6.4.1 前后滚筒高低差布置
• 6.4.2 安置角和车轮半径对检测结果的影响
• 6.4.3 滚筒表面材质及形状对检测结果的影响
• 6.5 试验台关键技术处理方案
• 6.5.1 确定前后滚筒高度差
• 6.5.2 滚筒中心距的确定
• 6.5.3 滚筒的表面结构
• 6.6 基于扩展对象Petri网的ABS不解体试验台设计方法研究
• 6.6.1 协同设计及设计过程建模的概念
• 6.6.2 Petri网的概念
• 6.6.3 扩展对象的Petri网
• 6.6.4 基于扩展对象Petri网的ABS不解体试验台设计过程模型
• 6.6.5 性能分析
• 6.6.6 仿真结果分析及其过程改进
• 6.7 本章小结
• 第七章 汽车ABS试验台测控系统及其实现技术研究
• 7.1 测控系统总体技术方案研究
• 7.1.1 测控系统工作流程
• 7.1.2 测控系统硬件总体结构设计
• 7.1.3 测控系统软件总体设计思想
• 7.2 测控系统硬件技术研究与实现
• 7.2.1 硬件设计原则
• 7.2.2 传感器技术及测控单元选型研究
• 7.2.3 供电系统及强电控制电路
• 7.2.4 模拟量输入输出通道
• 7.2.5 开关量输入输出通道
• 7.3 测控系统软件技术研究与实现
• 7.3.1 测控系统软件的工程化设计思想
• 7.3.2 测控系统软件功能模块划分
• 7.3.3 基于Visual C++6.0的测控系统软件实现技术
• 7.4 测控系统数据库设计与研究
• 7.5 测控系统与汽车检测线的联网通信技术
• 7.5.1 网络通信方式选择
• 7.5.2 测控工位机状态的实时监控
• 7.5.3 车辆动态调度
• 7.5.4 检测数据的实时传输
• 7.6 本章小结
• 第八章 测控系统中信号处理方法与控制算法研究
• 8.1 系统频率响应函数的计算方法
• 8.2 系统中传感器信号的软件处理方法
• 8.2.1 模拟量信号的软件处理方法
• 8.2.2 开关量信号的软件处理方法
• 8.2.3 速度脉冲信号的软件处理方法
• 8.3 制动力检测数据的拟合与优化方法研究
• 8.3.1 制动力数据拟合方法的选取
• 8.3.2 制动力数据的B样条函数拟合
• 8.3.3 拟合曲线的优化算法
• 8.3.4 软件实现
• 8.3.5 标定检验
• 8.4 基于数字PID的扭矩控制器的控制算法研究
• 8.4.1 扭矩输出控制系统结构
• 8.4.2 控制算法及实现流程
• 8.4.3 控制电压输出初值与控制电流的关系
• 8.5 本章小结
• 第九章 结论与进一步研究的建议
• 9.1 结论
• 9.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及论著
• 攻读博士学位期间的获奖情况
• 攻读博士学位期间主持和参加的科研项目
• 致谢