汽车电子ABS系统的仿真与研究

论文摘要

汽车的行驶安全性是汽车工业关注的焦点之一,防抱制动系统（ABS,Anti-lock Braking System）作为一种性能优良的主动安全装置可大大降低交通事故的发生率。欧美等国家都将其作为汽车的标准配置,而我国ABS的研究工作才刚起步。我国的ABS检验主要依靠装车道路试验,需要耗费大量财力、人力与时间,缺乏高效、准确的室内检测手段。因此找到一条快速、节约的研究ABS的开发方法,对汽车工业有着非常重要的现实意义。本课题通过研究汽车动力学模型,搭建了汽车防抱死制动系统的仿真实验平台,在ABS仿真实验平台上,通过试验验证ABS控制软硬件的正确性。课题通过对汽车动力学的研究分析,采用MATLAB7.0仿真软件搭建了汽车仿真研究的数学模型,包括简化的单轮车辆系统模型、轮胎模型和制动器模型。系统模型输出的轮速信号,通过DDE方式实现仿真数据传输,利用PCI数据采集板卡作为仿真计算机系统与ABS控制器（ECU）的通讯接口。由于仿真实验平台要模拟实际轮速传感器输出的正弦波信号,根据DDS原理,利用VB软件开发的ActiveX控件,开发了可变频正弦波形发生器,使仿真实验平台输出信号为频率与轮速成正比的正弦波。根据现有条件,利用计算机组态王软件搭建了ABS控制器（ECU）软环境,实现ABS ECU硬件的功能。选取逻辑门限值算法为ECU的控制算法,通过逻辑分析比较,判断车轮状态,从而输出相应的控制指令,返回到ABS仿真实验平台。实现了对ABS控制器进行仿真的闭环检测平台。通过ABS仿真试验平台得到的仿真试验数据,验证所开发的ABS仿真检测系统的正确性和可靠性。比较常规制动与防抱制动的不同效果,分析装车道路试验与仿真检测的结果,从而分析影响系统的主要因素,并进行ABS仿真实验平台的修正。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 课题研究综述
• 1.1 前言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 目前ABS 国内外发展现状
• 1.3.1 ABS 的发展方向
• 1.3.2 国内外ABS 及其检测技术的发展历史
• 1.4 计算机仿真技术
• 1.4.1 汽车ABS 硬件半物理仿真平台
• 1.4.2 ABS 模拟试验台的基本分类
• 1.5 课题研究的内容和特点
• 2 汽车电子ABS 原理
• 2.1 ABS 的主要装置
• 2.1.1 速度传感器
• 2.1.2 电子控制器
• 2.1.3 压力调节器
• 2.2 ABS 控制原理
• 2.2.1 防抱死控制的基本原理
• 2.2.2 防抱死控制的控制机理
• 2.3 ECU 控制机理
• 2.3.1 ECU 的控制原理
• 2.3.2 ECU 的控制算法
• 2.4 ABS 控制性能的评价方法
• 2.4.1 道路试验评价测定方法
• 2.4.2 基于制动效率的评价方法
• 2.4.3 基于制动距离的评价方法
• 2.4.4 基于制动性能的评价方法
• 2.4.5 各种评价方法的比较
• 3 动态仿真建模方法
• 3.1 搭建仿真平台的意义
• 3.2 系统模型搭建
• 3.2.1 系统建模方法
• 3.2.2 ABS 建立数学模型的方法
• 3.3 MATLAB 软件平台
• 3.3.1 MATLAB 介绍
• 3.3.2 集成的系统设计环境
• 3.3.3 SIMULINK 动态系统模型
• 3.3.4 SIMULINK 进行车辆动力学系统建模的优点
• 3.4 MATLAB 外部接口方式
• 3.4.1 MATLAB 数据采集工具箱
• 3.4.2 MATLAB COM（组件对象模型）组件
• 3.4.3 MATLAB MEX 文件
• 3.4.4 MATLAB 与Excel 接口
• 3.4.5 MATLAB DDE 接口
• 3.5 MATLAB M 文件
• 3.5.1 脚本式M 文件及其调用
• 3.5.2 函数M 文件及其调用
• 4 DDS 技术实现变频正弦信号
• 4.1 直接数字合成（DDS）介绍
• 4.1.1 DDS 的基本原理
• 4.1.2 DDS 的基本结构
• 4.1.3 相位累加器
• 4.1.4 正弦查询表
• 4.1.5 DDS 调频方法
• 4.1.6 DDS 信号源的性能指标
• 4.1.7 DDS 的优点及局限性
• 4.2 基于DDS 技术的正弦波形发生器设计
• 4.2.1 正弦查询表
• 5 汽车ABS 仿真实验平台的设计与开发
• 5.1 基于汽车电子ABS 仿真实验平台的设计思路
• 5.2 汽车ABS 系统模型的搭建
• 5.2.1 简化的单轮车辆系统子模块
• 5.2.2 轮胎子模块
• 5.3 MATLAB 模型输出与硬件接口
• 5.3.1 MATLAB 通过DDE 方式与组态王通讯
• 5.3.2 M 文件实现仿真实验平台数据传输
• 5.4 组态王环境实现仿真结果的传输
• 5.4.1 组态王中DDE 的使用方法
• 5.4.2 组态王硬件接口
• 5.4.3 仿真实验平台组态王环境
• 5.4.4 利用VB 创建ActiveX 控件
• 5.5 ABS ECU 软环境
• 5.5.1 ECU 控制算法选取
• 5.5.2 典型的逻辑门限值控制过程
• 5.5.3 逻辑门限值控制算法相关参数
• 5.5.4 控制量的选择
• 5.6 仿真结果分析
• 5.7 课题目前存在的问题
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢