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1、分类号 编 号 毕 业 论 文题目 汽车防抱制动系统的建模与仿真模糊控制在 ABS 中的应用学 院 机械学院专 业 机械设计制造及其自动化毕 业 设 计 任 务 书设计题目：汽车防抱制动系统的建模与仿真专 业：机械设计制造及其自动化班级学号： 姓 名: 院、系： 机 械 学 院 2010 年 2 月 26 日一、毕业设计的目的毕业设计是本科教育中培养学生的重要的实践性教学环节，也是最后一个教学环节。其目的：1. 培养学生综合运用基础理论知识、专业知识和技能，解决工程实际问题的能力；2. 培养学生运用机械设计手册、图册、国家标准规范和规程的能力；3. 培养学生学会机械设计的思想、方法和步骤，掌握
2、计算方法、掌握计算机绘图及编写工程设计文件等基本技能；4. 提高学生分析问题、解决问题和独立工作的能力。二、主要设计内容1. 专业外文资料翻译；2. 毕业实习，实习报告；3. 开题报告；4. 汽车防抱制动系统的建模与仿真。三、重点研究问题1. 汽车防抱制动系统的车辆仿真模型的建立；2. 采用的控制方法模型的建立；四、主要技术指标和主要设计参数1收集资料确定一个自己的设计参数，在查阅资料后确定下来。2控制方法根据所查找文献自己确定。五、设计成果要求1. 开题报告 1 份(要求 3 000 字左右、查阅文献 10 篇以上、文献综述引用 5 篇以上，样表从教务处表格下载中下载)；2. 实习报告 1
3、份；3. 专业外文资料翻译 1 篇 (不少于 2 000 汉字)；4. 毕业设计（论文）1 份 (设计说明书应在 10000 字以上，论文应在 6000 字以上，包括封面、任务书、开题报告、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录)；5. 设计图纸一套（不少于 A0 图 2 张） ；6. 所有内容电子文档一套；7. 毕业论文成果材料清单一份。华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告2010 年 03 月 30 日学生姓名学号 专业机械设计制造及其自动化题目名称汽车防抱死制动系统的建模与仿真课题来源自 选主要内容一本课题设计的目的与意义本课题为汽车防抱制动系统的建模与仿真 ，要求我们收集资料自己确定
4、一个设计参数，并查阅相关文献选择一种 ABS 的控制方法。而后分别对系统和所选控制器进行建模，并用软件 MATLAB/Simulink 对其进行仿真分析，以验证所选控制方法的可行性。本设计选题有以下目的和意义：1.培养我们综合运用基础理论知识、专业知识和技能解决工程问题的能力；2.培养我们检索查阅相关资料和文献，合理引用其先进理论和方法，并将它们转化为自己的知识储备的能力，为我们以后的进一步发展打下坚实的理论基础；3.培养我们对一般的机械系统分析建模，并熟练运用相关软件对其进行仿真分析的能力；4.培养我们编写工程设计文件的基本技能；5.培养我们学习新知识、接受新事物、发现问题、分析问题，并能解
5、决问题的能力；6.培养我们独立工作的能力。二汽车防抱死制动系统的概述及其发展趋势随着汽车工业、公路建设的迅猛发展，汽车安全性的提高越来越受到各个国家的重视。目前，作为汽车制动安全技术重要体现的汽车防抱死制动系统（ABS）已经安装在各类中高级轿车和载重汽车上。ABS 是一种在制动时能自动调节制动管路压力，使车轮不致抱死，从而避免前轮失去转向能力或后轮侧滑，以提高汽车行驶稳定性、操纵稳定性和制动安全性，并最大限度地利用地面附着力的制动调节系统。ABS 发展至今，其产品结构已趋于成熟。目前，国内外的研究机构主要把精力放在如何提高 ABS 各方面的性能指标上。预计今后的 ABS 产品将会往以下几个方面
6、发展：1.ABS 控制方法的优化：一是扩大控制范围，增加控制功能；二是采用现代控制理论，实施伺服控制和高精度控制。目前，ABS 产品广泛采用的是以加、减速度和滑移率为控制参数的门限值控制算法，其缺点是控制逻辑比较复杂，调试困难，缺乏理论依据，开发周期长，互换性不佳，需要大量实车匹配试验等2.减小体积和质量，提高集成度以降低成本，简化安装工作。ABS 作为附加的安全装置，会增加整车重量并占据安装空间，对燃油经济性不利。减小 ABS 体积的主要途径就是优化结构设计，提高集成度。3.ABS 和 ASR（驱动防滑转系统）一体化。ABS 的功能是当汽车制动时防止车轮抱死，ASR 的功能是当汽车驱动时防止
7、车轮过分滑转；ABS 是为了缓解过分的制动，ASR 则是对滑转的车轮施加一定程度的制动。两者都是通过控制车轮的滑移率，使汽车获得较大的纵向力和侧向力，且都能在低附着路面上充分体现它们的作用，所以可以将二者有机地结合起来。4.汽车动态控制系统（VDC）的出现。将 ABS/ASR 与电子全控式或半控式悬挂、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等行驶系统和动力传动系统在结构和功能上有机地结合起来，可以保证汽车行驶的方向稳定性和动态稳定性。三ABS 的基本构成及工作原理ABS 通常由车轮轮速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和 ABS 警示灯等组成。在不同的 ABS 系统中，制动
8、压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同。1. 车轮轮速传感器轮速传感器可以测出车轮上与驱动轴共同旋转的齿圈数，然后产生与车轮轮速成正比的交流信号，从而测量出车轮的转速。目前，用于 ABS 系统的轮速传感器主要有磁电式传感器和霍尔式传感器两种。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将物体的转动速度转换成感应电动势来测量车轮速度的。因此，在电控防抱死制动系统中使用的多数为磁电式轮速传感器。2.制动压力调节装置制动压力调节器是汽车制动系统中电子控制单元的执行器，其作用是根据电子控制装置 ECU 的指令，控制压力调节器中电磁阀的动作，适时地调节制动系统管路中
9、的液压或气压，实现控制车轮制动器中压力的增减或保持，达到调节制动力矩的目的。制动压力调节器主要有真空式、液压式、机械式、气压式和空气液压加力式等几种形式。3.电子控制装置电子控制单元是整个 ABS 系统中的控制中枢，它接收车轮轮速传感器送来的信号，计算出车轮制动时车轮的转速、车速、滑移率及车轮加减速度等值，并对其进行比较、分析和判断。然后，向制动压力调节装置发出控制指令，使其产生最合适的制动压力，控制车轮的转速，将滑移率保持在最佳值附近，从而防止车轮抱死。四本课题相关软件的介绍建立了车辆各个部分的数学模型之后，利用这些数学模型之间的相互联系，在给出初始条件的情况下对其进行数值求解，就可以得到汽
10、车在不同时刻的运动参数。一般的数值求解可以利用专门用于数值计算的软件，本课题使用的是美国Math Works 公司出品的用于科学计算的 MATLAB 软件，以及它所提供的在 MATLAB环境下运行的仿真系统工具包 Simulink。作为一种图形化界面的仿真建模软件，基于 MATLAB 语言环境的 Simulink 软件用户界面友好，操作方便，是目前工程界常用的仿真工具。Simulink 可以将数学模型通过图形化的方式直观的表达出来，并通过其内部的数值求解器进行求解，在仿真中使用 Simulink 是十分方便的。Simulink 免去了程序代码编程带来的低效与繁琐，既可用于动力学模拟也适用于控制
11、系统的设计。各种功能模块化，可以直接用鼠标拖放模块，建立信号连接进行建模。它是以模块进行建模，控制系统和控制对象可以分别进行建模，每个子模块的参数可以单独修改，不影响其它模块的运行，从而给系统的扩展带来了方便。由于被控对象的模块化、标准化，采用不同的控制模块可以对比不同控制方式的优劣，从中选择最佳的控制算法。目前，Simulink 软件由于其自身的众多优点，已经被汽车行业作为系统建模和控制仿真的首选之一。五本课题相关控制方法的介绍本课题采用的是基于模糊控制的 ABS 算法。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。其基本思想是利用计算机来实现人的控制经验
12、，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制器获得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特点：1.模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，便于应用。2.由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态性不易掌握或变化性非常显著的对象非常适用。3.基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异。但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制
13、规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。4.模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。5.模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。采取的主要技术路线或方法1.查阅相关文献和资料，确定防抱制动系统的总体结构和主要术参数。2.根据所查的参考文献，建立系统的车体模型、轮胎模型和制动系统模型。 3.仔细阅读和分析相关文献和资料后，选择一种合适的控制方法，并建立一种可行的控制器模型。本文所选的是基于滑移率的 ABS 控制算
14、法和基于模糊控制理论的模糊控制器。4.用 MATLAB/Simulink 软件分别对不带 ABS 的系统和带自行设计的模糊控制器的系统进行制动仿真分析，根据对比结果验证 ABS 的必要性和安全性。然后，再分别对装有自行设计的模糊控制器的系统在不同附着系数的路面上进行制动仿真分析，验证 ABS 的可靠性和适用性。预期的成果及形式1.在设计初期阶段进行认真调研，在查阅相关文献、充分理解课题内容和要求的基础上，写出 3000 字左右的开题报告。2.在设计初期进行毕业实习，实习时间为一周左右。实习结束后对实习过程进行总结，并提交不少于 2000 字的实习报告。3.不少于 2000 汉字的英文资料翻译。
15、4.在毕业设计后期，提交毕业论文一本和设计图纸一套。5.所有内容电子文档一套，毕业论文成果材料清单一份。时间安排第 1-2 周，翻译英文资料，检索查阅与 ABS 相关的文献和资料。第 3 周，仔细阅读和分析相关文献和资料，撰写开题报告。第 4 周，去西安实习，结束后撰写实习报告。第 5-6 周，建立系统的车体、轮胎和制动系统的模型，熟悉控制方法并建立控制器的模型。第 7-12 周，熟悉 MATLAB 软件，并对系统从不同的角度进行仿真分析，得出正确的结论。第 13 周，编写设计说明书。第 14 周，修改设计说明书，并将其按顺序装订成册。第 15 周，充满信心地进行毕业答辩。指导教师意见签名：年
16、 月 日备注参考文献1. 陈家瑞，马天飞 汽车构造(第五版) 北京：人民交通出版社 20062. 余志生 汽车理论 北京： 机械工业出版社 20053. 周志立 汽车 ABS 原理与结构 北京： 机械工业出版社 20054. 姚俊 ，马松辉 Simulink 建模与仿真【M】 西安： 西安电子科技大学出版社 20035. 黄巨成， 陈志鹏 MATLAB/Simulink 在汽车防抱死系统仿真分析中的应用【M】 CAD/CAM 与制造业信息化 2008， （10）6. 安永东， 杜嘉勇 ，罗萌 基于 Simulink 的汽车 ABS 建模与仿真 【J】 黑龙江工程学院学报（自然科学版） 2008
