10710116-陈凯-汽车防抱死制动系统中的力学分析-许成科

汽车防抱死制动系统中的力学分析物理与电子信息科学系物理学专业10710116陈凯指导老师：许成科摘要:随着汽车行业高速的发展，汽车安全已越来越受到重视，汽车防抱死制动它的主要作用是在汽车紧急制动时，防止车轮抱死，提高汽车制动的稳定性和方向的可控性，缩短制动距离，延长轮胎寿命。本文首先阐述了汽车防抱死制动系统的发展状况，引出其研究的意义，介绍了其工作原理，然后根据流体力学利用拉氏变换对液压制动系统进行分析得出其传递函数，并根据滑移率与附着系之间的关系分析出最小的制动安全距离，最后还分析了汽车制动时轴水平、上坡以及下坡时的受力情况。关键词:汽车防抱死制动系统；流体力学；最小安全距离；轴目录1.引言.....................................................................................................................................（1）1.1课题研究的背景.................................................................................................................（1）1.2课题研究的意义.................................................................................................................（2）2.汽车防抱死制动系统作的工作原理..........................................................................（3）2.1理想的制动系统.................................................................................................................（3）2.2ABS系统的工作过程.........................................................................................................（4）2.2.1常规的制动过程..............................................................................................................（4）2.2.2减压过程.........................................................................................................................（5）2.2.3保压过程.........................................................................................................................（5）2.2.4增压过程.........................................................................................................................（6）3.汽车防抱死制动系统中的力学分析.........................................................................（6）3.1ABS液压系统研究分析.....................................................................................................（6）3.1.1线性定常系统的数学模型..............................................................................................（7）3.1.2驱动机构模型的建立......................................................................................................（7）3.1.3车轮的制动模型..............................................................................................................（9）3.2安全距离的研究分析.......................................................................................................（10）3.2.1车辆制动过程的动力学模型........................................................................................（11）3.2.2车辆行驶最小安全距离的确定....................................................................................（12）3.3.ABS汽车制动时轴的受力分析........................................................................................（15）3.3.1制动时车轮受力分析....................................................................................................（15）3.3.2汽车水平制动受力分析................................................................................................（16）3.3.3汽车下坡制动受力分析................................................................................................（18）3.3.4汽车上坡制动受力分析................................................................................................（19）4.结论..................................................................................................................................（20）参考文献..............................................................................................................................（21）致谢..........................................................................................................................................(23）11.引言1.1课题研究的背景汽车防抱死制动系统(anti-lockbrakingsystem)简称ABS，它是国家十五规划中重点发展的汽车电子产品，主要的作用就是在汽车紧急制动时，防止车轮抱死，提高汽车制动的稳定性和方向的可控性，缩短制动距离，延长轮胎的使用寿命。国内研究ABS虽然起步晚较晚，也取得了一定的成果。比如在ABS的气压方面，国内企业已经取得了一定的发展规模。而液压ABS，由于技术难度较大，国外技术成果封锁严密，国内企业暂时还不能独立的生产，但在液压ABS方面我们也在不断努力的做自主研究，决心突破国外跨国公司的技术壁垒，而且也取得了一定的新的进展和突破。比如清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统(ABS)“九五”国家科学技术攻关课题，在ABS控制理论和方法、电子系统控制单元、液压系统控制单元、开发装置和匹配技术等关键技术方面均取得了重大成果。采用的耗散功理论，去除了过去逻辑门规定值的研究技术的局限性，理论取得较大突破，成功地让ABS研发进入结构化，生产批量阶段。在南京其式样全面达到了国家标准(GB12676-1999)欧洲法规EECR13的要求在IVECO轻型客车上使用。对提高国内汽车产业和汽车零件，有夸时代的意义，代表着国内的液压汽车系统技术有了质的飞越。国内的液压ABS技术含量相比国外虽有一定的差距，但是在政府大力支持和国内丰富人力资源配合下，相信国内能再较短的时间内在ABS技术的某些领域赶超国际水平。在国外，当我们进入90年代后，ABS不断与时俱进发展成熟，控制的精度，和原理不停地提高。目前很多发达国家已广泛运用制动技术而且比较成熟国家对于这一块的资金投入也比较大，防抱死装置变为汽车必需物品已经在很多种类型的车上使用成功。现在南美和东欧85%左右的各种大型客车与小型的运车制动系统的安装率达到了，普通轿车的ABS装备率大约在65%以上，制动系统安装为100%的货车输送危险物品。制造制动装置的企业有：博世德国公司(SCHBO)日、欧、韩、美国采用较多：德科美国公司(LCDE),韩国的大宇和美国的通用汽车采用：本迪克斯美国公司(BENELX)，美国的克莱斯勒车运用：还有德国载维斯公司(STEVEH)、德国的瓦布科(OWABC)、凯尔西海斯美国公司(SKELSEYAYE)等，他们的防抱死装置应用广泛，而且还不断地进展、升级与换代[1]。21.2课题研究的意义传统的制动控制系统主要的控制特点是能均匀地分配油液压力，踏下制动板时，定量的油液被主缸送回到制动器缸轮中，再用一个比率阀让前后达到平衡，但制动器或别的制动系统则是按照每个ABS需要来进行油液压力的调节，当前ABS装置已经发展成为比较完善的产品，并且得到广泛的应用在很多车上，问题是这些装置基本都建立在车轮加、门限的减速与利用滑移率的方法来设计，方法实用且简单，但其调试较比较困难，车辆需不同则需要不同的技术来匹配，然后加以验证在不一样的路上。制动控制系统的重要问题在于控制的稳定性，即系统的鲁棒性(robustness),应保证在各种情况下制动系统的控制作用不消失，防抱死系统要求更高的可靠行，否则会导致人身伤亡和车辆损坏。因此，发展鲁棒性的ABS系统成为关键所在。目前，成熟的鲁棒性制动系统应用到制动的控制逻辑里，除传统方法的逻辑门限以外，鲁棒系统控制是用的较多的，包括PID增益控制调度、变动控制与模糊控制，基于滑移率作为目标的连续系统控制是目前最常所用的。控制模糊法是建立经验的规则和控制，和模型系统没关系。拥有较好的灵活性在鲁棒性和规则的控制上，但调整参数比很困难，且无在理论上没公式定理，大多上是用试凑的方法，然而对大多数建立在目标值的控制来说，控制是有规律的[2]。另一方面，目前几乎所有