答辯報告-熊五沅課件

ABS汽車制動性能模擬計算與評價研究姓名：熊五沅學院：機電工程學院專業(yè)：車輛工程導師：李駿教授日期：2012年12月23日華東交通大學碩士學位論文答辯報告主要內容一、課題來源二、研究現(xiàn)狀三、研究的目的與意義四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理五、ABS汽車制動性能理論模型與計算六、ABS汽車制動性能模擬分析與評價七、取得的成果與展望一、課題來源

本文課題來源于江西省交通廳科技項目(2010T0048)“事故車輛檢測鑒定技術與規(guī)程研究”。

二、研究現(xiàn)狀目前，對于裝備ABS的汽車，其制動性能的理論研究主要集中在兩個方面：一是側重于控制算法或策略對ABS車輛制動性能的比較研究；

二是應用動力學建模的方法，借助軟件進行仿真分析。

很少有文獻涉及到汽車ABS性能在制動胎印上的分析與討論。三、研究的目的與意義

研究的目的：

在路上我們經常可以看到如圖所示的ABS汽車制動胎印。

汽車ABS的性能好壞有差異，制動時在道路上留下的胎印也不同。本文通過建立ABS汽車制動性能理論計算公式和設置滑動率與顏色深淺的關系，獲得依據制動胎印對ABS汽車制動性能進行評價的方法，從而對ABS汽車制動性能進行評價分析。研究的意義：

理論意義：豐富了汽車制動性能評價的理論研究。

實踐意義：有助于檢測機構對ABS汽車的制動性能進行評價及進行道路交通事故分析。三、研究的目的與意義四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理1）

ABS的組成（2.2節(jié)）

2）ABS的類型（2.3節(jié)）4）

典型ABS系統(tǒng)（2.5節(jié)）

3）ABS工作原理及過程（2.4節(jié)）

汽車防抱死制動系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，除原有的傳統(tǒng)常規(guī)制動裝置外，一般都是由傳感器、電子控制單元和制動壓力調節(jié)器三部分組成。四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理

ABS的組成（2.2節(jié)）ABS系統(tǒng)主要組成及其功能，如下表所示：ABS系統(tǒng)主要組成組成元件元件功能輪速傳感器檢測車輪轉速，給ECU提供輪速信號，各種控制方式均適用制動壓力調節(jié)器受ECU控制，在可變容積式制動壓力調節(jié)器的控制油路中建立控制油壓；在循環(huán)式制動壓力調節(jié)器調節(jié)壓力降低的過程中，將由輪缸流出的制動液經蓄能器泵壓回主缸，以防止ABS工作時制動踏板行程發(fā)生變化電子控制單元ECU接收車速、輪速、減速等傳感器的信號，計算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并將這些信號加以分析、判別、放大，由輸出級輸出控制指令，控制各種執(zhí)行器工作

針對ABS系統(tǒng)按照傳感器的數(shù)量和控制通道數(shù)目，可以分為七種型式，它們的性能比較如下表所示：四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理ABS的類型（2.3節(jié)）類型性能四傳感器四通道／四輪獨立控制制動距離和操縱性最好，不對稱路面上制動穩(wěn)定性較差.易跑偏四傳感器四通道／前輪獨立—后輪選擇控制操縱性、穩(wěn)定性較好，制動效能稍差。四傳感器三通道/前輪獨立—后輪低選擇控制操縱性、穩(wěn)定性較好，制動效能稍差。三傳感器三通道／前輪獨立-后輪低選擇控制操縱性、穩(wěn)定性較好，制動效能稍差四傳感器二通道／前輪獨立控制后輪制動力稍有降低，效能稍有下降后輪側滑較大。四傳感器二通道／前輪獨立—后輪選擇控制接近三通道或四通道系統(tǒng)的控制效果制動效能稍差一傳感器一通道／后輪近似低選擇控制對前輪無控制，易抱死，轉向操縱性差，制動距離較長。四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理ABS工作原理及過程（2.4節(jié)）ABS工作原理（2.4.1節(jié)）

ABS基本原理是通過傳感器將采集的信號傳送到電子控制裝置，根據這些信號判斷車輪的運動狀態(tài)（車輪減速度太快，或者是車輪即將抱死），然后發(fā)送信號到液壓調節(jié)器，液壓調節(jié)器根據信號來自動調節(jié)油壓（作用，保持，釋放，重新作用）。液壓調節(jié)器對制動壓力的調節(jié)每秒可以出現(xiàn)10次以上。四、防抱制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理

ABS工作原理及過程（2.4節(jié)）ABS工作過程（2.4.2節(jié)）

典型ABS系統(tǒng)（2.5節(jié)）

介紹了奧迪200汽車、奇瑞汽車、通用汽車的ABS系統(tǒng)。

ABS工作過程可以分為常規(guī)制動階段、制動壓力保持階段、制動壓力減小階段和制動壓力增大階段。五、ABS汽車制動性能理論模型與計算1）通過汽車理論，得到汽車制動性能的理論計算公式。2）在課題組的研究基礎上，細化了ABS汽車制動性能理論計算模型（引入時間變量，可以體現(xiàn)各參數(shù)在制動過程中隨時間的變化）。五、ABS汽車制動性能理論模型與計算1）汽車理論計算公式（3.2節(jié)）計算模型（3.2.1節(jié)）

汽車的制動過程可以分為四個階段:駕駛員反應階段（t1）、制動器起作用階段（t2）、持續(xù)制動階段（t3）和放松制動器階段（t4）。制動距離是指開始踩著制動踏板到完全停車的距離，包括制動器起作用和持續(xù)制動兩個階段中汽車駛過的距離

。五、ABS汽車制動性能理論模型與計算1）汽車理論計算公式（3.2節(jié)）計算公式（3.2.2節(jié)）

s-制動距離；t2’-制動系統(tǒng)反應時間

；t2’’-制動器制動力增長時間；abmax-最大制動減速度；u0-起始制動車速。由汽車理論，得到制動距離計算公式：2）ABS汽車制動性能理論計算模型（3.3節(jié)）

制動模型（3.3.1節(jié)）

五、ABS汽車制動性能理論模型與計算裝有ABS的汽車其制動過程與沒有裝備ABS汽車的差別在于持續(xù)制動階段。本文考慮ABS系統(tǒng)參數(shù)對汽車制動性能的影響，即考慮制動器的壓力調節(jié)頻率（ω）和調節(jié)幅值（δ），并用余弦函數(shù)模擬ABS的制動壓力調節(jié)過程，建立ABS汽車制動模型，如圖所示。

五、ABS汽車制動性能理論模型與計算汽車理論（無ABS）計算公式3)在計算公式中引入時間變量t

制動減速度

速度制動距離附著系數(shù)速度制動距離t-持續(xù)制動時間變量。ABS汽車制動性能計算公式五、ABS汽車制動性能理論模型與計算

根據建立的制動性能理論模型，采用MATLAB軟件對所推導的計算公式進行仿真，并對仿真數(shù)據進行分析。

根據前面計算模型中的參數(shù)分析，取重力加速度g=9.8m/s2；制動系統(tǒng)反應時間t2’=0.02s，制動器制動力增長時間t2’’=0.2s；最佳滑動率sp=0.2；仿真頻率為ω=62.8rad/s，制動減速度波動幅值δ=0.5；高附著系數(shù)路面的峰值附著系數(shù)φp=0.8、滑動附著系數(shù)φs=0.7，低附著系數(shù)路面的峰值附著系數(shù)φp為0.4、滑動附著系數(shù)φs為0.3

；取仿真初始車速u0=50km/h（低速）和100km/h（高速），仿真步長為0.01。ABS汽車制動性能計算（3.4節(jié)）

參數(shù)選取

模擬分四種情況進行，包括高附著系數(shù)路面高速制動、高附著系數(shù)路面低速制動、低附著系數(shù)路面高速制動和低附著系數(shù)路面低速制動。典型路面制動性能模擬四種情況的模擬結果如下。（1）

100km/h無ABS制動模擬結果五、ABS汽車制動性能理論模型與計算模擬數(shù)據分析（3.5節(jié)）

參數(shù)高附著系數(shù)（0.8）低附著系數(shù)（0.4）制動時間（s）7.9018.70制動距離（m）59.56134.55（2）

100km/h有ABS制動模擬結果參數(shù)高附著系數(shù)（0.8）低附著系數(shù)（0.4）制動時間（s）3.567.47制動距離（m）54.06108.26（3）

50km/h無ABS制動模擬結果（4）

50km/h無ABS制動模擬結果參數(shù)高附著系數(shù)（0.8）低附著系數(shù)（0.4）制動時間（s）3.859.25制動距離（m）15.7234.47參數(shù)高附著系數(shù)（0.8）低附著系數(shù)（0.4）制動時間（s）1.733.68制動距離（m）14.3227.85五、ABS汽車制動性能理論模型與計算模擬數(shù)據分析（3.5節(jié)）

從上述模擬結果可以看出：高附著系數(shù)路面上制動有ABS的制動時間和制動距離比無ABS的制動結果都有所減少，制動距離減少相對比較小，制動時間的減少比較明顯。50km/h有ABS的制動距離為14.32m，無ABS的制動距離為15.72m，數(shù)據與實際吻合，驗證了計算模型的準確性。六、ABS汽車制動性能模擬分析與評價1)制動痕跡模擬（4.2節(jié)）

2)不同ABS參數(shù)制動痕跡的比較（4.3節(jié)）

3)基于制動痕跡的ABS汽車制動性能評價（4.4節(jié)）

仿真過程：將理論計算得到的制動距離公式、滑動率公式進行模擬，得到制動距離曲線和滑動率曲線，再將得到的制動距離曲線和滑動率曲線進行擬合，得到滑動率-制動距離曲線。通過設置滑動率與顏色深淺的關系，將得到的滑動率-制動距離曲線模擬出ABS汽車的制動痕跡。六、ABS汽車制動性能模擬分析與評價1）制動痕跡模擬（4.2節(jié)）

仿真流程圖五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價1）制動痕跡模擬（4.2節(jié)）

制動痕跡ABS汽車制動痕跡（u0=50km/h、δ=0.5）

在制動痕跡仿真圖中出現(xiàn)的黑白相間的條紋，滑動率越大，制動痕跡顏色越深；滑動率越小，制動痕跡顏色越淺，相間的黑白色條紋代表ABS的一個制動循環(huán)。

本節(jié)主要對不同的制動減速度變化幅值δ（0.25、0.5、0.75），在高附著系數(shù)路面（峰值附著系數(shù)φp=0.8、滑動附著系數(shù)φs=0.7），進行制動痕跡的模擬。仿真初始車速為50km/h、80km/h、100km/h。五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價2）不同ABS參數(shù)制動痕跡的比較（4.3節(jié)）

仿真結果選取相同仿真初始車速、不同制動減速度變化幅值δ的制動痕跡進行比較。（1）仿真初始車速為50km/h，制動減速度變化幅值δ為0.25、0.5、0.75的制動痕跡δ=0.25δ=0.5δ=0.75五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價2）不同ABS參數(shù)制動痕跡的比較（4.3節(jié)）

（2）仿真初始車速為80km/h，制動減速度變化幅值δ為0.25、0.5、0.75的制動痕跡δ=0.25δ=0.5δ=0.75（3）仿真初始車速為100km/h，制動減速度變化幅值δ為0.25、0.5、0.75的制動痕跡δ=0.25五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價2）不同ABS參數(shù)制動痕跡的比較（4.3節(jié)）

總結：ABS汽車制動痕跡隨著制動減速度變化幅值δ的增大，顏色越來越來深。而且同一初始車速汽車的制動距離也不同（如下表所示），表現(xiàn)在汽車ABS的制動性能有差異。初始車速（km/h）δ=0.25的制動距離（m）δ=0.5的制動距離（m）δ=0.75的制動距離（m）5014.1314.3214.518034.6235.1135.6210053.2854.0654.86δ=0.75δ=0.5五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價3）基于制動痕跡的ABS汽車制動性能評價（4.4節(jié)）

（1）根據制動痕跡推算制動初速度

（2）根據制動痕跡計算ABS的調節(jié)頻率

（3）根據制動痕跡估算車輪滑動率的變化范圍五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價3）基于制動痕跡的ABS汽車制動性能評價（4.4節(jié)）

（1）根據制動痕跡推算制動初速度常規(guī)制動汽車起始制動車速ABS汽車起始制動車速（km/h）（km/h）計算公式五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價基于制動痕跡的ABS汽車制動性能評價（4.4節(jié)）

1、無ABS轎車道路試驗檢測結果如下表。車型試驗初速度（km/h）制動距離（m）制動協(xié)調時間（s）MFDD（m/s2）偏移量（m）制動時間（s）本田5316.60.2808.58未超出規(guī)定2.7

根據實驗數(shù)據，確定參數(shù)值代入計算公式進行計算，得到初速度u0為54.9km/h。與道路試驗初速度53km/h比較，誤差為3.6%，這樣的誤差在研究過程中屬于合理的誤差范圍，從而驗證了理論計算方法是正確可行的。案例計算選取一輛無ABS的轎車和裝有ABS的某乘用車在混凝土路面直線制動的道路試驗結果與理論計算結果進行比較。把數(shù)據代入計算公式中計算，得到初速度u0為51.2km/h。與道路試驗初始速度46.1km/h相比，誤差為11.1%，對于理論研究來說這樣的誤差在合理范圍內，驗證了理論計算方法是合理可行的。五、ABS汽車制動性能模擬分析與評價基于制動痕跡的ABS汽車制動性能評價（4.4節(jié)）

2、有ABS乘用車道路試驗檢測結果如下表（部分）。時間（s）減速度（m/s2）時間（s）減速度（m/s2）時間（s）減速度（m/s2）0.0400.180.3606.850.6807.510.0800.520.4007.350.7206.770.1200.120.4408.330.7606.470.1600.390.4809.200.8006.010.2000.360.5208.840.8405.720.2400.340.5608.800.8806.090.2804.120.6008.580.9206.070.3206.150