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摘 要：在参考国内外大量文献的基础上，文章建立了ABS制动防抱死系统的单轮模型，对现代ABS防抱死制动系统的不起作用过程和起作用过程进行了仿真分析，并运用MATLAB语言编制了汽车制动过程的仿真软件，结合具体数据对汽车制动过程进行了仿真。仿真结果表明，文章建立的汽车制动系模型是可靠的、准确的，可为汽车制动系的设计提供理论参考。
关键词：制动系统；防抱死制动系统；仿真
中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）9-0003-03
近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，车辆制动系统的重要性表现得越来越明显，众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血；另一方面，随着科技的不断发展，计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各种设计领域，汽车设计也不例外。在汽车设计中使用动力学仿真可以在设计阶段预测产品性能，改善产品的结构，同时也能够评价已有产品的质量、性能等，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。目前，在国际上对汽车的开发设计和性能预测的要求越来越精确，要求新产品（新车型）的开发周期越来越短。那么，传统的开发设计方法已不适应这些要求，而仿真软件设计正是解决这些问题的。
1 ABS防抱死制动系统建模
1.1 单轮模型
2 ABS防抱死系统仿真
2.1 ABS不起作用的制动过程
在分析ABS之前，先分析ABS不起作用时的制动过程，根据单轮模型、轮胎模型和制动器模型，汽车的制动控制过程可以细化成如图2所示的流程。
当驾驶员踩下制动踏板，制动器开始起作用，这时制动器模型和轮胎模型分别将制动力矩和地面附着系数传给单轮模型，单轮模型计算出车轮的角速度，并把这个角速度传给滑动率模型，滑动率模型在得到前时刻的汽车车身速度，计算出此时的滑动率，然后将滑动率传给轮胎模型，轮胎模型一方面计算出车身的减速度，为计算下一时刻的车速做准备，另一方面将得出的地面附着系数传给下次仿真的轮胎模型，这样不断的作用，直到车身速度为0，汽车制动完成。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图3所示。
程序的界面设计如图4所示。软件输出的主要结果有：车身速度——时间关系曲线、车轮角速度——时间关系曲线、车轮速度——时间关系曲线、滑动率——时间关系曲线、制动力矩——时间关系曲线。
下面就以某辆货车为例，仿真汽车的制动过程。使用的主要参数见表1：
通过MATLAB仿真，很快可以得出没有ABS制动仿真结果。如图5和6所示，从图中可以看出，汽车的车轮很快就抱死，滑动率迅速上升到1，此后汽车车轮抱死向前滑移，直到整车速度为零；整个制动过程用了6.7334 s，制动的距离为100.005 m。
2.2 ABS由滑动率控制的制动过程
这种ABS控制方式是在上述介绍的常规制动的基础上，通过电子控制单元（ECU），使控制参数滑动率和输入制动力矩之间形成一定的控制关系，这种控制方式的ABS具体的控制原理图，如图7所示。
分析这种ABS的控制过程，ABS能够不断对滑动率进行收集信息，时刻监视车轮的旋转情况，若车轮的滑动成分太多，ECU发出降低制动压力控制信息，减小制动器制动力矩，使车轮的角速度不至于减少得太多，防止车轮抱死，同时可提高地面利用率；若车轮的滑动成分适中或太小，ECU发出保持或增加制动压力控制信号，保证最佳的制动器制动力矩和地面利用率。这种动态的制动器控制模型能够很好防止车轮抱死，保持汽车始终在最佳制动状态，直到制动完成。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图8所示。
仍使用上述货车进行仿真分析，程序仿真的数据见表2：
通过MATLAB仿真，很快可以得出单参数控制的ABS制动仿真结果，如图9和10所示。从图中可以看出，汽车在制动初期，汽车的速度下降得很稳定，但是到制动后期，车速比较低时，车轮迅速抱死，滑动率很快达到1，此后汽车采用常规制动到停车。整个制动过程用了4.6953 s，制动的距离为66.3542 m。
2.3 ABS由滑动率和车轮加、减速度控制的制动过程
这种ABS控制方式，是在上述介绍的单参数控制的ABS的基础上将车轮的角加、减速度信息也传给ECU，ECU掌握更全面的车轮信息，可以对制动器给出更为理想的控制信息，这种方式的控制原理图，如图11所示。
分析这种理想的ABS控制过程，就是在上述ABS制动过程中，同时时刻监视制动车轮的角加、减速度，若制动车轮的角减速度过大，会向制动器发出降压命令；若制动车轮的角加速度过大，会向制动器发出增压命令。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图12所示。
仍使用上述货车进行仿真分析，程序数据见表3。
通过MATLAB仿真，很快可以得出三参数控制的ABS制动仿真结果，如图13和14所示。从图中可以看出，汽车的制动过程非常理想，整个制动的滑动率都保持在最佳水平的上下，整个制动过程用了4.1285 s，制动的距离为60.942 m。
3 结 语
ABS制动明显比常规制动要好得多，仿真结果表明装有ABS的汽车在同等条件下比不装ABS的汽车的制动距离减少了33.64%，制动时间减少了30.26%；而三参数控制的ABS比不装ABS的汽车的制动距离减少了38.68%，制动时间减少了39.05%。
参考文献：
[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 鲁道夫.汽车制动系统的分析与设计[M].北京：机械工业出版社，1985.
[3] 方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.
关键词：制动系统；防抱死制动系统；仿真
中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）9-0003-03
近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，车辆制动系统的重要性表现得越来越明显，众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血；另一方面，随着科技的不断发展，计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各种设计领域，汽车设计也不例外。在汽车设计中使用动力学仿真可以在设计阶段预测产品性能，改善产品的结构，同时也能够评价已有产品的质量、性能等，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。目前，在国际上对汽车的开发设计和性能预测的要求越来越精确，要求新产品（新车型）的开发周期越来越短。那么，传统的开发设计方法已不适应这些要求，而仿真软件设计正是解决这些问题的。
1 ABS防抱死制动系统建模
1.1 单轮模型
2 ABS防抱死系统仿真
2.1 ABS不起作用的制动过程
在分析ABS之前，先分析ABS不起作用时的制动过程，根据单轮模型、轮胎模型和制动器模型，汽车的制动控制过程可以细化成如图2所示的流程。
当驾驶员踩下制动踏板，制动器开始起作用，这时制动器模型和轮胎模型分别将制动力矩和地面附着系数传给单轮模型，单轮模型计算出车轮的角速度，并把这个角速度传给滑动率模型，滑动率模型在得到前时刻的汽车车身速度，计算出此时的滑动率，然后将滑动率传给轮胎模型，轮胎模型一方面计算出车身的减速度，为计算下一时刻的车速做准备，另一方面将得出的地面附着系数传给下次仿真的轮胎模型，这样不断的作用，直到车身速度为0，汽车制动完成。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图3所示。
程序的界面设计如图4所示。软件输出的主要结果有：车身速度——时间关系曲线、车轮角速度——时间关系曲线、车轮速度——时间关系曲线、滑动率——时间关系曲线、制动力矩——时间关系曲线。
下面就以某辆货车为例，仿真汽车的制动过程。使用的主要参数见表1：
通过MATLAB仿真，很快可以得出没有ABS制动仿真结果。如图5和6所示，从图中可以看出，汽车的车轮很快就抱死，滑动率迅速上升到1，此后汽车车轮抱死向前滑移，直到整车速度为零；整个制动过程用了6.7334 s，制动的距离为100.005 m。
2.2 ABS由滑动率控制的制动过程
这种ABS控制方式是在上述介绍的常规制动的基础上，通过电子控制单元（ECU），使控制参数滑动率和输入制动力矩之间形成一定的控制关系，这种控制方式的ABS具体的控制原理图，如图7所示。
分析这种ABS的控制过程，ABS能够不断对滑动率进行收集信息，时刻监视车轮的旋转情况，若车轮的滑动成分太多，ECU发出降低制动压力控制信息，减小制动器制动力矩，使车轮的角速度不至于减少得太多，防止车轮抱死，同时可提高地面利用率；若车轮的滑动成分适中或太小，ECU发出保持或增加制动压力控制信号，保证最佳的制动器制动力矩和地面利用率。这种动态的制动器控制模型能够很好防止车轮抱死，保持汽车始终在最佳制动状态，直到制动完成。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图8所示。
仍使用上述货车进行仿真分析，程序仿真的数据见表2：
通过MATLAB仿真，很快可以得出单参数控制的ABS制动仿真结果，如图9和10所示。从图中可以看出，汽车在制动初期，汽车的速度下降得很稳定，但是到制动后期，车速比较低时，车轮迅速抱死，滑动率很快达到1，此后汽车采用常规制动到停车。整个制动过程用了4.6953 s，制动的距离为66.3542 m。
2.3 ABS由滑动率和车轮加、减速度控制的制动过程
这种ABS控制方式，是在上述介绍的单参数控制的ABS的基础上将车轮的角加、减速度信息也传给ECU，ECU掌握更全面的车轮信息，可以对制动器给出更为理想的控制信息，这种方式的控制原理图，如图11所示。
分析这种理想的ABS控制过程，就是在上述ABS制动过程中，同时时刻监视制动车轮的角加、减速度，若制动车轮的角减速度过大，会向制动器发出降压命令；若制动车轮的角加速度过大，会向制动器发出增压命令。
将上述理论用MATLAB的SIMULINK仿真模块实现，具体仿真过程如图12所示。
仍使用上述货车进行仿真分析，程序数据见表3。
通过MATLAB仿真，很快可以得出三参数控制的ABS制动仿真结果，如图13和14所示。从图中可以看出，汽车的制动过程非常理想，整个制动的滑动率都保持在最佳水平的上下，整个制动过程用了4.1285 s，制动的距离为60.942 m。
3 结 语
ABS制动明显比常规制动要好得多，仿真结果表明装有ABS的汽车在同等条件下比不装ABS的汽车的制动距离减少了33.64%，制动时间减少了30.26%；而三参数控制的ABS比不装ABS的汽车的制动距离减少了38.68%，制动时间减少了39.05%。
参考文献：
[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 鲁道夫.汽车制动系统的分析与设计[M].北京：机械工业出版社，1985.
[3] 方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.