基于CarSim與Simulink車輛防抱死系統仿真分析

姜宏霞 劉垚均 張涵

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

汽車防抱死系統（簡稱ABS），是通過傳感器檢測車輪每一瞬時運動狀態，自動控制制動力的大小，防止車輛出現抱死現象，保證車輛與地面處于最大的附著力，尤其是車輛處于不同摩擦系數路面，ABS系統可以明顯的維持方向盤穩定性和縮短制動距離，有效提高行車安全。

由于ABS系統應用日趨廣泛，且只能通過主觀評價去測評ABS對整車的性能影響，調試周期長，效率低，故對ABS控制模塊的研究及其在整車緊急制動仿真工況中的模擬尤為重要。

2 汽車防抱死系統結構及控制策略

2.1 ABS系統結構組成

ABS系統主要由傳感器、電子控制裝置和執行器三個部分組成。其系統原理結構圖如圖1所示，車速傳感器分別安裝前后四個車輪上，當ABS啟動工作時，ECU接收車輪輪速信息，各個車輪的制動壓力 通過ECU根據各個車輪的速度來控制，車輪液壓控制單元接受控制信號對車輪分泵的壓力進行調節。

2.2 ABS工作原理

ABS的工作原理是依靠車速傳感器和輪速傳感器檢測車速和輪速狀態，并由電子控制單元計算出實際的車輛滑移率，再通過電磁閥增減制動器的制動力，來控制汽車在車輪緊急制動過程中的實際運動狀態，從而使車輪始終保持在最佳的緊急制動狀態下，獲得最佳制動效果[1]。

2.3 ABS控制策略

在制動主缸/輪缸壓力和車速/輪速控制模塊中寫入ABS的PID控制策略，其策略是以緊急制動時輪胎所期望達到的滑移率為控制目標，通過輪速與車速傳感器收集汽車車速、轉速信號，同時計算出各車輪輪胎滑移率，并與期望目標滑移率進行比較分析，計算出二者的偏差，并將其輸入量輸入給PID控制器，在控制的過程中不斷的調整PID各個參數值，從而使得制動力大小、實際滑移率也相應改變，反復調節控制參數，最終使實際滑移率處于最佳滑移率附近[2]，使汽車在最佳滑移率所對應的地面制動力下進行制動。

圖1 ABS系統結構圖

3 建立基于CarSim與Simulink聯合仿真模型

3.1 建立CarSim整車模型，

建立的CarSim整車模型如下圖2所示。

3.2 建立CarSim與Simulink聯合仿真的模型

3.2.1 創建緊急制動仿真工況

參數設置按照以下步驟進行：

（1）速度控制

輸入初始速度65km/h。

（2）制動控制

輸入時間與制動壓力的關系曲線，設置0.2s后緊急制動。

（3）路面軌跡

選擇對開路面，選擇Ground and Roads->Road：3D Surface（All Properties）->straight ->split mu。

（4）仿真時間

輸入仿真開始0s和結束時間10s。

（5）建立結果輸出變量

添加輸出變量：側向加速度、轉向盤轉角、橫擺角速度、車速、車身側傾角、輪速等。

3.2.2 建立CarSim與Simulink的導入導出變量

（1）創建CarSim導入變量

定義CarSim導入變量：IMP_PBK_L1、IMP_PBK_R1、IMP_PBK_L2、IMP_PBK_R2，其參數分別為四個車輪的輪缸壓力Mpa。

圖2 CarSim整車模型

（2）創建CarSim導出變量

定義CarSim的導出變量：Vx_L1、Vx_R1、Vx_L2、Vx_R2、 Vx_SM、Pbk_Con其參數分別為四個車輪輪速km/h，汽車質心處的速度km/h、 主缸壓力的控制輸入MPa。

3.3 運行CarSim與Simulink聯合仿真模型

在制動主缸及輪缸壓力控制模塊和車速及輪速控制模塊中對ABS控制策略進行修改并運行，如圖3所示。

4 仿真結果分析

在針對車輛防抱死制動系統測試的雙路面緊急制動測試工況下，對于有無ABS控制進行仿真，仿真結果如圖4、圖5所示，通過對比分析可以明顯的看出，加入ABS后，使車輛具有很好的穩定性能，無ABS，車輛橫擺角變化特別大，很容易造車車輛側翻。

圖3 CarSim與Simulink聯合仿真的ABS控制模型

圖4 有ABS和無ABS時車輛的制動情景

圖5 有無ABS部分曲線圖

5 結語

在本文中，主要是介紹關于ABS的控制算法的研究，在CarSim中建立Simulink接口，并在Simulink中利用由CarSim導入帶有自定義的輸入輸出汽車模型，進行ABS算法搭建，在基于某乘用車車體，懸架KC特性，輪胎等等模塊的基礎上搭建相應的控制算法，并比較在雙路面緊急制動霞有無ABS控制的汽車運行情況，為產品開發調試階段提供有力的理論依據，大大縮短產品開發周期，減少試驗成本。