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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙
利用只裝有車輪速度傳感器的制動(dòng)
防抱死系統(tǒng)做路面情況鑒定
摘要：
制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS),是目前在汽車上得到廣泛使用的設(shè)備。 為了降低制造成本，并利用現(xiàn)有可用的技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)僅使用車輪速度傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)速,這是不能夠直接獲取控制單元需要的車輪滑移率，但可以利用計(jì)算所得的車輪角速度和估計(jì)的車速間的關(guān)系來計(jì)算參考滑移率。因此，道路摩擦系數(shù),它決定了車輛在緊急剎車時(shí)的減速度, 是一個(gè)估算汽車速度的重要參數(shù)。本文分析了在不同路面情況下模擬緊急制動(dòng)時(shí)車輪的加速度，并選擇一對特殊的點(diǎn)來確定車輪加速曲線在每個(gè)不同的操縱情況下，比如路面情況,制動(dòng)扭矩和車輪的垂直載荷。它是建立在每個(gè)用試點(diǎn)做出的針對不同路面的曲線明顯不同于其他路面。 因此，不同的路面可以用這些點(diǎn)來區(qū)分，這些點(diǎn)反映了他們所代表的路面情況。分析假設(shè)只有車輪速度傳感器是可利用的儀器并且道路附著情況可以在緊急制動(dòng)的開始初期階段確定。
關(guān)鍵字： 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)；路面情況鑒定； 車輪角加速； 輪胎特性
介紹
對制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)來說，道路附著情況是最重要的因素之一。 標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)可以在制動(dòng)時(shí)確定道路附著情況，并且確定道路摩擦力是高 (瀝青路面)、或低(雪、冰路面)，然后由控制單元激活相應(yīng)的邏輯控制系統(tǒng)。 只有車輪速度傳感器在標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)中可以確定路面情況，不需要其他需要傳感器的幫助。 道路情況鑒定是當(dāng)前汽車控制研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門主題，但研究人員通常采用額外的除車輪速度傳感器以外的可用的設(shè)備來測量汽車運(yùn)動(dòng)及其他國家參數(shù)來持續(xù)監(jiān)測道路狀況。但是標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)只需要在制動(dòng)初期階段確定道路狀況，并獲得路面信息，以確定其控制單元的必需操作。 顯然，標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)不要求太精確的鑒定，因此只需要較少的儀器和費(fèi)用。但是，這種道路情況鑒定方法并不明確。 本文正是研究在標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)下的道路情況鑒定方法。
分析的依據(jù)是通過測量車輪角速度所得的車輪角加速度。 因?yàn)檩喬ヅc路面在不同路面上的磨擦特性不同，所以,，在不同道路表面上車輪制動(dòng)時(shí)的反應(yīng)也不同，因此車輪制動(dòng)反應(yīng)研究必須包括路面附著信息。所以我們模擬車輪制動(dòng)情況，并在車輪加速曲線上選擇兩個(gè)典型數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分不同的路面。并討論了測量中的不確定因素的影響。
1建模
四分之一的汽車模型(表1)使用的是Dugoff輪胎模型。輪胎滑動(dòng)摩擦力的最大值 (即附著系數(shù))對不同的路面是不同的，如干燥瀝青路面0.8-0.9，濕瀝青路面0.5-0.7，積雪路面約0.2%,冰面0.1。此外，當(dāng)滑移率從零開始增大時(shí)，摩擦系數(shù)隨之增加的速度是不同的。特別是在冰雪路面上的摩擦系數(shù)增加速度遠(yuǎn)低于在瀝青路面上。在路面摩擦系數(shù)達(dá)到最大前控制單元對路面情況作反映之時(shí)，這一特點(diǎn)是很重要的。當(dāng)摩擦系數(shù)接近最大值時(shí)，控制單元開始調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。一般而言,摩擦系數(shù)隨著滑移率增加的速度在瀝青路面上至少是在雪或冰路面上的兩倍。 為了反映此差異，在瀝青路面上的曲線的初始階段的斜率應(yīng)該為雪地路面上的兩倍。如果此差異更大，以此假設(shè)得出的結(jié)果將會(huì)更加可信。
圖一 四分之一汽車模型
一階制動(dòng)模型為： dTp/dt=(Tp-Tb)/ て (1)
其中TP是施加的制動(dòng)扭矩,Tb是.實(shí)際的制動(dòng)扭矩，て是制動(dòng)常量。
2結(jié)果和討論
四分之一汽車模型的滿載重量是400公斤。最大的制動(dòng)扭矩為1000nm，在理論上可以產(chǎn)生足夠的車輛減速度為1g。 在雪地路面上(0.2)，最大的地面制動(dòng)扭矩是200nm，所以若施加制動(dòng)扭矩超過200nm，車輪將抱死。在濕瀝青路面上(0.5)，最大的地面制動(dòng)扭矩是500nm，所以車路將在施加制動(dòng)扭矩超過500nm時(shí)抱死。圖二表示的是在濕瀝青路面(0.5)和雪地路面(0.2)上不同制動(dòng)扭矩下的車輪減速度曲線。在每種情況下，施加的制動(dòng)扭矩都高到足以抱死車輪。在任何路面條件下，增加制動(dòng)扭矩都導(dǎo)致車輪減速度快速增大，并使滑移率增大。 在雪地路面上，當(dāng)制動(dòng)扭矩很大時(shí)，車輪速度降低比在瀝青路面上更快。因此當(dāng)?shù)缆飞嫌醒└采w時(shí)，該系統(tǒng)可以很容易判斷出。但是，當(dāng)制動(dòng)扭矩不是很高但足以引起車輪抱死時(shí)，車輪減速的過程就類似于在瀝青面上，控制單元就不能判斷出遇到的是何種路面。這時(shí)需要作進(jìn)一步分析。
----------------雪地路面 濕瀝青路面
圖二：在瀝青路面和雪地路面上不同制動(dòng)扭矩下的車輪減速度。
在圖2上的每一條減速度曲線上都可以用兩個(gè)點(diǎn)來描述該曲線。第一個(gè)是減速度在0.05s時(shí)，另一個(gè)是減速度達(dá)到– 50 rad/s2時(shí)。(制動(dòng)從0時(shí)開始) 我們提到的這些是加速度時(shí)間曲線確定的標(biāo)準(zhǔn)用這些點(diǎn)做出曲線定義為加速度時(shí)間曲線。圖三是最大地面的制動(dòng)力矩為900,700,500和200時(shí)，在瀝青路面(0.9,0.7和0.5)和雪地路面(0.2)上做出的加速時(shí)間曲線 。曲線之間沒有相交表明加速度時(shí)間曲線確定的標(biāo)準(zhǔn)符合特殊的路面情況或最大的地面制動(dòng)力矩。
前面的分析是假設(shè)的一輛滿載汽車。如果車輪垂直載荷變化，車輪運(yùn)動(dòng)情況也會(huì)有所不同,所以會(huì)產(chǎn)生不同的加速度時(shí)間曲線。 圖四中是半載的車輪在瀝青路面(0.9和0.5)和雪地路面(0.5)上做出的三條加速度時(shí)間曲線和滿載時(shí)的曲線。他們的最大地面制動(dòng)力矩為450，250和100Nm。 假設(shè)一條加速度時(shí)間曲線是在車輪局部負(fù)荷即在半載和滿載之間在瀝青路面(0.9)上做出的那么它將位于制動(dòng)力矩為900NM和450NM的曲線之間，那么部分負(fù)荷曲線將與制動(dòng)力矩700nm和500nm的曲線相似。因此，加速度時(shí)間曲線的標(biāo)準(zhǔn)不符合的路面情況但符合最大地面制動(dòng)力矩。 由此可以看出,車輪反映取決于施加的制動(dòng)扭矩和道路摩擦潛力(地面制動(dòng)力矩)。如果車輪負(fù)載變化并不大，如轎車,滿載的車重不等于空載車重的兩倍，這時(shí)在瀝青路面和雪地路面上的加速度時(shí)間曲線無論在任何操作情況下都將不會(huì)相交。 在這種情況下,可以用加速度時(shí)間曲線的標(biāo)準(zhǔn)來分辨出瀝青路面和雪地路面。
圖三：在四中路面情況下的車輪加速度時(shí)間曲線
t: 時(shí)間 在0.05s時(shí) a: 加速度 在 -50rad/s2
圖四：滿載和半載情況下的車輪加速度時(shí)間曲線
t: 時(shí)間 在0.05s時(shí) a: 加速度 在 -50rad/s2
3結(jié)論
本文分析了車輪加速度與路面情況以及車輪負(fù)荷之間的關(guān)系。 建議采用的車輪加速時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，可以用一個(gè)帶有控制單元的車輪速度傳感器來測出。可以反映出由路面情況和車輪負(fù)載決定的道路摩擦潛力。對轎車來說,，標(biāo)準(zhǔn)甚至可以確定路面情況，即確定車輪是與瀝青路面還是雪地路面相接觸。
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