第一章绪论
1.1引言
汽车防抱死制动系统（ABS)是汽车安全历史上最重要的三大发明之一（另外两个是安全气囊与安全带），ABS也是其他安全装置（如ESP行车动态稳定系统与EBD制动力分配系统）的基础。汽车在未安装ABS防抱死制动系统使用常规制动装置时，车轮抱死是汽车在制动过程中经常遇到的问题。车轮在抱死和大多数接近抱死的情况下，不仅仅是地面提供的制动力减小，延长了制动距离，加快轮胎的磨损，更为严重的是，很可能出现侧滑、思尾和失去转向能力等现象，车辆处于不稳定状态。因为ABS在车辆制动时能使滑移率被控制在最佳的范围内，它使汽车获得最大的地面纵向附着力和较大的侧向附着力，在车辆制动时能有最短的制动距离和良好的操纵稳定性。所以ABS系统能保证汽车在制动时具有良好的制动效能和制动方向稳定性，提高了汽车的行驶安全性能⑴。ABS是在传统制动系统的基础上采用电子控制技术，在制动时防止车轮抱死的一种机、电、液一体化技术产品。它由控制器、电磁阀、轮速传感器三部分组成。在应急制动时，当司机脚踏板所控制的制动压力过大时，车轮轮速传感器和控制器会探测到车轮有抱死的倾向，此时控制器控制制动系统减小制动压力。当车轮轮速恢复并且制动压力有减小的趋势时，控制器控制制动系统增加制动压力，最有效的利用地面附着系数，得到最佳的制动距离和制动稳定性。在目前所使用的实际防抱死系统中，主要是采用逻辑门限值控制。这种逻辑门限控制虽然己在商用ABS中得到比较成功的应用，但其控制逻辑复杂，参数的选择只能依靠经验和大量的试验来选取。
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1.2国内外文献综述
在汽车的普及以及汽车电子技术高速发展的大方向下，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。交通事故的发生率有增无减。据资料统计，全世界每年死于道路交通事故死亡人数超过50万，受伤人数超过1200万，财产损失超过500亿美元。因此汽车的行驶安全问题一直为社会和车主所最关心的问题。汽车的安全技术主要分为被动和主动安全技术，被动安全技术是指在交通事故发生后尽量减小对乘客和行人的损伤的安全技术，而主动安全技术是指通过事先预防避免事故发生的技术。被动安全技术可分为碰撞安全技术（事故当时）和控制安全技术（事故后）。碰撞安全技术主要指智能安全气囊、智能安全带、安全玻璃、吸能车体、可变形能量吸收转向柱、前围安全气囊、发动机罩安全气囊、侧翻防护系统、乘员特点探测/修正技术等；控制安全技术是指燃油系统切断技术、未点燃烟火装置解除技术、电源切断技术、灭火系统、易逃技术（电动车窗、电动门、电控门锁）、碰撞数据记录、紧急事件自动通报系统等。主动安全技术包括预防安全技术（正常行驶）和预警安全技术（事故前）。预防安全技术由巡航控制系统、驾驶员监测技术、路况监测技术、车况监测技术、恶劣气候指示技术、紧急疾病预警技术、Eyecar技术、Camcar技术、自适应可变照明系统、车窗玻璃表面处理系统、汽车定位导航系统、风窗玻璃映像显示技术（全息摄影）、侧手柄控制技术等；预警安全技术又分为统一底盘控制技术和防撞控制技术，统一底盘技术包含自动变速器、速度控制动力转向系统及电子控制四轮转向系统、全自动空气悬架系统、全电子制动系统BBW、胎压智能检测系统、翻滚躲避系统等，防撞技术包含障碍警告系统、自动减速系统、高适应性快速系统、紧急制动先期警告系统等。
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第二章ABS系统的分析
2.1车辆制动过程中的运动分析及受力分析
ABS控制是一套复杂的控制流程，在研究控制策略之前，需要考虑车辆各零件之间的受力与作用关系，车辆与地面的受力关系，路面情况等多方面的因素。通过相关因素的综合分析与了解，找到他们之间的关系，为车辆的建模以及制动防抱死控制策略的研究做好准备。其中ABS的工作过程也分为多个部分，相互之间逻辑关系较为复杂。在此，我们需要分别去分析，从而找到其中的规律，寻找在驾驶模拟仿真中简化控制策略的可行性。汽车上使用地面施加在车轮上的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置统称为制动系统。其作用有：1.使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车：2.使已停驶的汽车在各种道路条件下驻车；3.使下坡行驶的汽车速度保持稳定。其工作原理是，利用与车身相连的非旋转组件和与车轮相连的旋转组件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动，将动能转换为热能进行耗散117]。路面制动力、制动器制动力及附着力的关系如图2.1，汽车的路面制动力首先取决于制动器制动力，之后受限于路面的附着条件。只有在汽车具有足够的制动器制动力且同时路面提供足够大的附着力时，才能获得足够大的路面制动力[19]。
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2.2 ABS控制方法及基本组成
ABS的组成通常可以划为三部分：ABS电子控制单元、输入信号原件和执行控制原件。图2.4中是ABS的组成框图，左侧是输入信号原件，右侧是执行控制元件。ABS电子控制单元接收左侧信号元件产生的信号，发出指令控制右侧执行元件的工作，如果ABS存在故障，可以通过诊断线路进行诊断。其中输入信号原件为车轮速度传感器、制动信号、手制动/制动液面，电子控制单元为电磁阀监控，电动机监控。这两部分在仿真中是直接通过读取数据来实现的。输出执行元件包括故障警告灯，电动机/电磁阀继电器，电动机以及电磁阀。ABS电动机是一个高压栗，ABS工作期间，它可在很短时间内将制动液加压到14?18MPa，给整个液压系统提供高压制动液。电动机的电源由ABS控制的电动机继电器提供。ABS电磁阀有两种：三位电磁阀和普通的两位电磁阀，在此主要介绍一下两位电磁阀。ABS中应用得最广的两位电磁阔，也就是我们最常见到的通断型电磁阀。两位电磁阀有两个位置（ON和OFF)，它把柱塞控制在两个位置，改变制动液通路的导通与断幵。对于四通道ABS，系统中有四对两位电磁阀，其中两对分别控制两个前轮的制动，另两对分别控制两个后轮的制动。每对电磁阀中一个是常开输入阀，一个是常闭输出阀。在普通制动系统的工作状态下，制动压力通过常幵的输入电磁阀到各轮的制动分粟。如果系统进入防抱死制动状态，ABS发出指令，使输入“”、输出电磁阀适时打开和关闭，让制动栗的压力快速变化（增压、保压或减压），防止车轮在制动时被完全抱死。ABS控制速度很高，它在防抱死制动过程中打开或关闭相应的输入、输出电磁阀，频率高达每秒十几次。如果ABS出现故障，电磁阀电源继电器断开，输入电磁阀始终常开，输出电磁阀始终常闭，使普通制动系统能正常工作而ABS不能工作，直到系统无故障时。
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第三章ABS逻辑门限值控制算法....... 27
3.1逻辑门限值控制策略及参数分析....... 27
3. 1. 1逻辑门限值策略原理分析....... 30
3. 1.2逻辑门限值的选取....... 30
3. 1.3相关难点简述....... 33
3.2逻辑门限值控制逻辑简述....... 35
3.2.1逻辑门限值控制原理及过程逻辑图简述........35
3.2.2优缺点分析....... 39
3.2.3双逻辑门限值控制流程....... 42
3. 3本章小结....... 45
第四章Simulink仿真中汽车ABS系统模型的建立.......47
4.1建立基于双轮的无ABS控制器的车辆模型....... 47
4.2 ABS控制模型及仿真分析....... 48
4.3基于双限的ABS控制策略优化及仿真分析.......48
4.4本章小结 .......49
第五章基干驾驶模拟器的ABS程序控制仿真实验.......50
5. 1驾驶模拟器简介....... 50
5.2基于驾驶模拟器的闭环仿真实验及分析.......55
5. 3 本章小结....... 57
第六章驾驶员在环ABS仿真实验
6.1驾驶员在环ABS仿真的意义
汽车在道路上行驶时，驾驶员、车辆和道路环境构成了一个典型的人-机-环境系统，驾驶员是该系统中最活跃的因素，汽车构成了驾驶员与道路环境的联系，驾驶员动作的不同会影响汽车的运行状态。对人体行为的一个经典模式就是刺激（S)—机体（0)—反应（R)，根据这个模式可以将驾驶行为分为三个阶段：感知阶段、决策判断阶段、动作阶段。感知阶段主要通过感觉器官如视觉听觉触觉来感知汽车运行的环境条件；决策判断阶段主要在感知的基础上结合驾驶员的经验技能由中枢神经来分析判断确定出有利于安全行车的措施；动作阶段主要根据判断决策由运动器官完成对汽车的控制动作，如加减速、转向、制动等。不同于程序控制的仿真研究，驾驶员在环的ABS紧急制动仿真中，驾驶员会依据自己对于道路环境情况的判断，选择在认为合适的时刻采取转动方向盘以及躁下脚踏板等一系列动作。实验的过程中会出现驾驶员在驾驶过程中的即时的判断操作，例如，驾驶员如果认为危险己经避让，会选择将车辆控制回自己的行驶车道以及松幵制动踏板动作等。因此，在这种控制信号随机输入的情况下，如果这套ABS系统依旧能够满足控制需要，增强驾驶模拟器的车辆操纵稳定性，那么就可以证明这套控制系统具有实际的应用价值。
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总结
随着研究技术的进步，驾驶模拟器作为一种仿真研究工具，越来越多的运用到实际的研究当中。由于研究的深入，驾驶模拟器通过在电子控制系统，视景系统，噪声的音响系统、驾驶反馈系统等方面的研究与添加，使得驾驶模拟器的驾驶感受更加接近与实际车辆，从而以更为环保和准确的方式获得所需要的重要研究数据。本文以在驾驶模拟器中加入ABS控制模块为研究目标，通过模型建立、仿真研究、模块加载、实验验证，这四个步骤，明确了驾驶模拟器中加入ABS控制单元的方法与设计要点。本文的主要工作可以归纳为以下几点：
1 )通过车辆动力学分析，来了解ABS控制目的与方式。根据主要结构、工作原理、控制方式、主要参数等相关因素的分析，得到了简化车辆模型的依据。
2)在Simulink建立了双轮三自由度并且拥有“魔术公式”轮胎模型的整车模型，并在该模型中进行常规无ABS制动仿真，验证了该整车模型的动力学有效性。
3 )在Stateflow中建立了逻辑门控制策略与双门限值控制策略，将这两种控制策略与整车模型进行对接，通过相同工况的仿真分析，对双门限制控制策略进行优化。
4)将验证有效的双逻辑门控制策略移植到KMRTS驾驶模拟系统中。在驾驶模拟器中，进行闭环仿真，验证了控制策略在驾驶模拟器的车辆动力学模型中的效果。
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参考文献（略）