汽车智能制动系统的数学建模与MATLAB仿真综述

汽车智能制动系统的数学建模与MATLAB仿真

摘要

本文主要以汽车制动为研究对象，通过分析车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型和控制系统模型，从而获得汽车的智能制动系统的数学模型，然后在Matlab/Simulink中建立各个模型的子系统，并将他们组装成汽车的智能制动系统的Simulink仿真模型。本文中汽车智能制动系统的控制方法采用了模糊神经网络优化的PID控制，没有选用传统的逻辑门限方法。本文利用汽车智能制动系统的Simulink仿真模型，研究了在不同路面上智能制动系统对汽车制动性能的影响。

关键词：智能制动系统；Simulink仿真；控制方法；滑移率；模糊神经网络

Abstract:

Key:

绪论

汽车安全系统主要分为两个方面，一是主动安全系统，另外一方面是被动安全系统。所谓主动安全，就是避免事故的发生，主动安全性的好坏决定了汽车发生事故的概率；而被动安全则是在发生事故时汽车对车内成员的保护或对被撞车辆或行人的保护，被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。汽车制动系统就是汽车行驶的一个非常重要的主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要的影响。

汽车的制动性是指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。汽车防抱制动系统(ABS)是一种主动安全装置，它从防止制动过程中车轮抱死的角度出发，避免车辆后轮侧滑和前轮丧失转向能力，提高车辆对地面附着能力的利用率，从而达到改善车辆制动稳定性、操纵性和缩短制动距离等目的。

目前，ABS开发模式有传统实车开发和基于计算机仿真两种。在传统ABS开发模式中，ABS 控制规律依靠大量实车道路试验，不但需要大量人力、物力、而且开发周期较长。通常确定的控制参数只适用于某一具体车型，互换性不好，开发出的ABS产品在装到其他车型上时，需要再次进行道路试验，延长了开发周期、增加了成本。但是随着计算机技术的快速发展，利用计算机仿真模拟车辆制动过程，探索控制方法，已成为可能。基于计算机仿真的ABS开发，把实车实验安排到开发最后阶段，绝大部分工作通过计算机仿真完成，缩短了开发时间，

节约了成本。这种新的ABS开发技术消除了传统开发的许多缺点，有可能成为ABS开发的主流趋势。本文采用计算机仿真软件进行ABS仿真研究，符合ABS开发研究潮流。

第1章汽车防抱制动系统的组成和工作原理

1.1汽车防抱死（ABS）系统基础理论

1.1.1 汽车制动时车轮发生抱死现象的概况

在汽车制动踩下制动板时，如果车轮发生抱死现象整车将会产生滑移，车轮与路面间的侧向附着力将会完全消失。通常车轮抱死有两种情况：（1）如果只是前轮(转向轮)抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力。（2）如果只是后轮抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑(甩尾)现象。以上两种情况都是造成交通事故的重要原因。不论是发生其中任何一种情况都将会产生严重的交通事故，对车主或车辆或他人造成危害。

1.1.2 滑移率

汽车在制动时，主要靠轮胎与路面间的附着摩擦产生制动作用，在附着条件允许的情况下，希望地面制动力尽可能的大，从而获得尽可能大的汽车减速加速度使汽车得到很快的制动。在汽车制动时，车轮的切向速度νR将低于汽车行驶速度ν，轮胎和路面之间将产生滑移，此时滑移的程度常用滑移率S表示为

式中，ν为汽车行驶速度；νR 为车轮的切向速度；R 为车轮半径；ω为车轮角速度。当汽车速度与车轮速度相同时(ν=νR)，这时的滑移率S=0，汽车为纯滚动状态，没有滑动产生。但随着制动强度的增加，车轮滚动会越来越少，而滑动将越来越多。直到车轮被抱死(νR=0)，在路面上滑动时，滑移率达到最大，即S=100％，此时来自其侧向的附着力会达到最小，只要有很小的侧向干扰力(如风力干扰、制动不均、路面倾斜等)产生，都会使汽车产生侧滑现象，造成交通事故。所以汽车在制动行驶时，我们首先必须考虑车轮的防制动抱死，从而避免或减少交通事故的发生。

1.1.3 附着系数μ与滑移率s的关系

大量试验和理论研究表明，汽车的滑移程度与方向稳定性、平稳性以及制动距离有密切关系。这是因为滑移率与汽车和地面间的纵向附着系数和侧向附着系数关系为非线性关系

的。在干燥硬实路面条件下，附着系数与滑移率的关系如图1-1所示。

图1-1 附着系数与滑移率的关系图

由图可知：在不同的滑移率时，附着系数不相同。在逐渐踩下制动踏板时，纵向附着力系数随着滑移率的增加而增大。当滑移率在为10％～30％时，车轮为连滚动带滑动状态。且具有最大的纵向附着力和较高的侧向附着力，能传递最大制动力。若滑移率再增加，纵向附着系数却反而有所下降。于是滑移率在10％～30％区间被定义为ABS 可控制区。

1.2 汽车防抱死制动系统的组成

1.2.1 防抱死制动系统的结构组成及关系

防抱死制动系统通常主要由检测装置、控制器和执行器(或调节器)等三部分组成，并通过线路连接成一个有机整体，从而形成一个以控制滑移率在10％～30％为目标的自动控制系统，其结构关系方框图如图2所示。

图1-2 防抱死制动系统结构关系方框图

1.2.2 典型的防抱死制动系统组成

通过结构关系方框图我们很容易便可抽象出其构成的控制简图，典型的防抱死制动系统通常由车轮轮速传感器、电子控制装置（ECU）、制动压力调节装置和ABS警示灯等组成。在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不同。电子控制装置性能的好坏决定系统的稳定性，更重要的是控制方式的可行性、可靠性、有效性和稳定性将对整个系统造成影响。典型的防抱死系统控制简图如图1-3所示。

制动压力调节器

图1-3 典型的防抱死系统控制简图

其中各主要组成部件的作用为：

车轮轮速传感器：轮速传感器可以测出车轮上与驱动轴同步旋转的齿圈数，然后产生与车轮速度成正比的交流信号，从而获得车轮的转速。当下，用于ABS系统的轮速传感器主要有磁电式传感器和霍尔式传感器两种。但在电控防抱死制动系统中使用的多数为磁电式轮速传感器。

电子控制单元(ECU)：电子控制单元是整个系统中的控制中枢，它接收车轮轮速传感器送来的信号，计算出车轮制动时车轮的转速、滑移率及车轮加减速度等值，并对其进行判断、比较和分析。然后，向制动压力调节装置发出控制指令，使其产生最合适的制动压力，控制车轮的转速，将滑移率保持在最佳滑移值附近，从而防止车轮抱死。

制动压力调节装置：制动压力调节器是汽车制动系统中的执行机构，其作用是调节压力，以满足多个车轮在不同路面状态下的最大制动力的要求。它接受来自电子控制器的指令，通

过控制压力调节器中电动机的动作来实现控制车轮制动器中压力的增减和保持，达到调节制动力的目的。目前，制动压力调节器主要有真空式、液压式、机械式、气压式和空气液压加力式等几种形式。

1.3ABS系统的工作原理

在汽车制动时，ABS系统根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，可迅速判断出车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的常开输入电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开常闭输出电磁阀，这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油箱的管路而迅速下移，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。

1.4ABS系统的控制方式

按照传感器、控制器的控制通道和执行器的配置不同我们可以组成以不同控制方式工作的防抱制动系统。而不同的系统具有各自的成本和性能，以下将简单介绍3种组合的控制方式。

(1)四通道式独立控制：此种控制方式有四个轮速传感器，在通往四个车轮制动分泵的管路中，各设有一个制动压力调节器装置，分别对四个车轮进行独立控制。但是如果汽车左右两个车轮的附着系数相差较大(如路面部分积水或结冰)，制动时两个车轮的地面制动力就相差较大，因此会产生横摆力矩，使车身向制动力较大的一侧跑偏，不能保持汽车按预定方向行驶，会影响汽车的制动方向稳定性。

(2)三通道式混合控制：此种控制方式是对两前轮进行独立控制，两后轮则按低选原则进行一同控制(即两个车轮由一个通道控制，以保证附着力较小的车轮不抱死为原则)。此种方式可以保证汽车在各种条件下左右两后轮的制动力相等，始终保持在平衡状态，换句话说，保证汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。

(3)二通道式混合控制：此种控制方式采用两个传感器分别控制汽车两前轮，根据后轮的两个传感器信号计算出基准速度，利用对角前轮的制动压力通过减压阀按一定比例减压后传至后轮，从而控制后轮的制动器制动力矩。在不对称的路面上紧急制动时，高附着系数一侧前轮产生的高压传至低附着系数侧后轮，该后轮发生抱死。而低附着系数一侧前轮液压较低，传至高附着系数侧后轮时不发生抱死，能够保持汽车方向稳定性。

此外，还有很多种组合的控制方式，单通道式控制方式由于不稳定，目前很少采用。

制动系统匹配设计计算分解

制动系统匹配设计计算 根据AA车型整车开发计划，AA车型制动系统在参考BB轿车底盘制造平台的基础上进行逆向开发设计，管路重新设计。本计算是以选配C发动机为基础。 AA车型的行车制动系统采用液压制动系统。前、后制动器分别为前通风盘式制动器和实心盘式制动器，制动踏板为吊挂式踏板，带真空助力器，制动管路为双回路对角线(X型)布置，采用ABS。驻车制动系统为机械式手动后盘式制动，采用远距离棘轮拉索操纵机构。因AA车型与参考样车BB的整车参数接近，制动系统采用了BB样车制动系统，因此，计算的目的在于校核前/后制动力、最大制动距离、制动踏板力、驻车制动手柄力及驻坡极限倾角。 设计要符合GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》；GB 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》和GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》的要求，其中的踏板力要求≤500N，驻车制动停驻角度为20％（12），驻车制动操纵手柄力≤400N。 制动系统设计的输入条件 整车基本参数见表1，零部件主要参数见表2。 表1 整车基本参数

表2 零部件主要参数制动系统设计计算 1.地面对前、后车轮的法向反作用力 地面对前、后车轮的法向反作用力如图1所示。 图1 制动工况受力简图由图1，对后轮接地点取力矩得:

式中：FZ1（N）：地面对前轮的法向反作用力；G（N）：汽车重力；b（m）：汽车质心至后轴中心线的水平距离；m（kg）：汽车质量；hg（m）：汽车质心高度；L（m）：轴距；（m/s2）：汽车减速度。 对前轮接地点取力矩，得： 式中：FZ2（N）：地面对后轮的法向反作用力；a（m）：汽车质心至前轴中心线的距离。 2.理想前后制动力分配 在附着系数为ψ的路面上，前、后车轮同步抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于汽车的地面附着力；并且前、后轮制动器制动力Fm1、Fm2分别等于各自的附着力，即：

汽车ABS系统的建模与仿真设计

基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真 摘要 本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。 关键词 ABS 仿真建模防抱死系统PID

Modeling and Simulation of ABS System of Automobiles Based on Matlab/Simulink Abstract A method for building a Simulator of ABS base on Matlab/Simulink is presented in this paper.The single wheel vehicle model was adopted as a research object in the paper. Mathematical models for an entire car, a bilinear tire model, a hydraulic brake model and a slip ratio calculation model were established in the Matlab/Simulink environment. The PID controller was designed. The established ABS mathematical model was simulated and researched and the simulation curves were obtained. The simulation results were compared with the results without ABS. The results show that established models were reliable and could achieve desirable brake control effects. Key words ABS; control; modeling; simulation；Anti-lock Braking System; PID

MATLAB仿真教程

一、设计目的 通过运用MATLAB对函数进行Z域分析和单边带信号的调制与解调，使我们进一步加深对MATLAB的认识和运用，以实现以下目的： 1.本次试验进一步熟悉了MATLAB软件的使用方法及相关的操作。 2.对Z变换及其反变换函数在MATLAB中的调用有了掌握。 3.理论与实际的仿真相结合，更直观的看到结果。 4.观察了单边带信号调制与解调后的图像，加深认识。 二、设计原理 MATLAB是The MathWorks公司在1984年推出的一种商品化软件，它提供了大量丰富的应用函数，并且具有扩充的开放性结构。目前，该软件包涵盖了控制系统应用、数字信号处理、数字图像处理、通讯、神经网络、小波理论分析、优化与统计、偏微分方程、动态系统实时仿真等多学科专业领域。 其中单边带调制信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。根据方法的不同，产生单边带调制信号的方法有：滤波和相移法。 由于滤波法在技术上比较难实现所以在此我们将用相移法对单边带调制与解调系统进行讨论与设计。 三、设计内容和MATLAB图像

1、数字系统的响应 源代码如下： b=[0 1 2 1 0]; a=[1 -0.5 0 0.3 -0.005]; subplot(421);zplane(b,a); title('系统的零极点图'); subplot(422);impz(b,a,21); title('单位脉冲响应'); subplot(423);stepz(b,a,21); title('单位阶跃响应');

N=21;n=0:N-1; x=exp(-n); x0=zeros(1,N); y0=[1,-1]; xi=filtic(b,a,y0); y1=filter(b,a,x0,xi); xi0=filtic(b,a,0); y2=filter(b,a,x,xi0); y3=filter(b,a,x,xi); [h w]=freqz(b,a,21); subplot(424);stem(n,y1); title('零输入响应');grid on; subplot(425);stem(n,y2); title('零状态响应');grid on; subplot(426);stem(n,y3); title('系统的全响应');grid on; subplot(427);plot(w,abs(h)); title('幅频特性曲线');grid on; subplot(428);plot(w,angle(h)); title('相频特性曲线');grid on;

MATLAB及在数学建模中的应用

第1讲MATLAB及 在数学建模中的应用 ? MatLab简介及基本运算?常用计算方法 ?应用实例

一、 MatLab简介及基本运算 1.1 MatLab简介 1.2 MatLab界面 1.3 MatLab基本数学运算 1.4 MatLab绘图

1.1 MatLab简介?MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词组成。20世纪七十年代后期, 美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler教授为减轻学生编程负担，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。

?经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。

?1997年春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2、5.3、6.0、6.1、6.5、7.0版。现今的MATLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。 ?20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。

?MATLAB具有用法简易、可灵活运用、程式结构强又兼具延展性。以下为其几个特色： ①可靠的数值运算和符号计算。在MATLAB环境中，有超过500种数学、统计、科学及工程方面的函 数可使用。 ②强大的绘图功能。 MATLAB可以绘制各种图形，包括二维和三维图形。 ③简单易学的语言体系。 ④为数众多的应用工具箱。

汽车理论课后习题Matlab程序

1.3确定一轻型货车的动力性能（货车可装用 4挡或5挡变速器，任选 其中的一种进行整车性能计算）： 1） 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。 2） 求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。 3） 绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用 2档起步加速行 驶至70km/h 的车速一时间曲线，或者用计算机求汽车用 2档起步加速行驶至 70km/h 的加速时间。 轻型货车的有关数据： 汽油发动机使用外特性的Tq-n 曲线的拟合公式为 19.313 295.27(孟o )165,44(^)2 40-874(^)3 环45為4 式中，Tq 为发动机转矩（N?m ） ;n 为发动机转速（r/min ）。 发动 机的最低转速n min =600r/min,最高转速n max =4000r/min 。 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880kg 车轮半径 0.367m 传动系机械效率 n =0.85 滚动阻力系数 f=0.013 空气阻力系数泌风面积 C D A=2.77m 2 解：Matlab 程序： (1) 求汽车驱动力与行驶阻力平衡图和汽车最高车速程序： n=[600:10:4000]; Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*(门/1000)八2+40.874*(门/1000)八3-3.8445*( n/10 00).A 4; m=3880;g=9.8; nmi n=600; nm ax=4000; G=m*g; ig=[5.56 2.769 1.644 1.00 0.793]; nT=0.85;r=0.367;f=0.013;CDA=2.77;i0=5.83; L=3.2;a=1.947;hg=0.9;lf=0.218;lw1= 1.798;Iw2=3.598; Ft 仁 Tq*ig(1)*i0* nT/r; Ft2=Tq*ig(2)*i0* nT/r; 主减速器传动比 飞轮转动惯量 二前轮转动惯量 四后轮转动惯量 i 0=5.83 l f =0.218kg?m I w1=1.798kg?nf I w2=3.598kg?m ig(数据如下表) 轴距 质心至前轴距离（满载） 质心高（满载） a=1.974m hg=0.9m

汽车直线制动仿真计算与优化

传统制动系统的建模及仿真优化 1.1 汽车直线制动仿真计算理论基础 汽车直线制动时，对两轮接地点分别取距（图1-1），可得地面法向反作用力为 1()g z G b zh F L += （1-1） 2()g z G a zh F L -= （1-2） 式中，j z g =，1z F 、2z F 分别为路面对前后车轮的法向作用力；G 为汽车重量；a 、b 分别为质心至前后轴的距离；j 为汽车减速度；g h 为汽车质心高度；L 为汽车的轴距。 汽车理论制动力分配关系为 1(2)2r f g Gb F F h =+ （1-3） 式中，r F 为汽车后轴制动力；f F 为汽车前轴制动力。 1.1.1 制动力分配比 制动力分配比β为 f f r F F F β=+ （1-4） 1.1.2 直线制动的最佳制动力分配 设汽车前轮刚要抱死或者汽车前、后轮同时刚要抱死的减速度为du zg dt =，则 1u G du F Gz g dt ββ== 式中，z 为制动强度。 根据汽车理论，可知前、后轴的利用附着系数为 1()f g z b zh L β?=+ （1-5） (1)1()r g z a zh L β?-=- （1-6） 前后轴的附着效率为 f f g b L E h L ?β= - （1-7）

(1)r r g a L E h L ?β=-+ （1-8） 由于后轮先抱死容易发生后轴侧滑，是一种不稳定工况，故r f ψ??≤≤，由式（1-5）和式（1-6）可以得出制动力分配比的极限关系为 min min 1g g h h a b L Iz L Iz ??β??????+-≤≤+ ? ????? （1-9） 式中，min z 为整车应达到的最小制动强度。 利用不等式（1-9），可以确定0.2()0.8?≤≤湿滑路面（干燥路面） 的极限条件下，满载工况制动力分配比的允许范围。 1.2 优化设计 1.2.1 设计变量 将制动力分配比β作为设计变量，根据车辆制动系统设计经验可以取初值为00.4x =。 1.2.2 目标函数 附着系数在制动强度（z=0.2~0.8）范围内，应尽可能接近防止车轮抱死需要的附着系数，此时地面的附着条件发挥得越充分，汽车轴间制动力分配越好。在实际设计时，可以分别在满载与空载的利用附着系数与制动强度的差值平方和前乘以相应的权值。所以，当制动强度z 在0.2~0.8范围变化时，根据汽车满载时前轴和后轴的实际附着系数，利用曲线与理想曲线间差值平方和为最小建立目标函数，即 0.8220.2min ()()()f r z F z z β??=??= -+-??∑ （6-10） 1.2.3 约束条件 由于汽车在任何载荷情况下都要满足ECE 制动法规要求，根据ECE 制动法规和GB 12676—1999《汽车制动系统 结构、性能和试验方法》，对汽车制动力分配要求如下所述。 对于?=0.2~0.8之间的各种车辆，要求制动强度为 z ≥0.1+0.85(?-0.2) 当z>0.2时，有 10.070.85f z c ?+??=- ??? 当0.3

直流电动机的MATLAB仿真..

第一章课程设计内容及要求 1. 直流电动机的机械特性仿真； 2. 直流电动机的直接起动仿真； 3. 直流电动机电枢串联电阻启动仿真； 4. 直流电动机能耗制动仿真； 5．直流电动机反接制动仿真； 6. 直流电动机改变电枢电压调速仿真； 7. 直流电动机改变励磁电流调速仿真。 要求：编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析

第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制 1）直流电动机的机械特性仿真 clear; U_N=220;P_N=22;I_N=115; n_N=1500;R_a=;R_f=628; Ia_N=I_N-U_N/R_f; C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N; C_TPhi_N=*C_EPhi_N; Ia=0;Ia_N; n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia; Te=C_TPhi_N*Ia; P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f; T2_N=9550*P_N/n_N; figure(1); plot(Te,n,'.-'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); ylim([0,1800]); figure(2); plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm');

hold on; R_c=0; for coef=1:;; U=U_N*coef; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('U=',num2str(U),'V'); s_y=1650*coef; text(50,s_y,str); end figure(3); n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; U=U_N;R_c=; for R_c=0::; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega'); s_y=400*(4-R_c*; text(120,s_y,str);

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1.3 确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4挡或5挡变速器，任选 其中的一种进行整车性能计算）： 1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。 2）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。 3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用2档起步加速行驶至70km/h 的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用2档起步加速行驶至70km/h 的加速时间。 轻型货车的有关数据： 汽油发动机使用外特性的Tq-n 曲线的拟合公式为 234 19.313295.27()165.44()40.874() 3.8445()1000100010001000 q n n n n T =-+-+- 式中，Tq 为发动机转矩（N?m）;n 为发动机转速（r/min ）。 发动机的最低转速n min =600r/min,最高转速n max =4000r/min 。 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880kg 车轮半径 0.367m 传动系机械效率 ηt =0.85 滚动阻力系数 f =0.013 空气阻力系数×迎风面积 C D A =2.77m 2 主减速器传动比 i 0=5.83 飞轮转动惯量 I f =0.218kg?m 2 二前轮转动惯量 I w1=1.798kg ?m 2 四后轮转动惯量 I w2=3.598kg?m 2

变速器传动比ig(数据如下表) 轴距L=3.2m 质心至前轴距离（满载）a=1.974m 质心高（满载）hg=0.9m 解：Matlab程序： (1) 求汽车驱动力与行驶阻力平衡图和汽车最高车速程序： n=[600:10:4000]; Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3 .8445*(n/1000).^4; m=3880;g=9.8;nmin=600;nmax=4000; G=m*g; ig=[5.56 2.769 1.644 1.00 0.793];nT=0.85;r=0.367;f=0.013;CDA=2.77;i0=5.83; L=3.2;a=1.947;hg=0.9;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598; Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r; Ft2=Tq*ig(2)*i0*nT/r; Ft3=Tq*ig(3)*i0*nT/r; Ft4=Tq*ig(4)*i0*nT/r;

汽车智能制动系统的数学建模与MATLAB仿真综述

汽车智能制动系统的数学建模与MATLAB仿真 摘要 本文主要以汽车制动为研究对象，通过分析车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型和控制系统模型，从而获得汽车的智能制动系统的数学模型，然后在Matlab/Simulink中建立各个模型的子系统，并将他们组装成汽车的智能制动系统的Simulink仿真模型。本文中汽车智能制动系统的控制方法采用了模糊神经网络优化的PID控制，没有选用传统的逻辑门限方法。本文利用汽车智能制动系统的Simulink仿真模型，研究了在不同路面上智能制动系统对汽车制动性能的影响。 关键词：智能制动系统；Simulink仿真；控制方法；滑移率；模糊神经网络 Abstract: Key: 绪论 汽车安全系统主要分为两个方面，一是主动安全系统，另外一方面是被动安全系统。所谓主动安全，就是避免事故的发生，主动安全性的好坏决定了汽车发生事故的概率；而被动安全则是在发生事故时汽车对车内成员的保护或对被撞车辆或行人的保护，被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。汽车制动系统就是汽车行驶的一个非常重要的主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要的影响。 汽车的制动性是指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。汽车防抱制动系统(ABS)是一种主动安全装置，它从防止制动过程中车轮抱死的角度出发，避免车辆后轮侧滑和前轮丧失转向能力，提高车辆对地面附着能力的利用率，从而达到改善车辆制动稳定性、操纵性和缩短制动距离等目的。 目前，ABS开发模式有传统实车开发和基于计算机仿真两种。在传统ABS开发模式中，ABS 控制规律依靠大量实车道路试验，不但需要大量人力、物力、而且开发周期较长。通常确定的控制参数只适用于某一具体车型，互换性不好，开发出的ABS产品在装到其他车型上时，需要再次进行道路试验，延长了开发周期、增加了成本。但是随着计算机技术的快速发展，利用计算机仿真模拟车辆制动过程，探索控制方法，已成为可能。基于计算机仿真的ABS开发，把实车实验安排到开发最后阶段，绝大部分工作通过计算机仿真完成，缩短了开发时间，

Matlab Simulink 仿真步骤

MATLAB基础与应用简明教程 张明等编著 北京航空航天大学出版社(2001.01) MATLAB软件环境是美国New Mexico大学的Cleve Moler博士首创的，全名为MATrix LABoratory（矩阵实验室）。它建立在20世纪七八十年代流行的LINPACK（线性代数计算）和ESPACK（特征值计算）软件包的基础上。LINPACK和ESPACK软件包是从Fortran语言开始编写的，后来改写为C语言，改造过程中较为复杂，使用不便。MA TLAB是随着Windows环境的发展而迅速发展起来的。它充分利用了Windows环境下的交互性、多任务功能语言，使得矩阵计算、数值运算变得极为简单。MA TLAB语言是一种更为抽象的高级计算机语言，既有与C语言等同的一面，又更为接近人的抽象思维，便于学习和编程。同时，它具有很好的开放性，用户可以根据自己的需求，利用MA TLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发自己的程序，开创新的应用。 本书重点介绍了MA TLAB的矩阵运算、符号运算、图形功能、控制系统分析与设计、SimuLink仿真等方面的内容。 Chap1 MATLAB入门与基本运算 本章介绍MATLAB的基本概念，包括工作空间；目录、路径和文件的管理方式；帮助和例题演示功能等。重点介绍矩阵、数组和函数的运算规则、命令形式，并列举了可能得到的结果。由于MA TLAB的符号工具箱是一个重要分支，其强大的运算功能在科技领域有特殊的帮助作用。 1.1 MATLAB环境与文件管理 1.2 工作空间与变量管理 1.2.1 建立数据 x1=[0.2 1.11 3]; y1=[1 2 3;4 5 6]建立一维数组x1和二维矩阵y1。分号“；”表示不显示定义的数据。 MATLAB还提供了一些简洁方式，能有规律地产生数组： xx=1:10 %xx从1到10，间隔为1 xx=-2:0.5:1 %xx从-2到1，间隔为0.5 linespace命令等距离产生数组，logspace在对数空间中等距离产生数组。对于这一类命令，只要给出数组的两端数据和维数就可以了。 xx=linespace(d1,d2,n) %表示xx从d1到d2等距离取n个点 xx=logspace(d1,d2,n) %表明xx从10d1到10d2等距离取n个点 1.2.2 who和whos命令 who: 查看工作空间中有哪些变量名 whos: 了解这些变量的具体细节 1.2.3 exist命令 查询当前的工作空间内是否存在一个变量，可以调用exist()函数来完成。 调用格式：i=exist(…A?); 式中，A为要查询的变量名。返回的值i表示A存在的形式： i=1 表示当前工作空间内存在一个变量名为A的矩阵； i=2 表示存在一个名为A.m的文件； i=3 表示MATLAB的工作路径下存在一个名为A.mex的文件；

数学建模matlab例题参考及练习

数学实验与数学建模 实验报告 学院： 专业班级： 姓名： 学号： 完成时间：年月日

承 诺 书 本人承诺所呈交的数学实验与数学建模作业都是本人通过学习自行进行编程独立完成，所有结果都通过上机验证，无转载或抄袭他人，也未经他人转载或抄袭。若承诺不实，本人愿意承担一切责任。 承诺人： 年 月 日 数学实验学习体会 （每个人必须要写字数1200字以上，占总成绩的20%） 练习1 一元函数的图形 1． 画出x y arcsin =的图象. 2． 画出x y sec =在],0[π之间的图象. 3． 在同一坐标系中画出x y =，2x y =，3 x y = ，3x y =，x y =的图象. 4． 画出3 2 3 2)1()1()(x x x f + +-=的图象，并根据图象特点指出函数)(x f 的奇偶性. 5． 画出)2ln(1++=x y 及其反函数的图象. 6． 画出3 21+=x y 及其反函数的图象.

练习2 函数极限 1．计算下列函数的极限. (1) x x x 4 cos 1 2 sin 1 lim 4 - + π → . 程序： sym x; f=(1+sin(2*x))/(1-cos(4*x)); limit(f,x,pi/4) 运行结果： lx21 ans = 1 (2). 程序： sym x; f=(1+cos(x))^(3*sec(x)); limit(f,x,pi/2) 运行结果： lx22 ans = exp(3) (3) 2 2 ) 2 ( sin ln lim x x x - π π → . 程序： sym x; f=log(sin(x))/(pi-2*x)^2; limit(f,x,pi/2) 运行结果： lx23 ans = -1/8 (4) 2 1 2 lim x x e x →. 程序： x x x sec 3 2 ) cos 1( lim+ π →

制动系统建模、仿真及ABS控制器设计word版本

制动系统建模、仿真及A B S控制器设计

目录 1. 动力学建模........................................................................................ - 0 - 2. 分段线性的轮胎模型 ....................................................................... - 0 - 3. 控制算法............................................................................................ - 1 - 4. 仿真流程及参数输入 ....................................................................... - 1 - 5. 实例分析............................................................................................ - 2 - 6. MATLAB 仿真过程.......................................................................... - 3 - 6.1.逻辑门限值控制器................................................................... - 3 - 6.2.模糊控制器............................................................................... - 7 - 6.2.1模糊控制器设计............................................................. - 7 - 6.2.2模糊控制matlab仿真过程 ............................................ - 8 - 6.3.PID控制器 ............................................................................. - 13 -

制动系统设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

1 选题的背景和意义 1.1 选题的背景 在全球面临着能源和环境双重危机的严峻挑战下世界各国汽车企业都在寻求新的解决方案一一如开发新能源技术，发展新能源汽车等等然而. 新能源汽车在研发过程中已出现!群雄争霸的局面在能源领域. 有压缩天然气，液化石油气，煤炼乙醇，植物乙醇，生物乙醇，，生物柴油，甲醇，二甲醚，合成油等等新能源动力汽车在转换能源方面有燃料电池汽车氢燃料汽车纯电动汽车轮毅电机车等等。选择哪种新能源技术作为未来汽车产业发展的主要方向是摆在中国汽车行业面前的重要课题。据有关专家分析进入新世纪以来，以汽车动力电气化为主要特征的新能源电动汽车技术突飞猛进。其中油电混合动力技术逐步进入产业化锂动力电池技术取得重大突破。新能源电动汽车技术的变革为我国车用能源转型和汽车产业化振兴提供了历史机遇[1]。 作为 21 世纪最清洁的能源———电能，既是无污染又是可再生资源，因此电动汽车应运而生，随着人民生活水平和环保觉悟的提高电动汽车越来越受到广泛关注[2]。传统车辆的转向、驱动和制动都通过机械部件连接来操纵，而在电动汽车中，这些系统操纵机构中的机械部件（包括液压件）有被更紧凑、反应更敏捷的电子控制元件系统所取代的趋势。加上四轮能实现± 90°偏转的四轮转向技术，车辆可实现任意角度的平移，绕任意指定转向点转向以及进行原地旋转。线控和四轮转向的有机结合，是当今汽车新技术领域的一大亮点，其突出特点就是操纵灵活和行驶稳定[3]。轮毂电机驱动电动车以其节能环保高效的特点顺应了当今时代的潮流，全方位移动车辆是解决日益突出的城市停车难问题的重要技术途径，因此，全方位移动的线控转向轮毂电机驱动电动车是未来先进车辆发展的主流方向之一。全方位移动车辆可实现常规行驶、沿任意方向的平移、绕任意设定点、零半径原地转向等转向功能[4]。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 电动汽车的出现得益于19世纪末电池技术和电机技术的发展较内燃机成熟，而此时石油的运用还没有普及，电动车辆最早出现在英国，1834年Thomas Davenport 在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车，此车的出现比世界上第一部内燃机型的汽车(1885年)早了半个世纪。1873年英国人Robert Davidson制造的一辆三轮车，它由一块铁锌电池向电机提供电力，这被认为是电动汽车的诞生，这也比第一部内燃机型的汽车早出现了13年。到了1881年，法国人Gustave Trouve 使用铅酸电池制造了第一辆能反复充电的电动汽车。此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置，据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有

matlabsimulink初级教程

S i m u l i n k仿真环境基础学习Simulink是面向框图的仿真软件。 7.1演示一个Simulink的简单程序 【例7.1】创建一个正弦信号的仿真模型。 步骤如下： (1)在MATLAB的命令窗口运行simulink命令，或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink模块库浏览器(SimulinkLibraryBrowser)窗口，如图7.1所示。

图7.1Simulink界面 (2)单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。 (3)在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source)，或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入源模块。 (4)用鼠标单击所需要的输入信号源模块“SineWave”(正弦信号)，将其拖放到的空白模型窗口“untitled”，则“SineWave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠标选中“SineWave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“addto'untitled'”命令，就可以将“SineWave”模块添加到untitled窗口，如图7.2所示。

(5) Scope ”模块(示波器)拖放到“untitled ”窗口中。 (6)在“untitled ”窗口中，用鼠标指向“SineWave ”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向“Scope ”模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，一个简单模型已经建成。如图7.3所示。 (7)开始仿真，单击“untitled ”模型窗口中“开始仿真”图标 ，或者选择菜单“Simulink ”——“Start ”，则仿真开始。双击“Scope ” 模块出现示波器显示屏，可以看到黄色的正弦波形。如图7.4所示。 图7.2Simulink 界面

汽车理论图形MATLAB程序

功率平衡图 m=1230;g=9.8; ig=[3.615 2.053 1.393 1.031 0.837]; i0=3.75; r=0.31;yt=0.9;f=0.017;CD=0.31;A=2.2; np=6000;Pemax=83; %绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图 for i=1:56; n=500:100:6000; Pe(i)=Pemax*(n(i)/np+(n(i)/np)^2-(n(i)/np)^3); Tq(i)=9549*Pe(i)/n(i); end for j=1:5 for i=1:56 Ft(i,j)=Tq(i)*ig(j)*i0*yt/r; ua(i,j)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0); Fz(i,j)=m*g*f+CD*A*(ua(i,j)^2)/21.15; end end figure plot(ua,Ft,ua,Fz); title('汽车驱动力与行驶阻力平衡图'); xlabel('ua(km/h)'); ylabel('Ft(N)'); text(20,6700,'Ft1'); text(40,4000,'Ft2'); text(50,2800,'Ft3'); text(80,2000,'Ft4'); text(100,1600, 'Ft5'); text(100,800,'Ff+Fw'); for k=1:56; n=500:100:6000; Pe(k)=Pemax*(n(k)/np+(n(k)/np)^2-(n(k)/np)^3); Tq(k)=9549*Pe(k)/n(k); Ft(k)=Tq(k)*ig(4)*i0*yt/r; ua(k)=0.377*r*n(k)/(ig(4)*i0); Fz(k)=m*g*f+CD*A*(ua(k)^2)/21.15; E(k)=abs((Ft(k)-Fz(k))); end [Emin,kmin]=min(E); Umax=ua(kmin)

制动系统建模、仿真及ABS控制器设计

目录 1. 动力学建模....................................................................................... - 1 - 2. 分段线性的轮胎模型 ...................................................................... - 1 - 3. 控制算法........................................................................................... - 2 - 4. 仿真流程及参数输入 ...................................................................... - 2 - 5. 实例分析........................................................................................... - 3 - 6. MATLAB 仿真过程......................................................................... - 3 - 6.1.逻辑门限值控制器 ................................................................... - 3 - 6.2.模糊控制器 ............................................................................... - 7 - 6.2.1模糊控制器设计 .............................................................. - 7 - 6.2.2模糊控制matlab仿真过程 ............................................. - 8 - 6.3.PID控制器.............................................................................. - 12 -

基于MATLAB的汽车制动系统设计与分析软件开发.

基于MAT LAB 的汽车制动系统 3 设计与分析软件开发 孙益民(上汽汽车工程研究院 【摘要】根据整车制动系统开发需要, 利用MAT LAB 平台开发了汽车制动系统的设计和性能仿真软件。 该软件用户界面和模块化设计方法可有效缩短开发时间, 提高设计效率。并以上汽赛宝车为例, 对该软件的可行性进行了验证。 【主题词】制动系汽车设计 统分成两个小闭环系统, 使设计人员更加容易把 1引言 制动性能是衡量汽车主动安全性的主要指标。如何在较短的开发周期内设计性能良好的制动系统一直是各汽车公司争相解决的课题。 本文拟根据公司产品开发工作需要, 利用现有MA T LAB 软件平台, 建立一套面向设计工程师, 易于调试的制动开发系统, 实现良好的人机互动, 以提高设计效率、缩短产品开发周期。 握各参数对整体性能的影响, 使调试更具针对性。 其具体实施过程如图1所示。 3软件开发

与图1所示的制动系统方案设计流程对应, 软件开发也按照整车参数输入、预演及主要参数确定, 其他参数确定和生成方案报告4个步骤实现。3. 1车辆参数输入 根据整车产品的定位、配置及总布置方案得出空载和满载两种条件下的整车质量、前后轴荷分配、质心高度, 轮胎规格及额定最高车速。以便获取理想的前后轴制动力分配及应急制动所需面临的极限工况。 3. 2预演及主要参数确定 在获取车辆参数后, 设计人员需根据整车参数进行制动系的设计, 软件利用MAT LAB 的G U I 工具箱建立如图2所示调试界面。左侧为各主要参数, 右侧为4组制动效能仿真曲线, 从曲线可以查看给定主要参数下的制动力分配、同步附着系数、管路压力分配、路面附着系数利用率随路况的变化曲线, 及利用附着系数与国标和法规的符合现制动器选型、性能尺寸调节, 查看液压比例阀、感载比例阀、射线阀等多种调压工况的制动效能, 并通过观察了 2汽车制动系统方案设计流程的优化 从整车开发角度, 制动系统的开发流程主要包括系统方案设计、产品开发和试验验证三大环节。制动系统的方案设计主要包含结构选型、参数选择、性能仿真与评估, 方案确定4个环节。以前, 制动系统设计软件都是在完成整个流程后, 根据仿真结果对初始设计参数修正。因此, 设计人员往往要反复多次方可获得良好的设计效果, 而且, 在调试过程中, 一些参数在特定情况下的相互影响不易在调试中发现, 调试的尺度很难把握。 本文将整车设计流程划分为两个阶段:主要参数的预演和确定、其他参数的预演和参数确定。即根据模块化设计思想, 将原来一个闭环设计系 收稿日期:2004-12-27 3本文为上海市汽车工程学会2004年(第11届学术年会优秀论文。

matlab电力电子仿真教程

MATLAB在电力电子技术中的应用 目录 MATLAB在电力电子技术中的应用 (1) MATLAB in power electronics application (2) 目录 (4) 1绪论 (6) 1.1关于MATLAB软件 (6) 1.1.1MATLAB软件是什么 (6) 1.1.2MATLAB软件的特点和基本操作窗口 (7) 1.1.3MATLAB软件的基本操作方法 (10) 1.2电力电子技术 (12) 1.3MATLAB和电力电子技术 (13) 1.4本文完成的主要内容 (14) 2MATLAB软件在电路中的应用 (15) 2.1基本电气元件 (15) 2.1.1基本电气元件简介 (15) 2.1.2如何调用基本电器元件功能模块 (17) 2.2如何简化电路的仿真模型 (19) 2.3基本电路设计方法 (19) 2.3.1电源功能模块 (19) 2.3.2典型电路设计方法 (20) 2.4常用电路设计法 (21) 2.4.1ELEMENTS模块库 (21) 2.4.2POWER ELECTRONICS模块库 (22) 2.5MATLAB中电路的数学描述法 (22) 3电力电子变流的仿真 (25) 3.1实验的意义 (25) 3.2交流-直流变流器 (25)

3.2.1单相桥式全控整流电路仿真 (26) 3.2.2三相桥式全控整流电路仿真 (38) 3.3三相交流调压器 (53) 3.3.1无中线星形联结三相交流调压器 (53) 3.3.2支路控制三角形联结三相交流调压器 (59) 3.4交流-交流变频电路仿真 (64) 3.5矩阵式整流器的仿真 (67)