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汽车电子ABS系统的仿真与研究 摘要 汽车的行驶安全性是汽车工业关注的焦点之一，防抱制动系统（ABS，Anti- lock Braking System）作为一种性能优良的主动安全装置可大大降低交通事故的发 生率。欧美等国家都将其作为汽车的标准配置，而我国ABS的研究工作才刚起 步。我国的ABS检验主要依靠装车道路试验，需要耗费大量财力、人力与时间， 缺乏高效、准确的室内检测手段。因此找到一条快速、节约的研究ABS的开发方 法，对汽车工业有着非常重要的现实意义。 本课题通过研究汽车动力学模型，搭建了汽车防抱死制动系统的仿真实验平 台，在ABS仿真实验平台上，通过试验验证ABS控制软硬件的正确性。 课题通过对汽车动力学的研究分析，采用MATLAB7.0仿真软件搭建了汽车仿 真研究的数学模型，包括简化的单轮车辆系统模型、轮胎模型和制动器模型。系统 模型输出的轮速信号，通过DDE方式实现仿真数据传输，利用PCI数据采集板卡 作为仿真计算机系统与ABS控制器（ECU）的通讯接口。由于仿真实验平台要模 拟实际轮速传感器输出的正弦波信号，根据DDS原理，利用VB软件开发的 ActiveX控件，开发了可变频正弦波形发生器，使仿真实验平台输出信号为频率与 轮速成正比的正弦波。 根据现有条件，利用计算机组态王软件搭建了ABS控制器（ECU）软环境， 实现ABS ECU硬件的功能。选取逻辑门限值算法为ECU的控制算法，通过逻辑 分析比较，判断车轮状态，从而输出相应的控制指令，返回到ABS仿真实验平 台。实现了对ABS控制器进行仿真的闭环检测平台。 通过ABS仿真试验平台得到的仿真试验数据，验证所开发的ABS仿真检测系 统的正确性和可靠性。比较常规制动与防抱制动的不同效果，分析装车道路试验与 仿真检测的结果，从而分析影响系统的主要因素，并进行ABS仿真实验平台的修 正。 关键词：防抱制动系统；仿真；汽车动力学；MATLAB；计算机2 目录 摘要...............................................................................................................................................1 ABSTRACT..........................................................................................................................................2 1课题研究综述...................................................................................................................................1 1.1前言............................................................................................................................................1 1.2课题研究的背景和意义...........................................................................................................1 1.3目前ABS国内外发展现状.....................................................................................................2 1.3.1 ABS的发展方向...............................................................................................................2 1.3.2国内外ABS及其检测技术的发展历史.......................................................................3 1.4计算机仿真技术.......................................................................................................................5 1.4.1汽车ABS硬件半物理仿真平台....................................................................................5 1.4.2 ABS模拟试验台的基本分类..........................................................................................7 1.5课题研究的内容和特点...........................................................................................................8 2汽车电子ABS原理.........................................................................................................................9 2.1 ABS的主要装置.......................................................................................................................9 2.1.1速度传感器.....................................................................................................................10 2.1.2电子控制器.....................................................................................................................12 2.1.3压力调节器.....................................................................................................................12 2.2 ABS控制原理.........................................................................................................................14 2.2.1防抱死控制的基本原理................................................................................................14 2.2.2防抱死控制的控制机理................................................................................................16 2.3 ECU控制机理.........................................................................................................................17 2.3.1 ECU的控制原理.............................................................................................................18 2.3.2 ECU的控制算法.............................................................................................................21 2.4 ABS控制性能的评价方法....................................................................................................22 2.4.1道路试验评价测定方法 [22] ............................................................................................22 2.4.2基于制动效率的评价方法 [22] ........................................................................................22 2.4.3基于制动距离的评价方法 [22] ........................................................................................23 2.4.4基于制动性能的评价方法 [22] ........................................................................................23 2.4.5各种评价方法的比较 [22] 3.3 MATLAB软件平台................................................................................................................26 3.3.1 MATLAB介绍................................................................................................................26 3.3.2集成的系统设计环境....................................................................................................27 3.3.3 SIMULINK动态系统模型............................................................................................27 3.3.4 SIMULINK进行车辆动力学系统建模的优点...........................................................28 3.4 MATLAB外部接口方式.......................................................................................................28 3.4.1 MATLAB数据采集工具箱...........................................................................................29 3.4.2 MATLAB COM（组件对象模型）组件.....................................................................29 3.4.3 MATLAB MEX文件.....................................................................................................30 3.4.4 MATLAB与Excel接口................................................................................................31 3.4.5 MATLAB DDE接口......................................................................................................32 3.5 MATLAB M文件...................................................................................................................34 3.5.1脚本式M文件及其调用...............................................................................................35 3.5.2函数M文件及其调用...................................................................................................35 4 DDS技术实现变频正弦信号........................................................................................................37 4.1直接数字合成（DDS）介绍................................................................................................37 4.1.1 DDS的基本原理.............................................................................................................37 4.1.2 DDS的基本结构.............................................................................................................39 4.1.3相位累加器.....................................................................................................................40 4.1.4正弦查询表.....................................................................................................................41 4.1.5 DDS调频方法.................................................................................................................41 4.1.6 DDS信号源的性能指标................................................................................................41 4.1.7 DDS的优点及局限性....................................................................................................42 4.2基于DDS技术的正弦波形发生器设计..............................................................................44 4.2.1正弦查询表.....................................................................................................................44 5汽车ABS仿真实验平台的设计与开发.....................................................................................46 5.1基于汽车电子ABS仿真实验平台的设计思路.................................................................46 5.2汽车ABS系统模型的搭建...................................................................................................48 5.2.1简化的单轮车辆系统子模块........................................................................................49 5.2.2轮胎子模块.....................................................................................................................51 5.3 MATLAB模型输出与硬件接口...........................................................................................54 5.3.1 MATLAB通过DDE方式与组态王通讯....................................................................55 5.3.2 M文件实现仿真实验平台数据传输............................................................................56 5.4组态王环境实现仿真结果的传输........................................................................................57 5.4.1组态王中DDE的使用方法..........................................................................................583 5.4.2组态王硬件接口.............................................................................................................58 5.4.3仿真实验平台组态王环境............................................................................................60 5.4.4利用VB创建ActiveX控件.........................................................................................62 5.5 ABS ECU软环境....................................................................................................................63 5.5.1 ECU控制算法选取........................................................................................................64 参考文献........................................................................................................................................72 在学研究成果.....................................................................................................................................75 致谢.............................................................................................................................................761

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