基于CarSim与Simulink车辆防抱死系统仿真分析

姜宏霞 刘垚均 张涵

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 引言

汽车防抱死系统（简称ABS），是通过传感器检测车轮每一瞬时运动状态，自动控制制动力的大小，防止车辆出现抱死现象，保证车辆与地面处于最大的附着力，尤其是车辆处于不同摩擦系数路面，ABS系统可以明显的维持方向盘稳定性和缩短制动距离，有效提高行车安全。

由于ABS系统应用日趋广泛，且只能通过主观评价去测评ABS对整车的性能影响，调试周期长，效率低，故对ABS控制模块的研究及其在整车紧急制动仿真工况中的模拟尤为重要。

2 汽车防抱死系统结构及控制策略

2.1 ABS系统结构组成

ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。其系统原理结构图如图1所示，车速传感器分别安装前后四个车轮上，当ABS启动工作时，ECU接收车轮轮速信息，各个车轮的制动压力 通过ECU根据各个车轮的速度来控制，车轮液压控制单元接受控制信号对车轮分泵的压力进行调节。

2.2 ABS工作原理

ABS的工作原理是依靠车速传感器和轮速传感器检测车速和轮速状态，并由电子控制单元计算出实际的车辆滑移率，再通过电磁阀增减制动器的制动力，来控制汽车在车轮紧急制动过程中的实际运动状态，从而使车轮始终保持在最佳的紧急制动状态下，获得最佳制动效果[1]。

2.3 ABS控制策略

在制动主缸/轮缸压力和车速/轮速控制模块中写入ABS的PID控制策略，其策略是以紧急制动时轮胎所期望达到的滑移率为控制目标，通过轮速与车速传感器收集汽车车速、转速信号，同时计算出各车轮轮胎滑移率，并与期望目标滑移率进行比较分析，计算出二者的偏差，并将其输入量输入给PID控制器，在控制的过程中不断的调整PID各个参数值，从而使得制动力大小、实际滑移率也相应改变，反复调节控制参数，最终使实际滑移率处于最佳滑移率附近[2]，使汽车在最佳滑移率所对应的地面制动力下进行制动。

图1 ABS系统结构图

3 建立基于CarSim与Simulink联合仿真模型

3.1 建立CarSim整车模型，

建立的CarSim整车模型如下图2所示。

3.2 建立CarSim与Simulink联合仿真的模型

3.2.1 创建紧急制动仿真工况

参数设置按照以下步骤进行：

（1）速度控制

输入初始速度65km/h。

（2）制动控制

输入时间与制动压力的关系曲线，设置0.2s后紧急制动。

（3）路面轨迹

选择对开路面，选择Ground and Roads->Road：3D Surface（All Properties）->straight ->split mu。

（4）仿真时间

输入仿真开始0s和结束时间10s。

（5）建立结果输出变量

添加输出变量：侧向加速度、转向盘转角、横摆角速度、车速、车身侧倾角、轮速等。

3.2.2 建立CarSim与Simulink的导入导出变量

（1）创建CarSim导入变量

定义CarSim导入变量：IMP_PBK_L1、IMP_PBK_R1、IMP_PBK_L2、IMP_PBK_R2，其参数分别为四个车轮的轮缸压力Mpa。

图2 CarSim整车模型

（2）创建CarSim导出变量

定义CarSim的导出变量：Vx_L1、Vx_R1、Vx_L2、Vx_R2、 Vx_SM、Pbk_Con其参数分别为四个车轮轮速km/h，汽车质心处的速度km/h、 主缸压力的控制输入MPa。

3.3 运行CarSim与Simulink联合仿真模型

在制动主缸及轮缸压力控制模块和车速及轮速控制模块中对ABS控制策略进行修改并运行，如图3所示。

4 仿真结果分析

在针对车辆防抱死制动系统测试的双路面紧急制动测试工况下，对于有无ABS控制进行仿真，仿真结果如图4、图5所示，通过对比分析可以明显的看出，加入ABS后，使车辆具有很好的稳定性能，无ABS，车辆横摆角变化特别大，很容易造车车辆侧翻。

图3 CarSim与Simulink联合仿真的ABS控制模型

图4 有ABS和无ABS时车辆的制动情景

图5 有无ABS部分曲线图

5 结语

在本文中，主要是介绍关于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导入带有自定义的输入输出汽车模型，进行ABS算法搭建，在基于某乘用车车体，悬架KC特性，轮胎等等模块的基础上搭建相应的控制算法，并比较在双路面紧急制动霞有无ABS控制的汽车运行情况，为产品开发调试阶段提供有力的理论依据，大大缩短产品开发周期，减少试验成本。