答辩报告-熊五沅课件

ABS汽车制动性能模拟计算汽车制动性能模拟计算与评价研究与评价研究姓名：熊五沅学院：机电工程学院专业：车辆工程导师：李骏 教授日期：2012年12月23日华东交通大学硕士学位论文答辩报告华东交通大学硕士学位论文答辩报告主要内容主要内容一、课题来源一、课题来源二、研究现状二、研究现状三、研究的目的与意义三、研究的目的与意义四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算六、六、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价七、取得的成果与展望七、取得的成果与展望一、课题来源一、课题来源 本文课题来源于本文课题来源于江西省交通厅科技江西省交通厅科技项目项目(2010T00482010T0048)“事故车辆检测鉴定事故车辆检测鉴定技术与规程研究技术与规程研究”。二、研究现状二、研究现状 目前，对于装备目前，对于装备ABS 的汽车，其制动性能的汽车，其制动性能的理论研究主要集中在两个方面：的理论研究主要集中在两个方面：一是侧重于控制算法或策略对一是侧重于控制算法或策略对ABS车辆制动性车辆制动性能的比较研究；能的比较研究；二是应用动力学建模的方法，借助软件进行仿二是应用动力学建模的方法，借助软件进行仿真分析。真分析。很少有文献涉及到汽车很少有文献涉及到汽车ABS性能在性能在制动胎印制动胎印上上的分析与讨论。的分析与讨论。三、研究的目的与意义三、研究的目的与意义n 研究的目的研究的目的：在路上我们经常可以看到如图所示的在路上我们经常可以看到如图所示的ABS汽车制动胎印。汽车制动胎印。汽车汽车ABS的性能好坏有差异，制动时在道路上留下的胎印也不同。本文通过建立的性能好坏有差异，制动时在道路上留下的胎印也不同。本文通过建立ABS汽车制动性能理论计算公式汽车制动性能理论计算公式和和设置滑动率与颜色深浅设置滑动率与颜色深浅的关系，获得的关系，获得依据制动胎印依据制动胎印对对ABS汽车制动性能进行评价的方法汽车制动性能进行评价的方法，从而对，从而对ABS汽车制动性能进行评价分析。汽车制动性能进行评价分析。n研究的意义研究的意义：理论意义理论意义：丰富了汽车制动性能评价的理：丰富了汽车制动性能评价的理论研究。论研究。实践意义实践意义：有助于检测机构对有助于检测机构对ABSABS汽车的制汽车的制动性能进行评价及进行道路交通事故分析。动性能进行评价及进行道路交通事故分析。三、研究的目的与意义三、研究的目的与意义四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理 1 1）ABS的组成（的组成（2.22.2节）节）2 2）ABS的类型的类型（2.32.3节）节）4 4）典型典型ABS系统系统（2.52.5节）节）3 3）ABS工作原理及过程（工作原理及过程（2.42.4节）节）汽车防抱死制动系统是在传统的制动系统基础上发展起来的，汽车防抱死制动系统是在传统的制动系统基础上发展起来的，除原有的传统常规制动装置外，一般都是由除原有的传统常规制动装置外，一般都是由传感器传感器、电子控制单电子控制单元元和和制动压力调节器制动压力调节器三部分组成。三部分组成。四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理n ABS的组成（的组成（2.22.2节）节）ABS系统主要组成及其功能，如下表所示：系统主要组成及其功能，如下表所示：ABS系统主要组成组 成 元 件元 件 功 能轮速传感器检测车轮转速，给ECU提供轮速信号，各种控制方式均适用制动压力调节器受ECU控制，在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；在循环式制动压力调节器调节压力降低的过程中，将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵压回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化电子控制单元ECU接收车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判别、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作 针对针对ABS系统按照传感器的数量和控制通道数目，可以分为七系统按照传感器的数量和控制通道数目，可以分为七种型式，它们的性能比较如下表所示：种型式，它们的性能比较如下表所示：四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理n ABS的类型的类型（2.32.3节）节）类型性能四传感器四通道四轮独立控制制动距离和操纵性最好，不对称路面上制动稳定性较差.易跑偏四传感器四通道前轮独立后轮选择控制操纵性、稳定性较好，制动效能稍差。四传感器三通道/前轮独立后轮低选择控制操纵性、稳定性较好，制动效能稍差。三传感器三通道前轮独立-后轮低选择控制操纵性、稳定性较好，制动效能稍差四传感器二通道前轮独立控制后轮制动力稍有降低，效能稍有下降后轮侧滑较大。四传感器二通道前轮独立后轮选择控制接近三通道或四通道系统的控制效果制动效能稍差一传感器一通道后轮近似低选择控制对前轮无控制，易抱死，转向操纵性差，制动距离较长。四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理n ABS工作原理及过程（工作原理及过程（2.42.4节）节）ABS工作原理（工作原理（2.4.1节）节）ABS基本原理是通过基本原理是通过传感器传感器将采集的信号传送到将采集的信号传送到电子控制装置电子控制装置，根，根据这些信号判断车轮的运动状态（车轮减速度太快，或者是车轮即将抱死）据这些信号判断车轮的运动状态（车轮减速度太快，或者是车轮即将抱死），然后发送信号到，然后发送信号到液压调节器液压调节器，液压调节器根据信号来自动调节油压（作，液压调节器根据信号来自动调节油压（作用，保持，释放，重新作用）。液压调节器对制动压力的调节每秒可以出用，保持，释放，重新作用）。液压调节器对制动压力的调节每秒可以出现现10次以上。次以上。四、防抱制动系统的基本组成及工作原理四、防抱制动系统的基本组成及工作原理n ABS工作原理及过程（工作原理及过程（2.42.4节）节）ABS工作过程（工作过程（2.4.2节）节）n 典型典型ABS系统系统（2.52.5节）节）介绍了奥迪介绍了奥迪200汽车、奇瑞汽车、通用汽车的汽车、奇瑞汽车、通用汽车的ABS系统。系统。ABS工作过程可以分为常规制动阶段、制动压力保持阶段、制动压力工作过程可以分为常规制动阶段、制动压力保持阶段、制动压力减小阶段和制动压力增大阶段。减小阶段和制动压力增大阶段。五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算1）通过）通过汽车理论汽车理论，得到汽车制动性能的理论计，得到汽车制动性能的理论计算公式。算公式。2）在）在课题组课题组的研究基础上，细化了的研究基础上，细化了ABS汽车制汽车制动性能理论计算模型（引入动性能理论计算模型（引入时间变量时间变量，可以体，可以体现各参数在制动过程中随时间的变化）。现各参数在制动过程中随时间的变化）。五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算n1 1）汽车理论计算公式（）汽车理论计算公式（3.23.2节）节）计算模型（计算模型（3.2.1节）节）汽车的制动过程可以分为四个阶段汽车的制动过程可以分为四个阶段:驾驶员反应阶段（驾驶员反应阶段（t1）、制动器起作用阶段）、制动器起作用阶段（t2）、持续制动阶段（）、持续制动阶段（t3）和放松制动器阶段（）和放松制动器阶段（t4）。制动距离是指开始踩着制动）。制动距离是指开始踩着制动踏板到完全停车的距离，包括踏板到完全停车的距离，包括制动器起作用制动器起作用和和持续制动持续制动两个阶段中汽车驶过的距离两个阶段中汽车驶过的距离。五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算n1 1）汽车理论计算公式（）汽车理论计算公式（3.23.2节）节）计算公式（计算公式（3.2.2节）节）s-制动距离；制动距离；t2-制动系统反应时间制动系统反应时间；t2-制动器制动力增长时间；制动器制动力增长时间；abmax-最大制动减速度；最大制动减速度；u0-起始制动车速。起始制动车速。由汽车理论，得到由汽车理论，得到制动距离制动距离计算公式：计算公式：n2 2）ABSABS汽车制动性能理论计算模型（汽车制动性能理论计算模型（3.33.3节）节）制动模型（制动模型（3.3.1节）节）五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算 装有装有ABS的汽车其制动过程与没有装备的汽车其制动过程与没有装备ABS汽车的差别在于汽车的差别在于持续制动阶段持续制动阶段。本文考虑本文考虑ABS系统参数对汽车制动性能的影响，即考虑制动器的系统参数对汽车制动性能的影响，即考虑制动器的压力调节频率压力调节频率（）和和调节幅值（调节幅值（），并用，并用余弦函数余弦函数模拟模拟ABS的制动压力调节过程，建立的制动压力调节过程，建立ABS汽车制动模型，如图所示。汽车制动模型，如图所示。五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算汽车理论（无汽车理论（无ABS）计算公式）计算公式n3)3)在计算公式中引入时间变量在计算公式中引入时间变量t t 制动减速度制动减速度 速度速度制动距离制动距离附着系数附着系数速度速度制动距离制动距离t-持续制动时间变量持续制动时间变量。ABS汽车制动性能计算公式汽车制动性能计算公式五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算 根据建立的制动性能理论模型，采用根据建立的制动性能理论模型，采用MATLABMATLAB软件对所推导的计算软件对所推导的计算公式进行仿真，并对仿真数据进行分析。公式进行仿真，并对仿真数据进行分析。根据前面计算模型中的参数分析，取重力加速度根据前面计算模型中的参数分析，取重力加速度g=9.8 m/s2g=9.8 m/s2；制动系统；制动系统反应时间反应时间t2=0.02s=0.02s，制动器制动力增长时间，制动器制动力增长时间t2=0.2s=0.2s；最佳滑动率；最佳滑动率s sp p=0.2=0.2；仿真频率为仿真频率为=62.8rad/s=62.8rad/s，制动减速度波动幅值，制动减速度波动幅值=0.5=0.5；高附着系数路面的峰；高附着系数路面的峰值附着系数值附着系数p=0.8=0.8、滑动附着系数、滑动附着系数s=0.7=0.7，低附着系数路面的峰值附着系数，低附着系数路面的峰值附着系数p为为0.40.4、滑动附着系数、滑动附着系数s为为0.30.3；取仿真初始车速取仿真初始车速u0=50 km/h=50 km/h（低速）（低速）和和100 km/h100 km/h（高速），仿真步长为（高速），仿真步长为0.010.01。nABSABS汽车制动性能计算（汽车制动性能计算（3.43.4节）节）参数选取参数选取 模拟分四种情况进行，包括高附着系数路面高速制动、高附着系数路面模拟分四种情况进行，包括高附着系数路面高速制动、高附着系数路面低速制动、低附着系数路面高速制动和低附着系数路面低速制动。低速制动、低附着系数路面高速制动和低附着系数路面低速制动。典型路面制动性能模拟典型路面制动性能模拟四种情况的模拟结果如下。四种情况的模拟结果如下。（1）100 km/h无无ABS制动模拟结果制动模拟结果五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算n模拟数据分析（模拟数据分析（3.53.5节）节）参数高附着系数（0.8）低附着系数（0.4）制动时间（s）7.9018.70制动距离（m）59.56134.55（2）100 km/h有有ABS制动模拟结果制动模拟结果参数高附着系数（0.8）低附着系数（0.4）制动时间（s）3.567.47制动距离（m）54.06108.26（3）50 km/h无无ABS制动模拟结果制动模拟结果（4）50 km/h无无ABS制动模拟结果制动模拟结果参数高附着系数（0.8）低附着系数（0.4）制动时间（s）3.859.25制动距离（m）15.7234.47参数高附着系数（0.8）低附着系数（0.4）制动时间（s）1.733.68制动距离（m）14.3227.85五、五、ABS汽车制动性能理论模型与计算汽车制动性能理论模型与计算n模拟数据分析（模拟数据分析（3.53.5节）节）从上述模拟结果可以看出：高附着系数路面从上述模拟结果可以看出：高附着系数路面上制动有上制动有ABS的制动时间和制动距离比无的制动时间和制动距离比无ABS的的制动结果都有所减少，制动距离减少相对比较小，制动结果都有所减少，制动距离减少相对比较小，制动时间的减少比较明显。制动时间的减少比较明显。50 km/h有有ABS的制的制动距离为动距离为14.32 m，无，无ABS的制动距离为的制动距离为15.72 m，数据与实际吻合，数据与实际吻合，验证了计算模型的准确性。验证了计算模型的准确性。六、六、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n1)1)制动痕迹模拟（制动痕迹模拟（4.24.2节）节）n2)2)不同不同ABSABS参数制动痕迹的比较（参数制动痕迹的比较（4.34.3节）节）n3)3)基于制动痕迹的基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）仿真过程：仿真过程：将理论计算得到的制动距离公式、滑动率公式进行模拟，得到制动将理论计算得到的制动距离公式、滑动率公式进行模拟，得到制动距离曲线和滑动率曲线，再将得到的制动距离曲线和滑动率曲线进行拟合，得到滑动距离曲线和滑动率曲线，再将得到的制动距离曲线和滑动率曲线进行拟合，得到滑动率率-制动距离曲线。通过设置滑动率与颜色深浅的关系，将得到的滑动率制动距离曲线。通过设置滑动率与颜色深浅的关系，将得到的滑动率-制动距离曲线制动距离曲线模拟出模拟出ABS汽车的制动痕迹。汽车的制动痕迹。六、六、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n1 1）制动痕迹模拟（）制动痕迹模拟（4.24.2节）节）仿真流程图仿真流程图五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n1 1）制动痕迹模拟（）制动痕迹模拟（4.24.2节）节）制动痕迹制动痕迹ABS汽车制动痕迹（u0=50km/h、=0.5）在制动痕迹仿真图中出现的在制动痕迹仿真图中出现的黑白相间黑白相间的条纹，滑动率越大，制动痕迹颜色的条纹，滑动率越大，制动痕迹颜色越深；滑动率越小，制动痕迹颜色越浅，相间的黑白色条纹代表越深；滑动率越小，制动痕迹颜色越浅，相间的黑白色条纹代表ABS的一个制的一个制动循环。动循环。本节主要对不同的本节主要对不同的制动减速度变化幅值制动减速度变化幅值（0.25、0.5、0.75），在高），在高附着系数路面（附着系数路面（峰值附着系数峰值附着系数p=0.8=0.8、滑动附着系数、滑动附着系数s=0.7=0.7），），进行制动进行制动痕迹的模拟。仿真初始车速为痕迹的模拟。仿真初始车速为50 km/h、80 km/h、100 km/h。五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n2 2）不同）不同ABSABS参数制动痕迹的比较（参数制动痕迹的比较（4.34.3节）节）仿真结果仿真结果选取相同仿真初始车速、不同制动减速度变化幅值选取相同仿真初始车速、不同制动减速度变化幅值的制动痕迹进行比较的制动痕迹进行比较。（1）仿真初始车速为）仿真初始车速为50 km/h，制动减速度变化幅值，制动减速度变化幅值为为0.25、0.5、0.75的制动痕迹的制动痕迹=0.25=0.5=0.75五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n2 2）不同）不同ABSABS参数制动痕迹的比较（参数制动痕迹的比较（4.34.3节）节）（2）仿真初始车速为）仿真初始车速为80 km/h，制动减速度变化幅值，制动减速度变化幅值为为0.25、0.5、0.75的制动痕迹的制动痕迹=0.25=0.5=0.75 （3）仿真初始车速为）仿真初始车速为100 km/h，制动减速度变化幅值，制动减速度变化幅值为为0.25、0.5、0.75的制动痕迹的制动痕迹=0.25五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n2 2）不同）不同ABSABS参数制动痕迹的比较（参数制动痕迹的比较（4.34.3节）节）总结：总结：ABS汽车制动痕迹随着制动减速度变化幅值汽车制动痕迹随着制动减速度变化幅值的增大，颜色越来越的增大，颜色越来越来深。而且同一初始车速汽车的制动距离也不同（如下表所示），表现在来深。而且同一初始车速汽车的制动距离也不同（如下表所示），表现在汽车汽车ABS的制动性能有差异。的制动性能有差异。初始车速（km/h）=0.25的制动距离（m）=0.5的制动距离（m）=0.75的制动距离（m）5014.1314.3214.518034.6235.1135.6210053.2854.0654.86=0.75=0.5五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n3 3）基于制动痕迹的）基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）（1）根据制动痕迹推算制动初速度）根据制动痕迹推算制动初速度（2）根据制动痕迹计算）根据制动痕迹计算ABS的调节频率的调节频率（3）根据制动痕迹估算车轮滑动率的变化范围）根据制动痕迹估算车轮滑动率的变化范围五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n3 3）基于制动痕迹的）基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）（1）根据制动痕迹推算制动初速度根据制动痕迹推算制动初速度常规制动汽车起始制动车速常规制动汽车起始制动车速ABS汽车起始制动车速汽车起始制动车速（km/h）（km/h）计算公式计算公式五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n基于制动痕迹的基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）1、无、无ABS轿车道路试验检测结果如下表。轿车道路试验检测结果如下表。车型试验初速度（km/h）制动距离（m）制动协调时间（s）MFDD（m/s2）偏移量（m）制动时间（s）本田5316.60.2808.58未超出规定2.7 根据实验数据，确定参数值代入计算公式进行计算，得到初速度根据实验数据，确定参数值代入计算公式进行计算，得到初速度u0为为54.9km/h。与道路试验初速度。与道路试验初速度53km/h比较，误差为比较，误差为3.6%，这样的误差在研，这样的误差在研究过程中属于合理的误差范围，从而验证了理论计算方法是正确可行的。究过程中属于合理的误差范围，从而验证了理论计算方法是正确可行的。案例计算案例计算 选取一辆选取一辆无无ABS的轿车的轿车和和装有装有ABS的某乘用车的某乘用车在混凝土路面直线在混凝土路面直线制动的道路试验结果与理论计算结果进行比较。制动的道路试验结果与理论计算结果进行比较。把数据代入计算公式中计算，得到初速度把数据代入计算公式中计算，得到初速度u0为为51.2km/h。与道路试验初。与道路试验初始速度始速度46.1km/h相比，误差为相比，误差为11.1%，对于理论研究来说这样的误差在合理，对于理论研究来说这样的误差在合理范围内，验证了理论计算方法是合理可行的。范围内，验证了理论计算方法是合理可行的。五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n基于制动痕迹的基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）2、有、有ABS乘用车道路试验检测结果如下表（部分）。乘用车道路试验检测结果如下表（部分）。时间（s）减速度（m/s2）时间（s）减速度（m/s2）时间（s）减速度（m/s2）0.0400.180.3606.850.6807.510.0800.520.4007.350.7206.770.1200.120.4408.330.7606.470.1600.390.4809.200.8006.010.2000.360.5208.840.8405.720.2400.340.5608.800.8806.090.2804.120.6008.580.9206.070.3206.150.6408.190.9606.01 道路试验的初始速度为道路试验的初始速度为46.1km/h，制动协调时间为，制动协调时间为0.250s，制动时间，制动时间2.520s，制动距离为，制动距离为15.6m。五、五、ABS汽车制动性能模拟分析与评价汽车制动性能模拟分析与评价n基于制动痕迹的基于制动痕迹的ABSABS汽车制动性能评价（汽车制动性能评价（4.44.4节）节）（2）根据制动痕迹计算）根据制动痕迹计算ABS的调节频率。的调节频率。（3）根据制动痕迹估算车轮滑动率的变化范围。）根据制动痕迹估算车轮滑动率的变化范围。通过制动痕迹与设定的滑动率与颜色的关系进行对比，确定滑动率的通过制动痕迹与设定的滑动率与颜色的关系进行对比，确定滑动率的最大值和最小值，就可以估算出最大值和最小值，就可以估算出ABS起作用时的滑动率变化范围，即车轮起作用时的滑动率变化范围，即车轮在制动过程中的抱紧程度。在制动过程中的抱紧程度。建立制动痕迹深浅与滑动率关系的经验数据库，将使本文的研究成果建立制动痕迹深浅与滑动率关系的经验数据库，将使本文的研究成果更具实际应用价值。更具实际应用价值。根据制动痕迹得到汽车持续制动时间和根据制动痕迹得到汽车持续制动时间和ABS的制动循环总次数，就的制动循环总次数，就可以得到可以得到1秒内秒内ABS的调节次数，即的调节次数，即ABS的调节频率。的调节频率。取得的成果取得的成果六、取得的成果与展望六、取得的成果与展望推导建立了推导建立了ABS汽车的制动性能的理论计算公式。汽车的制动性能的理论计算公式。获得了汽车制动痕迹的模拟计算方法。获得了汽车制动痕迹的模拟计算方法。获得了依据制动痕迹对获得了依据制动痕迹对ABS汽车制动性能进行评价的方汽车制动性能进行评价的方法。法。展望展望七、取得的成果与展望七、取得的成果与展望 首先，本文没有对汽车的制动跑偏进行计算，没有涉首先，本文没有对汽车的制动跑偏进行计算，没有涉及到转弯制动、联合制动工况下的模拟计算与评价分析；及到转弯制动、联合制动工况下的模拟计算与评价分析；其次，更多的仿真实例和试验验证工作有待进一步的其次，更多的仿真实例和试验验证工作有待进一步的开展，参数的取值有待于进一步的优化；开展，参数的取值有待于进一步的优化；最后，建立的制动痕迹模拟方法的理论的深度和广度最后，建立的制动痕迹模拟方法的理论的深度和广度还有待进一步的研究。还有待进一步的研究。谢 谢！敬请各位专家、老师、同学们批评指正！敬请各位专家、老师、同学们批评指正！感谢我的导师李骏教授！感谢我的导师李骏教授！