这个例子展示了如何为防抱死制动系统(ABS)建立一个简单的模型。它模拟了车辆在硬制动条件下的动力学行为。该模型表示一个单轮,可以多次复制该单轮以创建多轮车辆的模型。
该模型使用Simulink®中的信号测井功能。金宝app模型记录信号到MATLAB®工作空间,您可以分析和查看它们。您可以在ModelingAnAntiLockBrakingSystemExample.m
看看这是怎么做到的。
在这个模型中,轮速是在一个单独的模型中计算的sldemo_wheelspeed_absbrake
.然后使用“Model”块引用该组件。请注意,顶部模型和引用模型都使用可变步长求解器,因此Simulink将跟踪引用模型中的零跨越。金宝app
车轮旋转的初始角速度,对应的车辆速度前的刹车应用。我们使用单独的积分器计算车轮角速度和车辆速度。我们使用两种速度来计算滑移,由式1确定。注意,我们引入了以角速度表示的车速(见下文)。
方程1
由公式可知,当车轮转速和车速相等时,滑移为零,当车轮被锁住时,滑移为1。一个理想的滑移值是0.2
,这意味着车轮转数等于0.8
乘相同车速下非制动工况转数。这最大限度地提高了轮胎和路面之间的附着力,并使可用的摩擦力使停车距离最小化。
轮胎和路面之间的摩擦系数,μ
,是滑移的经验函数,称为mu-滑移曲线。通过使用Simulink查找表将MATLAB变量传递到框图中,我们创建了muslip曲线。金宝app模型乘以摩擦系数,μ
,由于轮子的重量,W
,以屈服摩擦力,Ff
,作用于轮胎的圆周上。Ff
,除以车辆质量得到车辆的减速,该模型将其集成得到车辆的速度。
在这个模型中,我们使用了一个理想的防抱死制动控制器,它基于实际滑移和期望滑移之间的误差使用“bang-bang”控制。我们将期望的滑移值设置为mu-slip曲线达到峰值时的滑移值,这是最小制动距离的最佳值(见下面的注释)。
注:在实际车辆中,滑差不能直接测量,因此该控制算法不实用。本例中使用它来说明这种仿真模型的概念构造。像这样的模拟的真正工程价值是在解决实施的具体问题之前展示控制概念的潜力。
在模型窗口中双击Wheel Speed子系统以打开它。给定车轮滑移、期望的车轮滑移和轮胎扭矩,该子系统计算车轮角速度。
为了控制刹车压力的变化率,该模型从所需的滑移量中减去实际的滑移量,并将此信号输入到bang-bang控制(+1
或-1
,这取决于错误的符号)。这个开/关速率通过一个一级延迟,代表与制动系统的液压管路相关的延迟。该模型然后整合过滤率,以产生实际的制动压力。得到的信号,乘以活塞面积和相对于车轮的半径(Kf
),即施加在车轮上的制动扭矩。
模型将车轮上的摩擦力乘以车轮半径(Rr
)将路面的加速转矩施加在车轮上。将制动力矩减去,就得到车轮上的净力矩。用净扭矩除以车轮转动惯量,我
,产生车轮加速度,然后集成提供车轮速度。为了使车轮速度和车辆速度保持正,该模型中使用了有限的积分器。
在Simulation选项卡上单击运行来运行模拟。也可以通过执行sim(“sldemo_absbrake”)
在MATLAB命令。在这个模拟过程中ABS是打开的。
注意:模型将相关数据记录到一个名为MATLAB工作空间的结构中sldemo_absbrake_output
.记录信号有蓝色指示灯。在这种情况下你
和方案得到
被记录。在Simulink帮助中阅读更多关于信号记录的信息。金宝app
上面的图显示了ABS的仿真结果(对于默认参数)。第一个图显示了车轮角速度和相应的车辆角速度。从图中可以看出,在没有锁死的情况下,车轮速度保持在车速以下,车速在15秒内就会降至零。
为了得到更有意义的结果,考虑没有防抱死系统的车辆行为。在MATLAB命令行中,设置模型变量ctrl = 0
.这将断开滑脱反馈从控制器,导致最大制动。
ctrl = 0;
现在再次运行模拟。这将模型制动没有ABS。
在显示车辆速度和车轮速度的图中,观察车轮在大约7秒内锁住。从那一点开始,制动被应用在滑差曲线的非最佳部分。也就是说,当滑= 1
,就像滑移图显示的那样,轮胎在路面上滑得太厉害,以至于摩擦力降低了。
从下面的比较来看,这也许更有意义。在这两种情况下,车辆行驶的距离被标绘出来。如果没有防滑装置,汽车会多滑100英尺,需要大约3秒钟才能停下来。
关闭模式。关闭“轮速”子系统。清晰的记录数据。
这个模型展示了如何使用Simulink来模拟ABS控制器作用下的制金宝app动系统。本例中的控制器是理想化的,但您可以在其位置使用任何建议的控制算法来评估系统的性能。您还可以使用Simulink®Coder™金宝app与Simulink作为一个有价值的工具,以快速原型的提出的算法。C代码的生成和编译的控制器硬件,以测试概念车辆。通过在开发周期的早期启用实际测试,这大大减少了验证新想法所需的时间。
对于一个硬件在环制动系统仿真,你可以去掉“bang-bang”控制器,在实时硬件上运行运动方程,以仿真车轮和车辆的动力学。您可以使用Simulink Coder为这个模型生成实时的C代码。金宝app然后,您可以通过将实际的ABS控制器与运行生成代码的实时硬件连接来测试它。在这种情况下,实时模型将车轮速度发送给控制器,控制器将制动动作发送给模型。