第一章 汽车制动防抱死系统概述
1.1汽车防抱死系统的必要性
ABS作为主要的主动安全系统更是受到广大消费者的关注。ABS 是一种保持汽车方向稳定性和转向操纵的能力的装置，它可以在紧急制动情况下使汽车制动距离尽可能缩短。它是现代汽车研究的重要课题之一，同时也成为汽车主动安全控制的一个重要研究方向，目前已经在各种车辆上得到广泛的应用。当车轮出现抱死时，横向附着系数接近于零，汽车将失去行驶稳定性和转向控制能力，其危害程度极大。这是因为当前轮出现抱死时，即使汽车能沿直线向前行驶，但是却失去转向控制能力。由于维持前轮转弯运动能力的横向附着力丧失，因此，汽车仍将原行驶方向滑行，可能冲入其他车道与迎面车辆相撞或冲出路面与障碍物相撞而发生恶性交通事故。如果后轮出现抱死现象，汽车的制动稳定性就会变差， 抵抗横向外力的能力就会变弱，后轮稍有外力（比如侧向风力或地面障碍物阻力）作用就会发生侧滑、甩尾等现象，甚至会出现 180°转弯等危险现象。为了获得最佳的制动性能，采用汽车防抱死系统（ABS）就可达到这一目的，ABS 就是具有防止车轮制动时发生抱死的功能。ABS 通过控制制动力矩，获得较大的减速度，同时又具有较强的抗侧滑能力，能够将车轮的滑移率控制在最佳滑移率的附近，使车轮具有良好的纵向附着力。在刹车过程当中，安装了 ABS 的汽车还可以利用方向盘控制正常行驶，确保转向系统的操纵功能，发挥其转向功能来避开障碍物。采用电子控制技术（例如 ABS、SRS 等）的汽车可以提高车辆自身的安全性能，同时还能够节约燃油、减少排放。汽车 ABS 是一种现在汽车行业当中的电子控制装置，它能够按照驾驶员所发出的操作命令来执行相关的动作。汽车在行驶过程中受到控制力矩作用而使车辆停止，这是传统的汽车制动系统的功能。然而在大多数情况下对车轮进行抱死，此时一方面会造成车轮轮胎的严重磨损；另一方面会造成前轮因为抱死而使车辆失去转向能力，后轮抱死而产生侧滑现象，极其容易使车辆失去稳定性，这些情况都容易导致事故的发生。通过安装了 ABS 的汽车，不仅可以使汽车在制动过程中车轮处于非抱死状态，有效地防止后轮在制动过程中由于抱死而出现车辆侧滑甩尾现象，提高了汽车制动方向的稳定性，而且可以有效地防止前轮因为抱死而失去转向能力，提高汽车躲避车辆前方障碍物的操纵性和弯道制动时的轨迹保持能力，制动距离往往要比没有安装 ABS 的同类车型的车辆制动距离要短，因此可以得知 ABS 是一种有效的车辆安全装置。
ABS 是在传统的制动系统的基础上采用了智能电子控制技术，是集机、电、液一体化于一身的在制动时防止车轮抱死的一种技术。在制动过程中，ABS 就是一种能够提高制动减速度、缩短制动距离，防止车轮被制动抱死，提高汽车制动安全性能，有效地提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力的装置，目前在汽车行业中得到了广泛地运用。
1.2 汽车防抱死系统的国内外发展状况
1.2.1 汽车防抱死系统发展历史
ABS 是现代汽车行业上的一种安全电子控制技术装置，它具有保证汽车在制动过程当中可以有效地防止车轮抱死在路面上出现滑拖现象，从而提高汽车制动过程中缩短制动距离、方向稳定性和转向控制能力的作用。在上个世纪 30 年代初，制动防滑装置就已经在铁路机车的制动中开始运用，其目的是防止列车制动时车轮抱死后在钢轨上滑行造成局部摩擦，致使车轮、钢轨早期损坏，特别是在车轮外圆会磨出一些小平面，使车轮不能平稳旋转而产生噪声和振动。自从在机车上安装了制动防滑装置之后，人们开始意外地发现还可以缩短制动距离，从而加快了该项技术的发展。世界上第一台防抱死系统在 1950 年研制成功并开始应用于航空领域的飞机上。福特汽车公司于上个世纪 50 年代中期首先将 ABS 安装在汽车上，成为汽车上最早使用 ABS 的公司，而随后担任汽车 ABS 的发明、研制单位的是德国博世（Bosch）公司，该公司于 20 世纪 60 年代初就开始 ABS 的研发工作，并于 1978 年正式生产出采用 ABS1（模拟式电子组件）型汽车防抱死制动系统。20 世纪 70 年代，BENZ公司开始设想并在新闻界宣称要在轿车、载货车和大客车上使用电控式 ABS，只是当时并没有成熟的而且大批量生产的产品。直到 1978 年，奔驰公司才首次在 S 级豪华型轿车上装了 ABS。
第二章 汽车制动防抱死系统组成与基本原理
2.1 防抱死制动的基本原理
Anti-lock Braking System 或 Anti-skid Braking System 是防抱死制动系统的英文名称 ，简称为 ABS。根据汽车电子技术相关理论知识可知，车轮抱死滑移是由于制动器制动力大于轮胎-道路附着力（简称附着力）时所出现的现象。由此可以得知，汽车要获得较好的制动效果，此时汽车必须满足具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供较大的附着力这些基本的条件。在汽车制动时，除车轮旋转平面的纵向附着力外，还有垂直于车轮旋转平面的横向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车纵向运动，影响汽车的制动距离；横向附着力则决定汽车的横向运动，影响汽车的方向稳定性和转向控制能力。电子控制防抱死制动系统的功用是在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而获得最佳制动性能（缩短制动距离、提高方向稳定性、增强转向控制能力），减少交通事故。
第三章 汽车防抱死系统ABS的数学建模............. 25-45
3.1 概述............. 25-27
3.2 车辆动力学模型............. 27-30
3.2.1 一般车辆模型............. 27-28
3.2.2 四轮车辆模型 ............. 28-29
3.2.3 双轮车辆模型 ............. 29
3.2.4 单轮车辆模型 ............. 29-30
3.3 汽车防抱死系统的动力学建模 ............. 30-41
3.3.1 车辆动力学模型 ............. 30-32
3.3.2 车轮轮胎模型............. 32-39
3.3.3 车辆制动系统模型 ............. 39-41
3.4 汽车防抱死制动系统（ABS）的MATLAB............. 41-44
3.4.1 单轮车辆子系统仿真模型............. 41-42
3.4.2 轮胎模型子系统仿真模型............. 42
3.4.3 制动模型子系统............. 42-43
3.4.4 滑移率系统模型............. 43
3.4.5 不带ABS的汽车制动仿真模型............. 43-44
3.5 小结 ............. 44-45
第四章 ABS防抱死制动系统模糊控制 ............. 45-66
4.1 逻辑门限控制方法............. 45
4.2 PID控制算法............. 45-46
4.3 最优控制法............. 46-47
4.4 滑动模态变结构控制法............. 47
4.5 模糊控制法 ............. 47-54
4.5.1 模糊控制器的组成............. 48-50
4.5.2 模糊控制器的结构 ............. 50-51
4.5.3 模糊控制器的设计............. 51-54
4.6 四分之一车辆模型的模糊控制设计............. 54-56
4.7 自适应模糊PID控制器设计及仿真 ............. 56-65
4.8 小结............. 65-66
结论
本文对汽车防抱死制动系统的发展历史以及国内外发展状况的概述，对 ABS 系统的组成、分类以及基本原理进行了阐述，对 ABS 系统的各个子系统进行了数学建模，并根据数学建模的模型通过运用 MATLAB/SIMULINK 软件模块对其进行仿真，分析了在不同的路面条件以及不同的控制方式下的仿真效果，对于汽车在不同的路面上，得出了以 ABS 滑移率作为主要控制对象的模糊控制策略，并通过试验得出了较为满意的结果数据。
本文对汽车防抱死制动系统（ABS）的各个子系统理论模型进行建模，通过数学建模模型，利用 MATLAB 控制工具箱设计模糊 PID 控制器，然后结合 SUMILINK 建立的制动系统，运用 MATLAB/SIMULINK 进行 ABS 系统仿真试验，能够模拟汽车在不同的路面上的制动情况，满足设计的基本功能和要求。采用模糊 PID 控制，能够让整个汽车防抱死制动系统（ABS）的设计简单，避免了较为繁杂的数学模型，从而得出的控制效果较为好。从仿真的结果可以看出，ABS 模糊控制器是有效的，能灵活地应对不同的情况，使系统响应时间更短，系统更加平稳，控制效果更好。随着当代现代电子技术的不断发展和提高，车载电子设备的数据通信变得也越来越重要，人们对汽车的安全和可靠性能的观念也慢慢起到重要的转变，ABS 技术也在不断的成熟和发展，ABS 在汽车上的应用，已经成为汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要手段，各汽车行业在生产汽车的同时，也加强了各汽车技术的研发和改进，现代汽车电子化、智能化和网络化使汽车已不仅仅是一个代步工具，而且具有交通、娱乐、办公和通信的多种功能，这是汽车防抱死制动系统研究发展的一个趋势。
参考文献
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