汽车动力学及ABS系统的计算机仿真研究
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摘要
本文主要研究了汽车防抱死制动系统(ABS，Anti-lock Braking System)仿真试验中的动力学建模问题。
首先研究分析了汽车动力学建模的各种方法，现有的各种车体模型、轮胎模型、制动系模型和路面模型。在此基础上推出了适用于汽车ABS实时仿真试验用的两种车辆模型：考虑垂向振动的四分之一车辆模型；考虑方向盘转角和前轮转角的双轴车辆的十自由度模型。随后用C++语言对车体模型、轮胎模型、制动系模型和路面模型进行了二次模型化。接着进行了四分之一车辆模型的开环仿真试验，试验结果验证了模型的正确性。最后采用Visual C++和C++ Builder等工具开发了ABS仿真软件的交互式用户界面，并用ActiveX通信控件和Windows API函数编制了串口通信程序，为进一步联机试验打下了基础。
This paper discusses the founding of the vehicle dynamics model which can be used in ABS (Anti-lock Braking System).
Firstly, methods of founding vehicle dynamics model, the mathematical models of tire, vehicle body, braking system and road surface are discussed and studied. Basing on the methods and the mathematical models, two unprecedented models of vehicle which can be used in ABS simulation are presented. One is vertical-vibration-quarter vehicle model, the other is double-axis-ten-freedom vehicle model which has steering wheel turning freedom and front-wheel drive wheel turning freedom. Secondly, the simulation program for tire-model, vehicle body model, braking system model and road surface model are developed with C++ language. The opening simulation experiment is carried out and detailed. The correctness of the vertical-vibration-quarter vehicle model is proved by the experiment result. Finally, a friendly user interface of ABS simulation software is developed by adopting C++ Builder and Visual C++ tools. A series-corn communicating program is also developed by using ActiveX control and Windows API functions. This is the foundation of online experiment.
首先研究分析了汽车动力学建模的各种方法，现有的各种车体模型、轮胎模型、制动系模型和路面模型。在此基础上推出了适用于汽车ABS实时仿真试验用的两种车辆模型：考虑垂向振动的四分之一车辆模型；考虑方向盘转角和前轮转角的双轴车辆的十自由度模型。随后用C++语言对车体模型、轮胎模型、制动系模型和路面模型进行了二次模型化。接着进行了四分之一车辆模型的开环仿真试验，试验结果验证了模型的正确性。最后采用Visual C++和C++ Builder等工具开发了ABS仿真软件的交互式用户界面，并用ActiveX通信控件和Windows API函数编制了串口通信程序，为进一步联机试验打下了基础。
This paper discusses the founding of the vehicle dynamics model which can be used in ABS (Anti-lock Braking System).
Firstly, methods of founding vehicle dynamics model, the mathematical models of tire, vehicle body, braking system and road surface are discussed and studied. Basing on the methods and the mathematical models, two unprecedented models of vehicle which can be used in ABS simulation are presented. One is vertical-vibration-quarter vehicle model, the other is double-axis-ten-freedom vehicle model which has steering wheel turning freedom and front-wheel drive wheel turning freedom. Secondly, the simulation program for tire-model, vehicle body model, braking system model and road surface model are developed with C++ language. The opening simulation experiment is carried out and detailed. The correctness of the vertical-vibration-quarter vehicle model is proved by the experiment result. Finally, a friendly user interface of ABS simulation software is developed by adopting C++ Builder and Visual C++ tools. A series-corn communicating program is also developed by using ActiveX control and Windows API functions. This is the foundation of online experiment.
引文
[1]程军等，汽车防抱死制动系统的理论与实践，北京理工大学出版社，1999，9
[2]傅立敏，汽车空气动力学数值计算，北京理工大学出版社，2001，1
[3]龚剑，朱亮，MATLAB 5.X入门与提高，清华大学出版社，2000，3
[4]王沫然，MATLAB 6.0与科学计算，电子工业出版社，2001，9
[5]袁清珂，董增前，周一鸣，汽车动力学性能的计算机仿真，汽车工程，1995，第3期：137-144
[6]熊坚等，汽车制动过程的计算机模拟分析，云南工业大学，1995，3
[7]郭孔辉，刘青，考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态侧偏特性理论模型，汽车工程，1997，第2期
[8]程军等，一种基于PC486微机的实时硬件闭环模拟系统及应用，汽车工程1996，第3期：180-187
[9]柴占祥等，防抱制动系统计算机动态模拟，汽车工程，1992，第2期：111-118
[10]潘亚东，键合图概论，重庆大学出版社，1990，1
[11]程芳珍等，面向对象的图形化自动建模系统的研究，系统仿真学报，2000，1
[12]程军，崔继波，车辆控制系统集成开发系统，2000，第2期：109-114
[13]郭孔辉等，汽车操纵动力学，吉林科技出版社，1990
[14]Laustin and D Morrey, Recent advances in antilock braking systems and traction control system, School of Engineering,Oxford Brookes Univer-sity,Headington,UK, Heisler,H, Vehicle anEngin Technology, 1999(Arnold), 1991,6
[15]肖勇等，C++Builder 4.0，人民邮电出版社，1999，11
[16]Jesse Liberty等，C++自学通，机械工业出版社，1999，11
[17]韦源等，Visual C++6.0，北京大学出版社，1999，11
[18]木林森，高峰霞，奚红宇，Visual C++5.0使用与开发，清华大学出版社 1997，11
[19]郭孔辉，侯永平，考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态转向特性半经验模型，汽车工程，2000，第4期：216-219
[20]段哲民，范世责，信号与系统，西北工业大学出版社，2001，1
[21]张景绘，动力学系统建模，国防工业出版社，2000
[22]钱祥生等，系统的建模与响应，机械工业出版社，1988
[23]雷雨成，汽车系统动力学及仿真，国防工业出版社，1997，8
[24]M．米奇科，汽车动力学，人民交通出版社，1984，12
[25]张洪欣，汽车系统动力学，同济大学出版社，1996，12
[26]都兴富，系统动力学原理及其应用，西南财经大学出版社，1989，6
[27]谢传锋，动力学，北京高等教育出版社，1999
[28]袁士杰，吕哲勤，多刚体系统动力学，北京理工大学出版社，1992，3
[29]陈乐生，王以伦，多刚体动力学基础，哈尔滨工程大学出版社，1995，3．
[30]王其藩，高级系统动力学，清华大学出版社，1995，3
[31]Bakker E,Nyborg L,Pacejka H.B.Tyre Modelling for Use in Vehicle Dynamics Studies.SAE paper,No.870421,1987
[32]余志生等，汽车理论，机械工业出版社，1999，5
[33]刘次华，随机过程，华中理工大学出版社，2000，1
[34]首都师范大学数学系概率统计教研室，概率论与数理统计，首都师范大学出版社，1993
[35]邓集贤，许刘俊，随机过程，高等教育出版社，1992，4
[36]汪仁官，概率论引论，北京大学出版社，1994，4
[37]徐士良，FORTRON常用算法程序集，清华大学出版社，1993，5
[38]严尉民等，数据结构与应用算法教程，清华大学出版社，2001，9
[39][苏]马什克，汽车的制动系，1980，5
[40]机械工程手册(第二版)(5)机械零部件设计卷 第6篇 联轴器、离合器、制动器／机械工程手册 电机工程手册编辑委员会，机械工业出版社，1996，9
[41]王涛，朱文坚，摩擦制动器原理、结构与设计，华南理工大学出版社，1992，12
[42]陈宏伟，王铁山，具有迟滞模拟记忆功能的奥迪盘式制动器可辨现行模型，汽车工程，2000，第2期：115-118
[43]程军，汽车防抱制动系统的控制方法分析，汽车技术，1992，第10期：1-8
[44]程军，基于编程对象与事件的车辆系统的模拟研究，计算机仿真，2000，第2期：109-114
[45]程军，重型车装ABS道路适应性试验，重型汽车，1994第4期：38-42
[46]Edge C, Yeh et.al. Conjugate boundary method for control law design of anti-skid brake system,Int.j.Vehicle Design,Vol.11,No, 1990
[47]Kou C Y, Yeh E.C.A four-phase control scheme of an anti-skid brake system for all road conditions. Pro. Of Inst. Of Mech. Engineers, Part d,Vol. 206, No.4,1992:P275～284
[48]Edge C, Yeh et.al. A parametric study of anti-skid brake system Using poineare map concept. Int.J.Vehicle Design, Vol. 13,No3,1992:p210～232
[48]刘复华等，单片机及其应用，中国科学技术出版社，1993，6
[49]Intel公司著，顾良士等译，常用单片计算机手册，上海科学普及出版社，1989，8
[50]陈汝全等，微机工业控制，西安电子科技大学出版社，1996，6
[51]朱晓强等，8096／8098单片机原理及应用，复旦大学出版社，1993，5
[52]潘新民等，单片微型计算机实用系统设计，人民邮电出版社，1993，6
[53]徐淑华等，单片微型机原理及应用，哈尔滨工业大学出版社，1991，6
[54]程军等，车辆动力学模拟可视化环境的建立，测控技术，1999，18
[55]Laustin and D Morrey, Recent advances in antilock braking systems and traction control systems, Proc Instn Maech Engrs Vol 214 Part D,2000
[56]Heisler, H..Vehicle and Engine Technology, 1999(Arnold).
[57]Segal D J.Highway Vehicle Object Simulation Modle-1976,Department of Commerce,National Technical Ingormation Service,USA,1976.
[58]郑人杰，殷人昆，陶永雷，实用软件工程，清华大学出版社，2000，7
[59]金国栋，康新蓬，汽车概论，机械工业出版社，1998，5
[61]黄天择，黄金陵，汽车车身结构与设计，机械工业出版社，1989，6
[62]汽车驾驶员等级标准教材委员会，现代汽车技术与发展动态，人民交通出版社，1992，6
[63]崔靖等，汽车构造，陕西科学技术出版社，1984，6
[64]张宏图，汽车构造，北京理工大学出版社，1996，9
[65]Cheng Jun, The Study of ABS control system with different control methods, 4th International Symposium on Advanced Vehicle Control(AVEC'98), No. 112, Nagoya, Japan, Sept. 1998.
[66]heng Jun, The Simulation Study of Vehicle & Interactive Control, 4th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC'98), No.095, Nagoya, Japan, Sept. 1998.
[2]傅立敏，汽车空气动力学数值计算，北京理工大学出版社，2001，1
[3]龚剑，朱亮，MATLAB 5.X入门与提高，清华大学出版社，2000，3
[4]王沫然，MATLAB 6.0与科学计算，电子工业出版社，2001，9
[5]袁清珂，董增前，周一鸣，汽车动力学性能的计算机仿真，汽车工程，1995，第3期：137-144
[6]熊坚等，汽车制动过程的计算机模拟分析，云南工业大学，1995，3
[7]郭孔辉，刘青，考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态侧偏特性理论模型，汽车工程，1997，第2期
[8]程军等，一种基于PC486微机的实时硬件闭环模拟系统及应用，汽车工程1996，第3期：180-187
[9]柴占祥等，防抱制动系统计算机动态模拟，汽车工程，1992，第2期：111-118
[10]潘亚东，键合图概论，重庆大学出版社，1990，1
[11]程芳珍等，面向对象的图形化自动建模系统的研究，系统仿真学报，2000，1
[12]程军，崔继波，车辆控制系统集成开发系统，2000，第2期：109-114
[13]郭孔辉等，汽车操纵动力学，吉林科技出版社，1990
[14]Laustin and D Morrey, Recent advances in antilock braking systems and traction control system, School of Engineering,Oxford Brookes Univer-sity,Headington,UK, Heisler,H, Vehicle anEngin Technology, 1999(Arnold), 1991,6
[15]肖勇等，C++Builder 4.0，人民邮电出版社，1999，11
[16]Jesse Liberty等，C++自学通，机械工业出版社，1999，11
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[18]木林森，高峰霞，奚红宇，Visual C++5.0使用与开发，清华大学出版社 1997，11
[19]郭孔辉，侯永平，考虑胎体复杂变形的轮胎非稳态转向特性半经验模型，汽车工程，2000，第4期：216-219
[20]段哲民，范世责，信号与系统，西北工业大学出版社，2001，1
[21]张景绘，动力学系统建模，国防工业出版社，2000
[22]钱祥生等，系统的建模与响应，机械工业出版社，1988
[23]雷雨成，汽车系统动力学及仿真，国防工业出版社，1997，8
[24]M．米奇科，汽车动力学，人民交通出版社，1984，12
[25]张洪欣，汽车系统动力学，同济大学出版社，1996，12
[26]都兴富，系统动力学原理及其应用，西南财经大学出版社，1989，6
[27]谢传锋，动力学，北京高等教育出版社，1999
[28]袁士杰，吕哲勤，多刚体系统动力学，北京理工大学出版社，1992，3
[29]陈乐生，王以伦，多刚体动力学基础，哈尔滨工程大学出版社，1995，3．
[30]王其藩，高级系统动力学，清华大学出版社，1995，3
[31]Bakker E,Nyborg L,Pacejka H.B.Tyre Modelling for Use in Vehicle Dynamics Studies.SAE paper,No.870421,1987
[32]余志生等，汽车理论，机械工业出版社，1999，5
[33]刘次华，随机过程，华中理工大学出版社，2000，1
[34]首都师范大学数学系概率统计教研室，概率论与数理统计，首都师范大学出版社，1993
[35]邓集贤，许刘俊，随机过程，高等教育出版社，1992，4
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[37]徐士良，FORTRON常用算法程序集，清华大学出版社，1993，5
[38]严尉民等，数据结构与应用算法教程，清华大学出版社，2001，9
[39][苏]马什克，汽车的制动系，1980，5
[40]机械工程手册(第二版)(5)机械零部件设计卷 第6篇 联轴器、离合器、制动器／机械工程手册 电机工程手册编辑委员会，机械工业出版社，1996，9
[41]王涛，朱文坚，摩擦制动器原理、结构与设计，华南理工大学出版社，1992，12
[42]陈宏伟，王铁山，具有迟滞模拟记忆功能的奥迪盘式制动器可辨现行模型，汽车工程，2000，第2期：115-118
[43]程军，汽车防抱制动系统的控制方法分析，汽车技术，1992，第10期：1-8
[44]程军，基于编程对象与事件的车辆系统的模拟研究，计算机仿真，2000，第2期：109-114
[45]程军，重型车装ABS道路适应性试验，重型汽车，1994第4期：38-42
[46]Edge C, Yeh et.al. Conjugate boundary method for control law design of anti-skid brake system,Int.j.Vehicle Design,Vol.11,No, 1990
[47]Kou C Y, Yeh E.C.A four-phase control scheme of an anti-skid brake system for all road conditions. Pro. Of Inst. Of Mech. Engineers, Part d,Vol. 206, No.4,1992:P275～284
[48]Edge C, Yeh et.al. A parametric study of anti-skid brake system Using poineare map concept. Int.J.Vehicle Design, Vol. 13,No3,1992:p210～232
[48]刘复华等，单片机及其应用，中国科学技术出版社，1993，6
[49]Intel公司著，顾良士等译，常用单片计算机手册，上海科学普及出版社，1989，8
[50]陈汝全等，微机工业控制，西安电子科技大学出版社，1996，6
[51]朱晓强等，8096／8098单片机原理及应用，复旦大学出版社，1993，5
[52]潘新民等，单片微型计算机实用系统设计，人民邮电出版社，1993，6
[53]徐淑华等，单片微型机原理及应用，哈尔滨工业大学出版社，1991，6
[54]程军等，车辆动力学模拟可视化环境的建立，测控技术，1999，18
[55]Laustin and D Morrey, Recent advances in antilock braking systems and traction control systems, Proc Instn Maech Engrs Vol 214 Part D,2000
[56]Heisler, H..Vehicle and Engine Technology, 1999(Arnold).
[57]Segal D J.Highway Vehicle Object Simulation Modle-1976,Department of Commerce,National Technical Ingormation Service,USA,1976.
[58]郑人杰，殷人昆，陶永雷，实用软件工程，清华大学出版社，2000，7
[59]金国栋，康新蓬，汽车概论，机械工业出版社，1998，5
[61]黄天择，黄金陵，汽车车身结构与设计，机械工业出版社，1989，6
[62]汽车驾驶员等级标准教材委员会，现代汽车技术与发展动态，人民交通出版社，1992，6
[63]崔靖等，汽车构造，陕西科学技术出版社，1984，6
[64]张宏图，汽车构造，北京理工大学出版社，1996，9
[65]Cheng Jun, The Study of ABS control system with different control methods, 4th International Symposium on Advanced Vehicle Control(AVEC'98), No. 112, Nagoya, Japan, Sept. 1998.
[66]heng Jun, The Simulation Study of Vehicle & Interactive Control, 4th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC'98), No.095, Nagoya, Japan, Sept. 1998.