汽车制动力学的探讨和某汽车制动的模拟仿真【字数：13066】
摘 要本文先是由目前的研究现状和困难开始分析，接着对汽车附着系数、附着力、制动力讨论，并研究了轮胎的花纹，轮胎的类型，路面状况的不同以及滑移率对汽车附着系数的不同影响，对ABS防抱死系统进行了讨论。然后，我们开始研究当汽车制动时，车轮上的作用力以及前、后制动器的制动力分配，导出对“I曲线”和同步附着系数的探讨，并分别对当汽车的同步附着系数大于、小于所行驶路面附着系数的情况下，所会出现的状况进行了讨论。最后，我们以Carsim软件为基础，用福克斯2019款三厢Eco Boost 180 自动蜂潮型为例，模拟了其在各种路面附着系数状况下制动状况的不同。并对仿真结果进行了探讨，验证了上文中的内容。
目 录
一．绪论 1
1.1目前的研究现状 1
1.2目前的研究困难 2
1.3本文的思路 2
二．影响制动效能的因素 3
2.1制动力与附着力以及滑移率的介绍 3
2.2路面状况对于汽车附着系数的影响 3
2.3轮胎的特性对汽车附着系数的影响 4
2.4滑移率对于汽车附着系数的影响 6
2.5 ABS制动防抱死系统 7
三．受力分析与同步附着系数 8
3.1地面对前、后车轮的法向作用力 8
3.2理想的前后制动器制动力分配曲线与同步附着系数 9
3.3影响汽车同步附着系数的因素 11
3.4汽车在不同路面上制动时的不同运动状况分析 13
3.5车辆同步附着系数大小φ0对于安全驾驶的分析 14
四．汽车制动的模拟仿真 15
4.1福克斯汽车同步附着系数计算 15
4.2建立仿真模型 16
4.3仿真结果 21
4.4仿真模拟分析 27
总结 28
参考文献 29
致谢 30
一．绪论
随着世界上汽车数量的增加，车辆的行驶安全已经成为了一项全球性的社会问题。虽然现在车辆上配备许多只能电子元器件，车辆的主动安全控制系统可以有效地提高车辆在制动时的稳定性，能够避免一定的交通事故。但是，这些系统需要十分精确的信息 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
反馈如横向与纵向车速、路面附着系数或者轮胎在汽车制动时的变形和与地面之间的摩擦力等等，这些参数在实际的车辆运行中是很难直接测量的。而且，并不是有了这些安全控制系统就能完全避免交通事故，驾驶员的安全意识也十分重要，拥有良好的驾驶习惯，知道所驾驶车辆在行驶路面起步、制动时会发生何状况等等都至关重要，无论车辆的性能多么出色，少了驾驶员的安全意识都是空谈。
1.1目前的研究现状
目前，对于汽车在行驶过程中主动安全系统的测量参数的变化的研究，国内外的学者们都做了大量的研究工作。
路面附着系数在制动模拟中是一个十分重要的参数，它不仅描述了轮胎与地面间摩擦力的特征，而且车辆的主动安全控制系统也需要根据路面附着系数的改变而有所调整。但是路面附着系数的估计比较困难，因为他不仅仅取决于路面的条件如冰雪路面、尘土路面等等，还取决于轮胎材料和周边环境等一系列因素的影响。例如在文献[13]中，就探讨了在汽车运动同时路面附着系数的估计，而文献[14]和文献[15]中对车辆状态和路面附着系数进行了估计。在文献[21]中，对路面附着系数的估计则是利用了能量守恒定律，引入了各种不一样的轮胎模型来加入算法之中，能够使这些计算变得更加敏感，稍有参数的变化都会导致计算的不同，这就使得对于路面附着系数的估计精度有所下降。
在汽车行驶过程中，轮胎的摩擦力是车辆所受的主要外力之一，车辆运动的主要特性就是有它决定的，所以说，准确的知晓当前轮胎的摩擦力能够很大程度提升汽车的主动安全性能。车辆轮胎摩擦力的估计一般是与车辆状态的估计一起进行的。在文献[10]中，介绍了一种估计轮胎摩擦力的方法，这种方法计算量比较小，但是在实际车辆实际运行过程中，还是无法准确地描述轮胎的动力特性。在文献[20]中，利用了线性轮胎模型，基于四自由度的车辆模型来描述轮胎的横向摩擦力，但在实际应用中并不理想。
1.2 目前的研究困难
汽车的系统是非常复杂的，汽车模型还有许多局限性，例如在模拟时一些参数因为实际测量困难的问题会变为已知数值活着在汽车实际运行中常会受到一些非线性因素的影响，所以有些时候，汽车模型只能运用于有限的工况内。但是现有基础下的非线性车辆模型又过于复杂，一般把所有参数都耦合在了一起，计算式通常有参数过多，计算量过于庞大，耗时过久的问题，并不适合用于日常分析与实际测量中。
用现有方法模拟车辆状态时，常会将路面附着系数设为已知的参数。但在实际系统中，路面附着系数会受到路面的条件、周边的环境和轮胎的特性的影响，这会影响车辆模拟时的精度，使结果产生偏差。另外，由于路面附着系数的不易测量，如何在现有基础上设计出车载传感装置，使其在各种车辆状态下都能准确测得，也是困难之一。
当汽车在不平稳的道路上行驶时，路面上的一定的坡度会影响到汽车的动力学特征，就会让汽车上的加速传感器的测量值产生误差，降低精度，如果考虑到这一问题会让原本就很复杂的汽车模型更加复杂化，所以如何在汽车运行过程中有效地抑制路面上的一定的角度，来获得更加精准的车辆状态参数也是待解决的问题之一。
1.3本文的思路
本文从对汽车理论的探讨出发，探讨影响汽车制动效能的各种因素，导出汽车制动时的单轮动力学方程以及ABS防抱死系统的功用与局限性，再通过对汽车制动时的力的分析，讨论了“I曲线”和同步附着系数，探讨某一同步附着系数汽车在各种路面附着系数的情况下行驶时的状况，最后通过对福克斯汽车的同步附着系数的计算和Carsim和Matlab软件对福克斯汽车在不同路面附着系数情况下的制动进行模拟仿真，验证上文正确性。
二．影响制动效能的因素
2.1制动力与附着力以及滑移率的介绍
附着力：两种不同物质接触部分间的相互吸引力。本文研究的附着力则为汽车轮胎与地面间的附着力。附着系数是地面与轮胎间切向力的极限值与垂向力的比值。由车轮载荷，由道路材料、轮胎的结构、路面的状况、胎面花纹、图案和运动速度决定。
制动力：汽车制动系统对汽车轮胎施加的能对对其进行一定程度的强制制动的力，作用在车轮上且方向与汽车行驶方向相反的外力。
目 录
一．绪论 1
1.1目前的研究现状 1
1.2目前的研究困难 2
1.3本文的思路 2
二．影响制动效能的因素 3
2.1制动力与附着力以及滑移率的介绍 3
2.2路面状况对于汽车附着系数的影响 3
2.3轮胎的特性对汽车附着系数的影响 4
2.4滑移率对于汽车附着系数的影响 6
2.5 ABS制动防抱死系统 7
三．受力分析与同步附着系数 8
3.1地面对前、后车轮的法向作用力 8
3.2理想的前后制动器制动力分配曲线与同步附着系数 9
3.3影响汽车同步附着系数的因素 11
3.4汽车在不同路面上制动时的不同运动状况分析 13
3.5车辆同步附着系数大小φ0对于安全驾驶的分析 14
四．汽车制动的模拟仿真 15
4.1福克斯汽车同步附着系数计算 15
4.2建立仿真模型 16
4.3仿真结果 21
4.4仿真模拟分析 27
总结 28
参考文献 29
致谢 30
一．绪论
随着世界上汽车数量的增加，车辆的行驶安全已经成为了一项全球性的社会问题。虽然现在车辆上配备许多只能电子元器件，车辆的主动安全控制系统可以有效地提高车辆在制动时的稳定性，能够避免一定的交通事故。但是，这些系统需要十分精确的信息 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
反馈如横向与纵向车速、路面附着系数或者轮胎在汽车制动时的变形和与地面之间的摩擦力等等，这些参数在实际的车辆运行中是很难直接测量的。而且，并不是有了这些安全控制系统就能完全避免交通事故，驾驶员的安全意识也十分重要，拥有良好的驾驶习惯，知道所驾驶车辆在行驶路面起步、制动时会发生何状况等等都至关重要，无论车辆的性能多么出色，少了驾驶员的安全意识都是空谈。
1.1目前的研究现状
目前，对于汽车在行驶过程中主动安全系统的测量参数的变化的研究，国内外的学者们都做了大量的研究工作。
路面附着系数在制动模拟中是一个十分重要的参数，它不仅描述了轮胎与地面间摩擦力的特征，而且车辆的主动安全控制系统也需要根据路面附着系数的改变而有所调整。但是路面附着系数的估计比较困难，因为他不仅仅取决于路面的条件如冰雪路面、尘土路面等等，还取决于轮胎材料和周边环境等一系列因素的影响。例如在文献[13]中，就探讨了在汽车运动同时路面附着系数的估计，而文献[14]和文献[15]中对车辆状态和路面附着系数进行了估计。在文献[21]中，对路面附着系数的估计则是利用了能量守恒定律，引入了各种不一样的轮胎模型来加入算法之中，能够使这些计算变得更加敏感，稍有参数的变化都会导致计算的不同，这就使得对于路面附着系数的估计精度有所下降。
在汽车行驶过程中，轮胎的摩擦力是车辆所受的主要外力之一，车辆运动的主要特性就是有它决定的，所以说，准确的知晓当前轮胎的摩擦力能够很大程度提升汽车的主动安全性能。车辆轮胎摩擦力的估计一般是与车辆状态的估计一起进行的。在文献[10]中，介绍了一种估计轮胎摩擦力的方法，这种方法计算量比较小，但是在实际车辆实际运行过程中，还是无法准确地描述轮胎的动力特性。在文献[20]中，利用了线性轮胎模型，基于四自由度的车辆模型来描述轮胎的横向摩擦力，但在实际应用中并不理想。
1.2 目前的研究困难
汽车的系统是非常复杂的，汽车模型还有许多局限性，例如在模拟时一些参数因为实际测量困难的问题会变为已知数值活着在汽车实际运行中常会受到一些非线性因素的影响，所以有些时候，汽车模型只能运用于有限的工况内。但是现有基础下的非线性车辆模型又过于复杂，一般把所有参数都耦合在了一起，计算式通常有参数过多，计算量过于庞大，耗时过久的问题，并不适合用于日常分析与实际测量中。
用现有方法模拟车辆状态时，常会将路面附着系数设为已知的参数。但在实际系统中，路面附着系数会受到路面的条件、周边的环境和轮胎的特性的影响，这会影响车辆模拟时的精度，使结果产生偏差。另外，由于路面附着系数的不易测量，如何在现有基础上设计出车载传感装置，使其在各种车辆状态下都能准确测得，也是困难之一。
当汽车在不平稳的道路上行驶时，路面上的一定的坡度会影响到汽车的动力学特征，就会让汽车上的加速传感器的测量值产生误差，降低精度，如果考虑到这一问题会让原本就很复杂的汽车模型更加复杂化，所以如何在汽车运行过程中有效地抑制路面上的一定的角度，来获得更加精准的车辆状态参数也是待解决的问题之一。
1.3本文的思路
本文从对汽车理论的探讨出发，探讨影响汽车制动效能的各种因素，导出汽车制动时的单轮动力学方程以及ABS防抱死系统的功用与局限性，再通过对汽车制动时的力的分析，讨论了“I曲线”和同步附着系数，探讨某一同步附着系数汽车在各种路面附着系数的情况下行驶时的状况，最后通过对福克斯汽车的同步附着系数的计算和Carsim和Matlab软件对福克斯汽车在不同路面附着系数情况下的制动进行模拟仿真，验证上文正确性。
二．影响制动效能的因素
2.1制动力与附着力以及滑移率的介绍
附着力：两种不同物质接触部分间的相互吸引力。本文研究的附着力则为汽车轮胎与地面间的附着力。附着系数是地面与轮胎间切向力的极限值与垂向力的比值。由车轮载荷，由道路材料、轮胎的结构、路面的状况、胎面花纹、图案和运动速度决定。
制动力：汽车制动系统对汽车轮胎施加的能对对其进行一定程度的强制制动的力，作用在车轮上且方向与汽车行驶方向相反的外力。
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