基于matlab的汽车运动控制系统设计 8页

Matlab程序设计与应用基于MATLAB的汽车制动系统设计杨东（昆明理工大学交通工程学院昆明650500）摘要：本课题以汽车制动控制系统的设计为应用背景，利用MATLAB语言并结合制动理论，开发能进行制动系匹配设计进行设计与仿真。首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统模型，确定期望的静态指标(稳态误差)和动态指标(超调量和上升时间)，最终应用MATLAB环境下的M文件来实现汽车运动控制系统的设计。其中M文件用step()语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行PID校正。关键词：PID校正；制动系；匹配设计；稳态误差；最大超调量1引言随着国民经济的快速发展，道路条件得到不断改善，高速公路与日俱增，汽车速度普遍提高。近年来，由于国内汽车保有量的迅速增长（超过４０００万辆），交通事故频繁发生，汽车的安全性能受到普遍重视。汽车制动系统的结构和性能直接关系到车辆、人员的安全，是决定车辆安全性的主要因素。进行汽车运动性能研究时．一般从操纵性、稳定性和乘坐舒适性等待性着手。但近年来．随着交通系统的日趋复杂，考虑了道路环境在内的汽车运动性能开始受到关注。因此，汽车运动控制系统的研究也显得尤为重要。在现代控制工程领域中，最为流行的计算机辅助设计与教学工具软件是MATLAB语言。它是一种通用的科技计算、图形交互系统和控制系统仿真的程序语言。在可以实现数值分析、优化、统计、自动控制、信号及图像处理等若干领域的计算和图形显示功能[1]。非常适合现代控制理论的计算机辅助设计。MTALAB还提供了一系列的控制语句[2,3]，这些语句的语法和使用规则都类似FORTRAN、C等高级语言，但比高级语言更加简洁。它已经成为国际控制界最为流行的计算机辅助设计及教学工具软件，在科学与工程计算领域有着其它语言无与伦比的优势。2汽车制动系的匹配设计2．1确定设计目标2．1．1车辆类型及整车质量参数首先要明确设计车辆的类型及相关的整车质量参数，这些内容由总布置给出。例如某车型定义为座位数为7个用于载客的车辆，根据法规GB／T15089的规定，属于M1类车辆。整车的质量参数如下：空载质量(kg)一一1005空载质心高度(mm)一一640空载前轴载荷(kg)一一482一满载质量(kg)一一1550满载质心高度(mm)一一690满载前轴载荷（kg)一一620\nMatlab程序设计与应用明确以上整车质量参数后，计算制动系所用到质心到前、后轴的距离等参数均可推算出来。整车质量参数的输人语句如下：cleclearM1=l；％属于M1类车辆填1，否则填0NI=0；％属于N1类车辆填1，否则填OOTHER=0；％属于其它类车辆填1，否则填0ma_k=1005；％空载质量(kg)ma_m=1550；％满载质量(kg)s=9．80665：％重力加速度(m/s2)hg__k=640；％空载质心高(mm)hg_m=690；％满载质心高(mm)L=2500：％轴距(mm)load_f_k=482；％空载前轴负荷load_f_m---620；％满载前轴负荷b_k=load_fk*L／ma_k；％空载质心到后轴的距离(mm)bm=load_fm*L／ma_m；％满载质心到后轴的距离(mm)a_k=L-b_k；％空载质心到前轴的距离(mm)a_m=L--b_m：％满载质心到前轴的距离(mm)G-k=ma-k*g；％空载重力(N)G-m=ma_m*g；％满载重力(N)2．1．2满足国家法规要求目前国内关于制动系统方面有两个强制性标准，一个是GB厂r1267“1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，在汽车制动系统结构、性能方面的内容在技术上是等效采用ECE第13号法规。另一个是GB7258—2004{机动车安全技术条件》中关于制动系统的部分。2．1．3制动系统的结构配置根据整车的市场定位、目标价格及供应商配套资源的情况，再加上以往开发经验，选定制动系的配置结构和主要参数。例如：该车型初选制动系的结构为前盘后鼓、真空助力制动形式，管路布置为Ⅱ型，制动力调节装置采用感载比例阀。制动系相关参数输入如下：f=0．7；％路面附着系数\nMatlab程序设计与应用D=20．64；％主缸直径(ram)Dl=50．8；％前轮缸径(ram)D2=20．64；％后轮缸径(ram)CI=0．7；％前轮制动器因数C2=2．398；％后轮制动器因数RI=98．5；％前轮制动器作用半径(ram)R2=110；％后轮制动器作用半径(ram)rd=281；％车轮有效半径(mm)pk=3；％感载比例阀空载拐点液压(MPa)p_m=7．2；％感载比例阀满载拐点液压(MPa)u=O．25；％感载比例阀分配比ip=4．2；％制动踏板杠杆比is=3．5；％助力器助力比np=O．85；％制动踏板和主缸之间的传动效率Pol=810；％最大助力点输人力(N)Pw=9．31；％真空助力器拐点压力(MPa)2．3制动性能计算2．3．1同步附着系数计算制动力分配曲线上B线与I线交点处的附着系数，我们称为同步附着系数汽车在同步附着系数上制动时前、后车轮才能同时抱死，它是由汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数。用循环语句forend计算B线与I线方程纵坐标的差值，用条件语句ffend判断当其小于一定的数值(设定公差)时可认为该点即为B线与I线的交点。以求空载同步附着系数为例，通过以下语句可以实现：d2_k=abs((0．5*(G_k／hg_k*2+4*hg_K*L*m／C_k)'0．5-（(c-k*b_k／hg_k+2*m))）-（k2*m+(Fwr_k-k2*lrwLk)))；％d2_k为设定公差(