文献综述
- 研究背景
随着社会的不断发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的物品。随着汽车工业的迅速发展，全球范围内汽车保有量不断增加、汽车行驶速度不断提高、道路行车密度不断增大，由汽车引发的交通事故也急剧增加，所以汽车的安全性受到社会的普遍重视，因此对车辆行驶时的安全性能的要求越来越严格。传统的汽车制动系统制动时往往会抱死车轮，造成轮胎的严重磨损，当后轮抱死会产生侧滑，使车辆丧失稳定性，而当前轮抱死会使车辆丧失转向能力，很容易导致事故的发生，特别是在高速行驶或路面附着状况不佳的情况下。因此汽车制动防抱系统就是在这种背景下产生和发展起来的一种在传统制动系统基础上采用电子控制技术的机电一体化统。ABS的功能是在制动过程中通过调节车轮制动力来防止车轮抱死，充分利用纵向峰值附着系数和较大的侧向附着系数，使车轮和地面间产生最大的附着力，提高车辆在制动过程中的方向稳定性，缩短制动距离，充分发挥制动器的性能，大大提高汽车行驶安全性，减少交通事故的发生。ASR是防止车辆尤其是大马力车在起步，在加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定性。对于ABS工作性能的检测和评价，一般采用的是道路试验的方法。但是汽车实际道路试验有时需要汽车在高速行驶状态下进行，驾驶员如果操作不当，容易发生危险。对于汽车ABS的教学与培训，道路试验方法也存在着不直观的问题。所以针对以上问题，本课题从汽车ABS制动防抱死系统教学和实训出发，以帕萨特汽车ABS制动防抱死系统为研究对象，利用Lab VIEW软件开发和设计汽车ABS制动防抱死系统虚拟实验平台，并利用平台中的虚拟仪器将各种信号可视化，使教学和实验更具可操作性和灵活性。
- 国内外研究情况
围绕汽车制动防抱死系统，国内外众多公司和专业学者对其做了深入的研究，并取得了相应的研究成果，在制动防抱死系统的研究中，外国技术在这方面已经十分成熟，但是在这一方面国内技术还与之有一定程度上的差距。
2.1国外研究概况
国外研究计算机混合仿真技术是从上世纪80年代开始的，在进行危险系数非常高或者要求故障率为零的试验，成本非常高的航空业的测试，军工行业等方面的研究时，他们往往会采用计算机仿真技术。在早期九十年代初时，芬内开发了一种制动防抱死实时仿真系统，这个系统是基于收发微处理器网络，与当时肯普夫建立实时硬件仿真相比，芬内所开发的仿真系统的体积要小得多，但在结构方面，复杂程度依然没有有所降低。芬内所开发的制动防抱死仿真系统不但需要一台计算机来作为主机，而且需要液压系统模型、轮胎模型等来进行仿真并且相互之间能进行数据的交换，那时芬内所开发的这个仿真系统做实验所得到的数据和分析结果并且应用于实车的情况都非常的理想。迈克尔根据美国国家公路交通安全管理局提供的相关模型，设立了一个自由度为17的汽车制动防抱死实时仿真系统,这个系统拥有效率高、可移植的、多窗口图像显示等众多方面的特性[1]。随着电子技术的发展以及专业人员对混合仿真技术的深入研究,体积变得越来越小的制动防抱死系统正在慢慢增加，但是制动防抱死系统在减少体积的同时并没有能够解决不需要额外的微处理器等十分复杂的结构的相关问题。随着计算机技术的快速发展,研究人员建立一个混合仿真试验台，这个试验台基于计算机,可以把室外的道路试验改变为室内台架试验，转变之后试验的各种条件是可以人为控制的，而且所有的试验都可以反复地进行,这就可以使调试控制器的效率大大提高并且试验中大部分工作可以在室内完成,不再受环境影响，减少了事故的发生，这些制动防抱死混合仿真系统的结构变得更加简单,而且能大大降低试验的成本。
目前，国外的制动防抱死系统的研究正朝着下面几个方面发展：
- 汽车制动防抱死系统和牵引力控制系统进行一体化[2]。制动防抱死系统是汽车在进行制动过程时防止车轮抱死的系统，牵引力控制系统是防止汽车在起步和加速过程中车轮过分滑转。因为这两个系统在相关技术方面非常接近，所以研究人员可以将这两个系统有机地结合起来，做成一体化的系统。
- 自动制动器。当汽车在行驶过程中，如果在汽车运行的过程中，出现一系列障碍，在此时汽车可以根据现实情况进行检测并采取相关措施，使得自动制动器与防抱死系统仅仅连接起来，使得汽车可以更加安全的运行。
- 形成 ABS/ASR/ACC集成化系统。ACC是车速自适应控制系统，是在ABS/ASR技术上的拓展，这个系统可以使汽车在行驶过程中与其它事物保持一定的安全车距，防止碰撞事故的发生。
- 在制动防抱死系统的基础上发展电子制动系统并且应用于轿车上，电子制动发生改变，原有的液态制动不复存在了，电动机作为动作机构，制动器依然是执行的控制中心。驾驶员在汽车的行驶过程中，可以利用电子制动踏板进行控制，因为电子制动踏板是具有模拟器的，其产生的各项信号可以及时传输到控制中心，对汽车进行及时的掌控。
2.2国内研究概况
与国外的先进的汽车制动防抱死技术相比，中国在汽车制动防抱死系统方面的研发起步相对较晚。在20世纪90年代，国内在制动防抱死系统的相关技术方面取得了一定的理论探索的单位有清华大学，吉林大学，上海交通大学等，在众多的单位中，清华大学和吉林大学建立了属于自己的仿真试验台，他们研发出的仿真试验台共同的特点都是由三个子系统构成，分别是软件子系统，接口子系统和实际的制动防抱死系统的相关部件。在仿真试验台的三个子系统中，所有的功能模块都是可以选择和插接的，因此制动防抱死系统的各个部件的独立性能或者整个制动防抱死系统的总体性能都可以使用这个系统来单独仿真和检测或者整体仿真和检测。不仅如此，清华大学研发的仿真试验台在中国内首先使用驾驶员操纵模拟。在国家科委“九五”科技攻关项目“ABS关键技术研究”中，清华大学是参与主体，远不止这些，清华大学还承担东风汽车公司和南京汽车厂两种车型匹配ABS的相关研究课题。清华大学在已经研发了两代不同的ABS系统后，又通过分析博世的ABS和奔驰的ABS，并在这些基础上开始研发ABS相关软件系统。不仅如此,国家有几家公司正在开发计算机虚拟仪器技术[2],在众多的研发公司之中，研发产量达到一定批量的也有不少家，哈尔滨工业大学仪器王电子有限公司就是众多家公司中的一家。仪器王有限公司的主要产品有数字存储示波器系列产品、任一波形发生器及频率计系列产品、多通道大容量波形记录仪系列产品[1]。根据国内相关专家预测，在未来的几年至几十年内，中国将有一半的仪器由传统仪器转变为虚拟仪器，国内的众多企业在对生产设备的状况进行实时监测时，将会大大增加对虚拟仪器系统的使用，减少传统仪器的使用。随着微计算机的快速发展,虚拟仪器将逐渐取代传统的测试仪器，慢慢的虚拟仪器将会成为测试仪器的主流。
王琳、张安霞在“基于逻辑门限控制的汽车ABS仿真分析”中首先建立了制动防抱死系统的相关数学模型：单轮受力模型、滑移率模型、制动系统模型、车轮轮胎模型，并分析了系统的组成和工作原理，并利用虚拟仪器选择逻辑门限值控制策略，以车轮减速度为辅助控制策略进行编程，最后根据所编的程序来进行相关的实验，并根据实验的数据结果来进行相关的分析，得出结论：汽车制动防抱死系统可以使车轮滑移率一直保持在0.2左右，根没装装ABS系统的单轮汽车模型相比，制动距离缩短了13.02%。
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