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汽车研发 Automobile Research and Development 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 77 基于汽车巡航的防抱死系统仿真探究 王雨航 李锦（上海工程技术大学 上海松江 201620）摘 要目前，虽然汽车 ABS 防抱死技术越来越成熟，但其与汽车行业新兴技术的结合成为发展的新趋势。尤其是汽车电气化时代和新能源汽车热潮的到来，加速了汽车智能化技术的发展和应用，各大车企不再只比拼汽车性能的好坏，而是更看重汽车智能化水平。对于汽车巡航系统而言，它在满足汽车正常行驶的前提下，大大地提高了驾驶员长时间驾驶的舒适性。然而，汽车在城市道路巡航时需要不停地制动去保证安全车速以及与前车距离，因此汽车防抱死系统与巡航系统形成的集成化系统具有良好的发展前景。本文利用 MATLAB/Simulink 进行建模、仿真，通过对简单的巡航系统与加装汽车防抱死功能的巡航系统（本文简称 ABS-巡航系统）进行对比。分别测试并记录两种情况下领先车辆缓慢减速至停车期间，跟随车辆接受距离信号并从正常行驶到停车所行驶的距离，以此得出防抱死功能对汽车巡航行驶的影响。关键词ABS 系统；巡航系统；PID 控制；仿真分析 1、引言 汽车巡航系统采用雷达或者距离传感器获取领先车辆位置，在保证安全距离前提下，使车辆保持匀速行驶。同时，当识别到领先车辆减速或停车时，跟随车辆的制动系统也尽快做出反应，执行减速或停车命令。汽车防抱死控制系统(Anti-lock Braking System,简称ABS)是一项汽车的主动安全装置,其功能是在紧急制动过程中避免轮胎抱死；其作用原理是在保持汽车转向能力和横向稳定性的同时最大利用路面的摩擦力，从而有效提高行车安全性1。本文中巡航系统通过对跟随车辆的车速进行负反馈调节从而使跟随车辆与领先车辆保持安全距离。而 ABS-巡航系统中跟随车辆在仿真时加入 ABS 防抱死功能，使其在制动时保持最佳制动状态而减少制动距离，进一步保证与前车的安全距离。2、模型设计 为便于 Simulink 仿真，本文只考虑车辆在水平面直线行驶，并忽略空气阻力等其他复杂的实际因素影响。同时将汽车简化为单轮车辆模型，如图 2.1。由模型图得到动力学方程：#Fdtdvm-=（1）#bTFrdtdI-w（2）#NFm=（3）图 2.1 单轮车辆模型 3、系统建模仿真 3.1 简单巡航系统 该巡航系统中模型 1 表示为领先车辆，设置初始速度为 10m/s（36km/s），随即便开始缓慢减速直至停车。模型2 代表跟随车辆，把其初始速度设置为 16.7m/s（60km/s）。同时，为便于观察两车距离，以跟随车辆为起点建立横坐标轴，且两车初始距离为 100m。仿真前，设置两车安全距离为 50m。搭建系统后，模型如图 3.1。汽车研发 Automobile Research and Development 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 78 图 3.1 简单巡航系统 simulink 模型图 由模型图可知，该模型设置领先车辆最终速度为 0m/s。仿真开始，领先车辆制动，此时系统对两车辆所处坐标轴位置做差，计算出两车实时距离后将距离信号输入给跟随车辆。随后，跟随车辆开始制动直至停车。如图 3.2，跟随车辆从接受领先车辆制动信号后减速到停车，期间行驶距离为 54.25m，停车时所在坐标位置为x=54.25。如图 3.3，两车速度同时开始减速，因为跟随车辆速度大于领先车辆，所以导致跟随车辆在领先车辆停车 2 秒后才完成停车,随后两车保持静止不动。图 3.2 跟随车辆行驶距离变化图 图 3.3 两车行驶速度变化图 3.2 ABS-巡航系统 ABS-巡航系统与简单巡航系统不同之处在于添加了汽车防抱死功能，此次 ABS 模型采用 PID 控制。ABS-巡航系统跟随车辆子系统 simulink 模型如图 3.4。图 3.4 ABS-巡航系统跟随车辆子系统 simulink 模型图 如图 3.5，跟随车辆从开始减速到停车行驶距离为44.25m，随后静止于坐标位置 x=44.25。如图 3.6，由于 ABS 系统的影响，跟随车辆反而先于领先车辆在 3.7 秒完成停车；领先车辆在 4.2 秒左右才完成停车，随后两车保持静止不动。图 3.5 跟随车辆坐标位置变化图 图 3.6 前后车速度变化图 结论 通过对比两个系统中跟随车辆开始减速至停车的行驶距离，可以发现在搭配 ABS 汽车防抱死功能的巡航系统中，跟随车辆的行驶距离缩短了 10m，并且先于领先车辆停车。这是由于汽车 ABS 防抱死系统的参与，车轮的滑移率被控制在最佳滑移率范围，汽车可以处于最佳制动状态，能最大程度地缩短制动距离，提高了车辆巡航行驶安全性。参考文献：1顾柏良.Bosch 汽车工程手册M 北京:北京理工大学出版社，1998:712-772 2凌滨,宋梦实,邢键,赵永辉.基于模糊 PID 的汽车防抱死制动系统J.计算机仿真,2018,35(10):166-170+192.课题（项目基金）名称和编号：大学生创新训练项目（CX 2101036）作者简介：第一作者：王雨航（1999-），男，本科，研究方向：车辆工程。通讯作者：李锦，女，讲师，硕士，研究方向:车辆工程。