集成線控制動(dòng)與ABS的PLC模擬控制系統(tǒng).pdf

1、1886年,世界上出現(xiàn)了第一輛汽車。21世紀(jì)，汽車成為人類社會(huì)主要的交通工具，僅僅在中國，2013年汽車銷量突破了2000萬輛。汽車銷量上升得如此迅猛，得益于信息時(shí)代人們對(duì)出行需求的急劇增加。由此可見，出行安全對(duì)于當(dāng)今社會(huì)而言，也越來越重要。在整車的所有系統(tǒng)中，制動(dòng)系統(tǒng)是關(guān)系到生命安全的最重要的系統(tǒng)。
　　隨著汽車技術(shù)不斷發(fā)展，汽車的最高車速不斷提高，這就要求汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的性能更高，更可靠，更智能。汽車在遇突發(fā)情況采取緊急制動(dòng)，

2、極易出現(xiàn)輪胎鎖死，使得轉(zhuǎn)向輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，而且還可能出現(xiàn)“甩尾”的危險(xiǎn)工況，很容易引起嚴(yán)重交通事故。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS（全稱是 Anti-lock Braking System，即ABS），正是為防止緊急制動(dòng)時(shí)車輪抱死而設(shè)計(jì)的。汽車線控技術(shù)（X-By-Wire）是通過電控技術(shù)來控制汽車，由電子元器件采集、處理信號(hào)，由總線技術(shù)傳遞控制信號(hào)給執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)線控操作，從而達(dá)到取消汽車中的某些機(jī)械機(jī)構(gòu)（如機(jī)械轉(zhuǎn)向柱、真空助力器等）。線控制動(dòng)技術(shù)是

3、將機(jī)械機(jī)構(gòu)傳遞的制動(dòng)信號(hào)改用電子設(shè)備傳遞給制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到制動(dòng)效果。ABS系統(tǒng)是成熟的汽車制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品，線控制動(dòng)技術(shù)是未來制動(dòng)技術(shù)的主流，二者功用側(cè)重點(diǎn)不同，前者的功用主要是防止汽車緊急制動(dòng)時(shí)打滑或甩尾而導(dǎo)致汽車失穩(wěn)，后者的主要作用是簡化汽車的結(jié)構(gòu)，減少汽車機(jī)械零部件，降低汽車質(zhì)量，使汽車輕量化，減少汽車燃油消耗。因此研究如何將二者融合到一起，是一個(gè)相當(dāng)具有前沿性的課題。本文致力于改善汽車的制動(dòng)性能研究和線控制動(dòng)技術(shù)的研究，在此基

4、礎(chǔ)上達(dá)到對(duì)二者的集成。論文的主要研究成果如下：
　　調(diào)研了汽車制動(dòng)方面的研究進(jìn)展，線控制動(dòng)系統(tǒng)是汽車制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢和方向，ABS系統(tǒng)是已經(jīng)成熟的制動(dòng)技術(shù)，二者的結(jié)合將是具有研究價(jià)值的課題。
　　回顧了PLC（可編程邏輯控制器）的發(fā)展歷程，對(duì)其特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了介紹。經(jīng)過綜合考慮，選擇了西門子 S7-300系列 PLC作為模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的控制元件。
　　本文提出了將線控制動(dòng)和ABS防抱死系統(tǒng)集成起來的設(shè)想，設(shè)計(jì)

5、了線控制動(dòng)和ABS集成原理圖，建立了線控制動(dòng)和ABS防抱死系統(tǒng)集成的PLC模擬試驗(yàn)系統(tǒng)可為線控制動(dòng)在汽車上的應(yīng)用提供參考和理論支持。
　　本文設(shè)計(jì)了線控制動(dòng)和ABS系統(tǒng)集成模擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；根據(jù)集成模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的性能要求，適當(dāng)?shù)剡x擇硬件（西門子PLC-300、Danfoss FC300、P+F PVM58、三相異步電動(dòng)機(jī)）；本集成模擬試驗(yàn)系統(tǒng)通過西門子PLC-300控制Danfoss FC300變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制（輪速

6、），通過PVM58編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，測量得到的轉(zhuǎn)速信息傳遞給PLC-300作為控制算法的輸入。
　　建立了車輛的單輪制動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，將線控制動(dòng)和ABS系統(tǒng)搭載在車輛動(dòng)力學(xué)模型上，并進(jìn)行了Simulink仿真建模。對(duì)于ABS防抱死系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模糊控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)ABS防抱死制動(dòng)的模擬。
　　以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套線控制動(dòng)技術(shù)和ABS防抱死系統(tǒng)集成的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，為研究線控制動(dòng)和ABS系統(tǒng)的集成提供一定的

7、借鑒意義。
　　在線控制動(dòng)技術(shù)和ABS系統(tǒng)集成的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用S7-300 PLC和Danfoss FC300變頻器，利用旋轉(zhuǎn)編碼器測量輪速，采用三相異步電動(dòng)機(jī)模擬車輪。PLC模擬試驗(yàn)系統(tǒng)中集成了三大模塊，即FC1功能塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的加速與減速的控制；FC2功能塊，用于判斷汽車行駛中，是否啟動(dòng)ABS系統(tǒng)；FC3功能塊，ABS模糊控制程序設(shè)計(jì)。
　　建立了組態(tài)監(jiān)控界面，利用上位機(jī)和組態(tài)軟件對(duì)PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。試驗(yàn)