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原文传递集成线控制动与ABS的PLC模拟控制系统

论文题名：	集成线控制动与ABS的PLC模拟控制系统
关键词：	汽车线控;防抱死制动系统;模糊控制;可编程控制器;PVM58编码器
摘要：	1886年,世界上出现了第一辆汽车。21世纪，汽车成为人类社会主要的交通工具，仅仅在中国，2013年汽车销量突破了2000万辆。汽车销量上升得如此迅猛，得益于信息时代人们对出行需求的急剧增加。由此可见，出行安全对于当今社会而言，也越来越重要。在整车的所有系统中，制动系统是关系到生命安全的最重要的系统。　　随着汽车技术不断发展，汽车的最高车速不断提高，这就要求汽车的制动系统的性能更高，更可靠，更智能。汽车在遇突发情况采取紧急制动，极易出现轮胎锁死，使得转向轮不能转动，而且还可能出现“甩尾”的危险工况，很容易引起严重交通事故。防抱死制动系统ABS（全称是 Anti-lock Braking System，即ABS），正是为防止紧急制动时车轮抱死而设计的。汽车线控技术（X-By-Wire）是通过电控技术来控制汽车，由电子元器件采集、处理信号，由总线技术传递控制信号给执行元件，实现线控操作，从而达到取消汽车中的某些机械机构（如机械转向柱、真空助力器等）。线控制动技术是将机械机构传递的制动信号改用电子设备传递给制动执行机构，从而达到制动效果。ABS系统是成熟的汽车制动系统产品，线控制动技术是未来制动技术的主流，二者功用侧重点不同，前者的功用主要是防止汽车紧急制动时打滑或甩尾而导致汽车失稳，后者的主要作用是简化汽车的结构，减少汽车机械零部件，降低汽车质量，使汽车轻量化，减少汽车燃油消耗。因此研究如何将二者融合到一起，是一个相当具有前沿性的课题。本文致力于改善汽车的制动性能研究和线控制动技术的研究，在此基础上达到对二者的集成。论文的主要研究成果如下：　　调研了汽车制动方面的研究进展，线控制动系统是汽车制动系统发展的趋势和方向，ABS系统是已经成熟的制动技术，二者的结合将是具有研究价值的课题。　　回顾了PLC（可编程逻辑控制器）的发展历程，对其特点、结构、工作原理进行了介绍。经过综合考虑，选择了西门子 S7-300系列 PLC作为模拟试验系统的控制元件。　　本文提出了将线控制动和ABS防抱死系统集成起来的设想，设计了线控制动和ABS集成原理图，建立了线控制动和ABS防抱死系统集成的PLC模拟试验系统可为线控制动在汽车上的应用提供参考和理论支持。　　本文设计了线控制动和ABS系统集成模拟试验系统结构图；根据集成模拟试验系统的性能要求，适当地选择硬件（西门子PLC-300、Danfoss FC300、P+F PVM58、三相异步电动机）；本集成模拟试验系统通过西门子PLC-300控制Danfoss FC300变频器，实现对电机转速的控制（轮速），通过PVM58编码器对电机转速进行测量，测量得到的转速信息传递给PLC-300作为控制算法的输入。　　建立了车辆的单轮制动动力学模型，将线控制动和ABS系统搭载在车辆动力学模型上，并进行了Simulink仿真建模。对于ABS防抱死系统的设计采用了模糊控制策略，实现对ABS防抱死制动的模拟。　　以PLC控制技术为基础，设计了一套线控制动技术和ABS防抱死系统集成的模拟试验系统，为研究线控制动和ABS系统的集成提供一定的借鉴意义。　　在线控制动技术和ABS系统集成的模拟试验系统的设计中，采用S7-300 PLC和Danfoss FC300变频器，利用旋转编码器测量轮速，采用三相异步电动机模拟车轮。PLC模拟试验系统中集成了三大模块，即FC1功能块，实现对汽车的加速与减速的控制；FC2功能块，用于判断汽车行驶中，是否启动ABS系统；FC3功能块，ABS模糊控制程序设计。　　建立了组态监控界面，利用上位机和组态软件对PLC进行实时监控。试验过程十分直观，可以通过按钮控制试验的启动和结束，且便于试验结果的分析。　　仿真和试验结果表明：线控制动和ABS系统集成是可行的，并且其效果是明显的。通过对试验结果的分析可知，装有线控制动和ABS集成系统的车辆相比只有线控制动的车辆而言，达到了更好的制动效果。
作者：	张清
专业：	电气工程
导师：	杨喜军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文