車輛ABS控制器設(shè)計

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SY-025-BY-2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 郭明亮 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛工程B06-1 指導(dǎo)教師姓名 張金柱 職稱 教授 從事 專業(yè) 汽車工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 車輛ABS控制器設(shè)計 一、設(shè)計（論文）目的、意義 目的：在汽車防抱死制動系統(tǒng)出現(xiàn)之前，汽車所用的都是開環(huán)制動系統(tǒng)。其特點是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動力的分配調(diào)節(jié)以及制動器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒有車輪運動狀態(tài)的反饋信號，無法測知制動過程中車輪的速度和抱死情況，汽車就不可能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動壓力的大小。因此在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死時，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，汽車在受到任何微小外力的作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，極易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象會更加嚴重。 意義：汽車防抱死制動系統(tǒng)（Anti-lock Braking System簡稱ABS）的出現(xiàn)從根本上解決了汽車在制動過程中的車輪抱死問題。它的基本功能就是通過傳感器感知車輪每一瞬時的運動狀態(tài)，并根據(jù)其運動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動器制動力矩的大小以避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個閉環(huán)制動系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車上最有成就的應(yīng)用項目之一，汽車制動防抱死系統(tǒng)可使汽車在制動時維持方向穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效提高行車的安全性。 二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 　　1．主要內(nèi)容 1）對汽車動力學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理進行分析研究 2）設(shè)計較完善的控制方案和控制策略 3）設(shè)計ABS控制器的硬件部分 4）設(shè)計ABS控制器的軟件部分 5）對所設(shè)計的ABS控制器進行試驗驗證 2.要求 1）實現(xiàn)ABS控制功能 2）適用于輕型汽車 三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果 設(shè)計說明書，軟件程序，硬件設(shè)備 四、設(shè)計（論文）進度安排 （1）熟悉任務(wù)書，了解相關(guān)信息，準(zhǔn)備資料，填寫開題報告：第1~2周 （2）單片機和編程軟件的學(xué)習(xí)：第3~6周 （3）確定ABS控制器的詳細控制策略及中期檢查：第7~9周 （4）ABS控制器的硬件及軟件設(shè)計：第10~13周 （5）運用carsim軟件進行仿真試驗：第14周 （6）畢業(yè)論文總結(jié)、評閱、審核及修改不足：第15~16周 （7）為畢業(yè)論文答辯做準(zhǔn)備及答辯：第17周 五、主要參考資料 1 余志生. 汽車理論（修訂版）. 北京：機械工業(yè)出版社，1993 2 李朝祿. 汽車制動防抱裝置（ABS）構(gòu)造與原理. 劉榮華譯. 北京：機械工業(yè)出版社，1995 3 柯愈治，謝懷喧等. 汽車防抱制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修. 北京：人民交通出版社，1998 4 潘旭峰. 現(xiàn)代汽車電子技術(shù). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 5 周云山，于秀敏. 汽車電控系統(tǒng)理論與設(shè)計. 北京：北京理工大學(xué)出版社，1999 6 張洪欣. 汽車系統(tǒng)動力學(xué). 上海：同濟大學(xué)出版社，1996 7司利增. 汽車防滑控制系統(tǒng)——ABS 與ASR. 北京：人民交通出版社，1996 8席裕庚。預(yù)測控制。北京：國防工業(yè)出版社，1993 9高為炳，霍偉. 大系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分散控制及動態(tài)遞階控制基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994 10楊慶彪.汽車電控制動系統(tǒng)原理與維修精華. 北京：機械工業(yè)出版社，2006 11 MC9S12DP256B Device User Guide V02.15，Motorola，Inc，2005. 12 Cho, J. M; Hwang,D. H. Design and imp lementation of H ILS system for ECU of commercial vehicles. Industrial Electron2 ics [ J ] 2001. Proceedings. ISIE 2001, IEEE International Symposium on ,Volume 2001 June. 2, 12 - 116. . 13 邯鄲北方學(xué)校. 怎樣維修汽車ABS.ASR和SRS系統(tǒng). 北京：機械工業(yè)出版社，2007 14 魯植雄. 汽車ABS.ASR和ESP維修圖解. 北京：電子工業(yè)出版社， 2006 15董繼明、羅燈明. 汽車檢測與診斷技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社， 2007 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-10 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）推薦表 題 目 ABS控制器設(shè)計 類別 畢業(yè)設(shè)計 學(xué)生姓名 郭明亮 系、專業(yè)、班級 汽車與交通工程學(xué)院、車輛工程專業(yè)B06-1班 指導(dǎo)教師 張金柱 職 稱 教授 設(shè)計成果明細： 畢業(yè)設(shè)計說明書、ABS控制器模型、電路圖 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 ABS控制器設(shè)計 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 B06-1班 學(xué)生姓名： 郭明亮 指導(dǎo)教師： 張金柱 職 稱： 教 授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一○年六月 I The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Design of ABS Controller Candidate：Guo MingLiang Specialty：Vehicle Engineering Class：B06-1 Supervisor：Prof. Zhang Jinzhu Heilongjiang Institute of Technology 2010-06·Harbin 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人們物質(zhì)生活水平的提高，人類社會對汽車的安全性，特別是制動安全性能提出了越來越高的要求。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是一種在制動時能夠自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果的制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效的縮短制動距離、提高制動時的方向穩(wěn)定性，對汽車的行駛安全具有重要的意義。 本文首先剖析了防抱死制動系統(tǒng)的控制原理，在此基礎(chǔ)上詳細介紹了ABS的結(jié)構(gòu)以及各部分的作用和工作原理。同時對ABS控制算法進行了研究，選擇了ABS控制器的硬件并設(shè)計了ABS控制器的軟件。軟件核心是單片機。隨著功能技術(shù)和應(yīng)用水平的提高，單片機應(yīng)用研究在ABS領(lǐng)域?qū)⑦M一步深入。本文研究了以高性能單片機為核心的ABS控制器的開發(fā)思路和設(shè)計方法。 總之，研究結(jié)果可以看出邏輯門限值方法用于汽車防抱死制動系統(tǒng)不僅具有理論意義，而且具有實用價值，是一種簡單、方便、具有較好操縱性、制動性，并且有較好適應(yīng)性的方法。進一步的研究工作一定要繼續(xù)開展下去。 關(guān)鍵詞：防抱死系統(tǒng)；單片機；滑移率；邏輯控制；制動性  ABSTRACT Along with the advancement of science and technology and the improvement of people's living standards, the safety of human society, especially for automobile braking safety performance is put forward higher request.Auto anti-lock braking system (ABS) is a braking can automatically adjust the wheel braking force, prevent to achieve the best wheel lock braking brake system.This system can effectively shorten braking distance, improve the direction of braking stability of road safety in car has an important significance. This paper analyzes the control principle of ABS, on the basis of detailed introduces the structure and ABS parts and working principle.For ABS control algorithm is studied, and the choice of hardware and the design of ABS controller was ABS controller software.Software is the core chip.With the function of raising the level of technology and application research on ABS, microcomputer application fields will further researches on the performance.This is the core of ABS controller chip development train of thought and design method. Anyhow, the results of the research can see logic threshold method used in automobile anti-lock braking system is not only of theoretical significance and practical value, is a kind of simple,convenient and have better handling,brake,and the method has good adaptability.Further research will continue to develop. Key words：ABS；SCM；Sliding Rate；Logic Control；Brake 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒 論 1．1 選題的目的、意義 目的：在汽車防抱死制動系統(tǒng)出現(xiàn)之前，汽車所用的都是開環(huán)制動系統(tǒng)。其特點是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動力的分配調(diào)節(jié)以及制動器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒有車輪運動狀態(tài)的反饋信號，無法測知制動過程中車輪的速度和抱死情況，汽車就不可能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動壓力的大小。因此在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死時，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，汽車在受到任何微小外力的作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，極易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象會更加嚴重。 意義：汽車防抱死制動系統(tǒng)（Anti-lock Braking System簡稱ABS）的出現(xiàn)從根本上解決了汽車在制動過程中的車輪抱死問題。它的基本功能就是通過傳感器感知車輪 每一瞬時的運動狀態(tài)，并根據(jù)其運動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動器制動力矩的大小以避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個閉環(huán)制動系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車上最有成就的應(yīng)用項目之一，汽車制動防抱死系統(tǒng)可使汽車在制動時維持方向穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效提高行車的安全性。 隨著世界經(jīng)濟全球化的日益發(fā)展，市場競爭日趨激烈，尤其是在我國加入世貿(mào)組織之后，汽車行業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。提高汽車整車和零配件的國產(chǎn)化，趕超世界先進水平，是國人的共同愿望。在產(chǎn)品設(shè)計水平的提高，開發(fā)周期的縮短、生產(chǎn)成本的降低等各個方面，都有我們廣大機械和汽車行業(yè)的研究人員亟待解決的問題。 近年來，隨著我國汽車工業(yè)的大規(guī)模投資及國內(nèi)汽車工業(yè)與國外汽車工業(yè)的合資得到迅速發(fā)展，汽車產(chǎn)量大幅度增加。而另一方面我國公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)雖然得到了各級政府的大力支持，但總的趨勢仍然是車流量和車輛密度不斷增加，道路交通安全事故也隨之增加。為了有效減少交通事故，必須在車輛上加裝ABS系統(tǒng)。我國的ABS技術(shù)研制工作開始于上世紀80年代中期，落后歐美幾十年，加強ABS技術(shù)的研究和應(yīng)用，完善汽車的主動安全性能，對于我們發(fā)展汽車及其相關(guān)行業(yè)和保護人身安全是具有現(xiàn)實意義的。 1．2 ABS技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 基于制動防抱理論的制動系統(tǒng)首先是應(yīng)用于火車和飛機上。1936年，德國博世公司（BOSCH）申請一項電液控制的ABS裝置專利，促進了ABS技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。汽車上開始使用ABS始于1950年代中期福特汽車公司，1954年福特汽車公司在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分采用機械式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能相對單一，只有在特定車輛和工況下防抱死才有效，因此制動效果并不理想。機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格偏高。ABS技術(shù)在汽車上的推廣應(yīng)用舉步艱難。直到70年代后期，由于電子技術(shù)迅猛發(fā)展，為ABS技術(shù)在汽車上應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。ABS控制部分采用了電子控制，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，制動效果也明顯改善，同時其體積逐步變小，質(zhì)量逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強，價格也逐漸降低。這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。 進入90年代后，ABS技術(shù)不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善。現(xiàn)在發(fā)達國家已廣泛采用ABS技術(shù)，ABS裝置已成為汽車的必要裝備。北美和西歐的各類客車和輕型貨車ABS的裝備率已達90％以上，轎車ABS的裝備率在60％左右，運送危險品的貨車ABS的裝備率為100％。ABS裝置制造商主要有：德國博世公司（BOSCH），歐、美、日、韓國車采用最多；美國德科公司（DELCO），美國通用及韓國大宇汽車采用；美國本迪克斯公司（BENDIX），美國克萊斯勒汽車采用；還有德國戴維斯公司（TEVES）、德國瓦布科（WABCO）、美國凱爾西海斯公（KELSEYHAYES）等，這些公司的ABS產(chǎn)品都在廣泛地應(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。 近年來，ABS技術(shù)在我國也正在推廣和應(yīng)用，1999年我國制定的國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》中已把裝用ABS作為強制性法規(guī)。此后一汽大眾、二汽富康、上海大眾、重慶長安、上海通用等均開始采用ABS技術(shù)，但這些ABS裝置我國均沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)。 國內(nèi)研究ABS主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟南捷特汽車電子研究所、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等單位，雖然起步較晚，也取得了一些成果。在氣壓ABS方面，國內(nèi)企業(yè)包括東風(fēng)電子科技股份有限公司、重慶聚能、廣東科密等都已形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。液壓ABS由于技術(shù)難度大，國外技術(shù)封鎖嚴密，國內(nèi)企業(yè)暫時不能獨立生產(chǎn)，但在液壓ABS方面也在做自主研發(fā)，力圖突破國外跨國公司的技術(shù)壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進展和突破。如清華大學(xué)和浙江亞太等承擔(dān)的汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)（ABS）“九五”國家科技攻關(guān)課題，在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發(fā)裝置和匹配方法等關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論，避免了傳統(tǒng)的邏輯門限值研究方法的局限性，取得了理論上的突破，研發(fā)ABS成功且進入產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)階段。其試樣在南京IVECO輕型客車上匹配使用全面達到了國家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999和歐洲法規(guī)EECR13的要求。這對振興我國汽車工業(yè)與汽車零部件業(yè)具有劃時代意義，標(biāo)志著我國汽車液壓ABS國產(chǎn)化已邁出堅實的一步。同時合肥工業(yè)大學(xué)也研制出國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓制動電子防抱系統(tǒng)，率先在HF6700輕型汽車上匹配使用獲得成功。國內(nèi)液壓ABS技術(shù)含量與國外雖有一定的差距，但在政府的大力支持和國內(nèi)豐富的人力資源配合下，相信國內(nèi)可以在較短的時間內(nèi)在ABS技術(shù)某些領(lǐng)域趕超國際水平。 1．3 本文的主要研究內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容包括四部分：對ABS控制器的硬件進行合適的選擇，ABS的軟件設(shè)計，ABS控制算法的研究，實驗仿真部分。 ABS控制算法是整個防抱死系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。本文首先研究了目前該領(lǐng)域發(fā)展情況，對比研究了目前的主流控制算法。在此基礎(chǔ)上重點分析了其中的邏輯門限值控制方法，利用簡化的車輛模型進行了理論分析。 1．4 ABS技術(shù)發(fā)展的最新成果和未來發(fā)展方向 進入上世紀90年代以來ABS控制器已普遍采用16位單片機為CPU，除本身朝著集成化、低價格、大批量的方向發(fā)展外，還在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行了擴展。20世紀80年代中后期，驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)是ASR得到了發(fā)展，它能夠防止汽車在驅(qū)動過程中(特別是起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過程)防止驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，使汽車在驅(qū)動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和加速性等也都得到提。它是伴隨著汽車制動防抱死系統(tǒng)的產(chǎn)品化發(fā)展起來的，實質(zhì)上是ABS基本思想在驅(qū)動領(lǐng)域的發(fā)展和推廣。利用原有的ABS系統(tǒng)，只增加部分控制系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件，就可以實現(xiàn)防滑控制功能，使性價比大大提高。 ABS從出現(xiàn)到廣泛應(yīng)用于汽車上，經(jīng)歷了近半個世紀，到目前為止ABS的總體結(jié)構(gòu)方案已趨于成熟，但汽車制動安全技術(shù)目前仍是汽車技術(shù)的一個熱點，在該技術(shù)領(lǐng)域，未來的研究方向和發(fā)展趨勢集中在如下幾個方面： (1) 提高ABS控制方法的自適應(yīng)性和系統(tǒng)的可靠性，從而進一步提高整車的安全性能。雖然ABS已經(jīng)作為一項成熟的技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，但在控制方法上一直沒有取得較大的突破。目前得到廣泛應(yīng)用的是采用門限值控制算法的ABS。其缺點是控制邏輯比較復(fù)雜，調(diào)試困難。開發(fā)完成的ABS裝置對各類車型的互換性不好。隨著傳感器技術(shù)和車用微機控制技術(shù)的發(fā)展，采用各種現(xiàn)代控制算法的ABS研究是目前的研究熱科，以使ABs的性能更加完善。 (2) 汽車動態(tài)控制系統(tǒng)VDC。VDC(Vehicle Dynarnics Control)系統(tǒng)又稱ESP系統(tǒng)(Electronic Stability Program),是把ABS/ASR與電子全控式(或半控式)懸掛、電子控制四輪轉(zhuǎn)向、電子控制液壓轉(zhuǎn)向、電子控制自動變速器等在功能、結(jié)構(gòu)上有機地結(jié)合起來，保證汽車行駛的方向穩(wěn)定性和良好的動態(tài)穩(wěn)定性。 (3) ABS/ASR與自動巡航控制裝置ACC集成。汽車ACC(Adaptive Cruise Control)裝置是近年來發(fā)展起來的又一項汽車主動安全技術(shù)，它可使汽車保持一定的行駛安全車距，主動避免碰撞事故發(fā)生，有效地提高公路交通運輸能力。由于ABS、ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機調(diào)節(jié)裝置，因此ABS/ASR與ACC的集成，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全行駛性能。 (4) 電子制動系統(tǒng)(Braking-by-wire)。其中，電子機械制動系統(tǒng)(Electronic Mechanical Braking-EMB)是一個全新的制動機構(gòu)。EMB應(yīng)用于轎車上，取消了傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，動作機構(gòu)是電動機，執(zhí)行機構(gòu)仍是制動器。制動時，駕駛員踩下電子制動踏板，電子制動踏板帶有踏板感覺模擬器，踏板行程信號通過CAN總線傳送至控制器，控制器實時向電動機發(fā)出作動信號，實施ABS制動。 與EMB類似的還有電子液壓制動系統(tǒng)(Electronic Hydraulic Braking. EHB)， 它取消了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的真空助力器，制動主缸等部件。作動機構(gòu)是液壓力裝置，執(zhí)行機構(gòu)是制動器。制動時，駕駛員踩下電子制動踏板，電子制動踏板帶有踏板感覺模擬器，踏板行程信號通過CAN總線傳送至控制器，控制器實時向車輪液壓裝置發(fā)出作動信號，對制動器實施ABS制動。 (5) 在ABS系統(tǒng)中嵌入電子制動力分配裝置(Electronic Brake Force Distribution---EBD)，構(gòu)成了ABS+EBD系統(tǒng)。EBD的功能就是在汽車ABS開始制動壓力調(diào)節(jié)之前，高速計算出四個輪胎與路面間的附著力大小，然后調(diào)節(jié)制動器制動力，達到制動力與附著力的匹配．進一步提高車輛制動時的方向穩(wěn)定性，同時盡可能地縮短制動距離。 第2章ABS系統(tǒng)構(gòu)成、原理及控制方法 2．1汽車ABS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部件作用 ABS系統(tǒng)是加裝在汽車原有的常規(guī)制動系統(tǒng)之上的電子控制系統(tǒng)。因此首先要對汽車制動系統(tǒng)進行分析，以弄清ABS與常規(guī)制動系統(tǒng)的聯(lián)系。圖2.1為一個四輪汽車防抱死控制系統(tǒng)的示意圖。 1-前輪輪速傳感器 2-制動分泵 3-ABS指示燈 4-制動報警燈 5-制動壓力調(diào)節(jié)器 6-制動總泵 7-ABS繼電器 8-后輪輪速傳感器 圖2.1 汽車制動系及ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 由上面的示意圖，可以抽象出ABS系統(tǒng)的基本組成部分以及各部分之間的連接框圖如圖2．2所示。 警示燈 中央控制器 電 磁 閥 車輪 制動踏板 主制動缸 圖2.2 ABS基本組成部分框圖 由圖2.2可知，一般的ABS系統(tǒng)主要由中央控制器、壓力調(diào)節(jié)器(電磁閥)、輪速傳感器、警示燈以及一些控制繼電器組成。車輪轉(zhuǎn)速傳感器一般為電磁感應(yīng)式，通常安置在被控車輪上。電磁閥既可以設(shè)置在制動總泵至制動分泵的制動管路中形成分離結(jié)構(gòu)，也可與制動總泵合為一體形成整體結(jié)構(gòu)，對制動壓力進行調(diào)節(jié)。電子控制器是防抱死制動系統(tǒng)的控制中樞，它主要接收車輪轉(zhuǎn)速傳感器和制動燈開關(guān)等輸入的信號，對制動過程中被控車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測，根據(jù)需要對壓力調(diào)節(jié)器進行控制，使壓力調(diào)節(jié)器對被控車輪的制動壓力進行保持、減小和增大等調(diào)節(jié)，并根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器反饋的信號修正控制指令。電子控制器還具有對防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行監(jiān)測的功能。ABS報警燈安置在儀表板上，由電子控制器控制其亮滅，指示防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)的功能是使行駛的汽車車輪受制動力矩的作用而減速停止的安全裝置。在絕大多數(shù)情況下汽車設(shè)計的制動缸制動力要遠遠大于路面摩擦力，這使得全制動必定會導(dǎo)致車輪抱死。在緊急制動情況下，當(dāng)駕駛員腳踩踏板使制動壓力過大時，輪速傳感器能夠迅速探測到車輪有抱死的傾向，并控制器控制壓力調(diào)節(jié)器動作以減小制動壓力，隨之車輪輪速恢復(fù)；當(dāng)車輪輪速恢復(fù)且地面附著力有減少趨勢時，控制器又控制壓力調(diào)節(jié)器動作增加制動壓力。這樣反復(fù)動作，使車輪一直處于最佳的制動狀態(tài)，最有效地利用地面附著力，得到最佳的制動距離和制動穩(wěn)定性。并且可以防止制動過程中后輪抱死導(dǎo)致的車輛側(cè)滑甩尾，防止前輪抱死喪失的轉(zhuǎn)向能力，提高汽車躲避車輛前方障礙物的操縱性和彎道制動時的軌跡保持能力，大大提高制動過程的方向穩(wěn)定性。同時汽車制動效能得到提高，制動距離一般要比不安裝ABS系統(tǒng)的同類型車輛要短。 2．1．1車輪轉(zhuǎn)速傳感器 車輪轉(zhuǎn)速傳感器是汽車ABS系統(tǒng)中主要的信號傳感器，其作用是對車輪的運動狀態(tài)進行檢測，獲得車輪轉(zhuǎn)速信號。目前用于ABS系統(tǒng)的輪速傳感器主要有磁電式輪速傳感器和霍爾式輪速傳感器兩種類型。磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將物體轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢來測量車輪速度的。在電控防抱制動系統(tǒng)中使用的傳感器，多數(shù)為磁電式輪速傳感器。它結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在以下缺點： 1) 輸出信號的大小隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，若車速過慢，其輸出信號過低而使得系統(tǒng)認為車輛速度為零； 2) 頻率響應(yīng)低，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時傳感器易出現(xiàn)錯誤信號，加重軟件濾波難度； 3) 抗電磁波干擾能力差，尤其是車速較慢，輸出信號幅值較小時。 近年來出現(xiàn)的霍爾式車輪速度傳感器克服了磁電式輪速傳感器的上述缺點，并且具有下列優(yōu)點： 1) 輸出信號幅值不變。在工作電壓為12V時，輸出幅值保持11.5-12V不變，車速再慢甚至到零，幅值都不變； 2) 頻率響應(yīng)高(可達20kHz)，用于ABS系統(tǒng)中可檢測1000km/h的信號，故可滿足使用要求； 3) 抗電磁干擾能力強。由于輸出信號在整個輪速范圍內(nèi)不變，且幅值較高，所以抗電磁能力很強。 目前霍爾式輪速傳感器越來越廣泛地應(yīng)用在ABS系統(tǒng)中。 2．1．2電子控制單元(ECU) ABS的電子控制單元(Electronic Control Unit)，常用ECU表示，也為稱中央控制器。它的主要作用是接收輪速傳感器等輸入信號，實時計算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等控制參數(shù)，并進行判斷、輸出控制指令，控制電磁閥進行制動調(diào)節(jié)。另外還應(yīng)具備故障監(jiān)測等功能，如有故障時會使ABS停止工作并將ABS警示燈點亮。 2．1．3制動壓力調(diào)節(jié)器 制動壓力調(diào)節(jié)器是ABS中的主要執(zhí)行器。目前常用的制動壓力調(diào)節(jié)器為電磁閥，其作用是接受ABS電子控制單元的指令，對制動管路進行通、斷等動作，調(diào)節(jié)制動系的壓力，使之增大、保持或減小，實現(xiàn)制動壓力控制功能。 由于ABS是在原來傳統(tǒng)制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加一套控制裝置形成的，因此ABS也是建立在傳統(tǒng)的常規(guī)制動過程的基礎(chǔ)上進行工作的。在制動過程中，若車輪沒有抱死趨勢，其制動過程與常規(guī)制動過程完全相同。只有車輪趨于抱死時，ABS才會對趨于抱死的車輪的制動壓力進行調(diào)節(jié)。通常，只有在汽車速度達到一定速度(如8km/h)后，ABS系統(tǒng)才會對制動過程中趨于抱死的車輪的制動壓力進行調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車速度降到一定程度時，由于車速很低，車輪制動抱死對汽車制動性能的不利影響很小，為了使汽車盡快制動停車，ABS就會自動終止防抱死制動壓.力調(diào)節(jié)，其車輪仍可能被制動抱死。在制動過程中，如果常規(guī)制動系統(tǒng)發(fā)生故障，ABS會隨之失去控制作用。若只是ABS發(fā)生故障、常規(guī)制動系統(tǒng)正常時，汽車制動過程仍像常規(guī)制動過程一樣照常進行，只是失去防抱死控制作用。現(xiàn)代ABS一般都能對系統(tǒng)的工作情況進行監(jiān)測，具有失效保護和自診斷功能，一旦發(fā)現(xiàn)影響ABS正常工作的故障時，將自動關(guān)掉ABS，恢復(fù)常規(guī)制動，并將ABS警示燈點亮，向駕駛員發(fā)出警示信號，提醒駕駛員及時進行修理。 2．2 ABS系統(tǒng)的工作原理 圖2.3汽車ABS工作原理示意圖 1—主缸 2—ABS ECU 3—蓄電池 4—儲液器 5,8,9—單向閥 6—電動泵驅(qū)動電機 7—電動泵 10—A孔 11—回位彈簧 12—C孔 13—車速傳感器 14—輪缸 15—B孔 (1) 普通制動（ABS不工作狀態(tài)） 在制動力較小、車輪未出現(xiàn)滑移或車速較低時，ABS處于不工作狀態(tài)，即ABS得ECU無指令給液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈，閥體在回位彈簧力的作用下打開A孔、關(guān)閉B孔，來自主缸的制動液通過A孔、B孔進入輪缸，產(chǎn)生制動效果；解除制動時，輪缸的制動液經(jīng)B孔、A孔及單向閥流回主缸。此時，電動泵的電動機也是處于不工作狀態(tài)。 (2) 緊急制動（ABS工作） 1）減壓狀態(tài) 當(dāng)車輪要抱死時，ABS的ECU發(fā)出控制指令，給液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈提供較大的電流，電磁線圈產(chǎn)生強磁吸力吸引閥體，閥體克服回位彈簧力將A孔關(guān)閉，切斷了主缸的進液通路。同時打開C孔，輪缸內(nèi)的制動液從B孔經(jīng)C孔進入儲液器。由于輪缸制動液經(jīng)上述回路返回主缸而使壓力下降，防止車輪抱死。至于液壓降低的程度，由ABS的ECU根據(jù)車輪速度傳感器的信號進行控制。 2）保持狀態(tài) 輪缸減壓后，如果車輪處于最佳滑移率的范圍之內(nèi)，ABS的ECU會根據(jù)傳感器的信號發(fā)出相應(yīng)指令，使液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈通較小的電流，使閥體保持在中間位置，此時正好關(guān)閉A孔和C孔，使輪缸處于保持壓力狀態(tài)。 3）增壓狀態(tài) 當(dāng)車輪制動器制動力不足時，通過車輪速度傳感器檢測信號，ABS的ECU便停止向液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈供電，閥體在彈簧力作用下回位打開A孔，關(guān)閉C孔，主管路中的高壓制動液便可通過A孔、B孔到達輪缸，使其輪缸液壓升高，從而加大制動力。 2．2．1車輪的滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 車輛的制動過程可以描述為以下幾個部分：首先由駕駛員踩踏制動踏板啟動制動缸：制動缸提供制動力矩并施加到車輪上；車輪因制動力而減速；輪胎與地面相互作用而產(chǎn)生的地面附著力使車輛減速。這一過程中，制動力矩與地面附著力構(gòu)成動力學(xué)系統(tǒng)。我們定義車輪與地面間滑移率為： （2.1） 式中： S—滑移率 v—車輛速度 —車輪角速度 R—車輪半徑 我們稱輪胎與地面間的摩擦系數(shù)為附著系數(shù)，為車輪滑移率的函數(shù)．考慮到車輛的轉(zhuǎn)向制動，可以將車輪受力分為橫向力和縱向力，相應(yīng)的附著系數(shù)也可分解為橫向附著系數(shù)和縱向附著系數(shù)，如圖2.3所示?？梢苑治鰴M向摩擦系數(shù)和縱向摩擦系數(shù)與車輪滑移率之間的關(guān)系，得到輪胎特性曲線。 輪速方向 車速方向 輪上橫向力方向 圖2.3 車輪橫向、縱向力 很顯然，當(dāng)滑移率為零時，由定義知， 圖2.3車輪橫向、縱向力車輪處于滾動狀態(tài)，車速等于輪速，制動力為零。隨著制動力不斷增大，滑移率達到100％時車輪抱死。對大多數(shù)情況而言，車輪滑移率在某個特定值下有最大的附著系數(shù)。某些特殊路面如沙石路面及未壓實的新雪路面，在車輪抱死時其前方堆積物的增加造成阻力，使附著系數(shù)增大。制動的目的之一是得到最短的制動距離，很顯然使車輛滑移率維持在峰值附著系數(shù)處就可以得到最大的地面附著力，也就有最短的制動距離。同時在峰值附著系數(shù)處的橫向力也較大，對維持車輛的制動穩(wěn)定性十分有利。在實際制動過程中駕駛員是很難做到這一點的，并且應(yīng)急制動情況下駕駛員更無精力去顧及這種最佳的操縱，而ABS系統(tǒng)恰恰是為了實現(xiàn)這一目的。峰值附著系數(shù)對應(yīng)的最佳滑移率隨輪胎特性路面的情況而變化，一般其值的變化范圍在5％—30％之間。 在制動過程中，輪胎經(jīng)常會受到側(cè)向力而發(fā)生側(cè)偏和側(cè)滑現(xiàn)象，如制動時要避免障礙物、轉(zhuǎn)彎制動、在分離附著系數(shù)路面制動等。從制動穩(wěn)定性的角度來說，在轉(zhuǎn)彎制動的情況下，前輪先抱死時，車輛受到的橫向力減小，車輪失去轉(zhuǎn)向能力，車輛將沿軌跡的切線方向甩出，使車輛失控。當(dāng)后輪先抱死時，車輛將產(chǎn)生較大的橫擺力矩，加劇過轉(zhuǎn)向特性，最后也將導(dǎo)致車輛的失穩(wěn)。 2．2．2制動過程中的加減速度 對正在旋轉(zhuǎn)的車輪施加制動，隨著制動壓力的升高，在車輪旋轉(zhuǎn)的相反方向上將產(chǎn)生制動力矩，輪速減小并產(chǎn)生滑移。制動完全解除時，制動力矩消失，車輪從滑移狀態(tài)恢復(fù)到滾動狀態(tài)。即車輪速度逐步增加到汽車速度，在這個過程中車輪的加減角速度處于不斷變化的過程中。一般講，制動強度越大，車輪減速度越大；在滑動狀態(tài)下，解除制動越快車輪加速度越大。 2．2．3制動過程中的載荷轉(zhuǎn)移 汽車重量是靠各個車輪來支撐的。在輪胎和路面的接觸面上有一個垂直方向的作用力，這個力叫做輪胎載荷。輪胎載荷隨著車輛制動力和轉(zhuǎn)彎時的離心力而變化。 直線制動時，汽車制動時根據(jù)總制動力的大小做減速運動。制動時所產(chǎn)生的地面制動力等于車輪載荷與附著系數(shù)之積。制動時所產(chǎn)生的慣性力與總制動力大小相等、方向相反、指向行駛方向，并作用在汽車質(zhì)心上。這兩個力將使汽車產(chǎn)生一個前傾力偶距，使前輪載荷增加，后輪載荷減少．假定附著系數(shù)為，車重G、軸距L、質(zhì)心高度，則： (2.2) 可知，質(zhì)心越高、軸距越短，載荷轉(zhuǎn)移的幅度越大。 汽車轉(zhuǎn)彎制動時，汽車的離心力為，作用在汽車的質(zhì)心上。側(cè)傾力偶矩產(chǎn)生后，使外側(cè)輪胎載荷增加，內(nèi)側(cè)輪胎減少．假定輪距為C，離心力所產(chǎn)生的力偶距對每個車輪平均分配， 則： (2.3) 上述這種車輪載荷的變化叫做動載荷轉(zhuǎn)移，由于載荷的轉(zhuǎn)移，汽車轉(zhuǎn)彎使前外車輪的制動力最大，后內(nèi)車輪的制動力最小。 2．3 ABS系統(tǒng)的控制方法 汽車ABS系統(tǒng)的工作環(huán)境十分惡劣，要求系統(tǒng)本身抗干擾能力強，可靠性高。車輪在緊急制動中的抱死過程很快，約為0.2-0.5s，要求ABS系統(tǒng)實時監(jiān)控能力強，控制過程迅速，大部分系統(tǒng)的循環(huán)都要求毫秒量級。以上特點對研究可行的ABS控制算法有很大的限制，復(fù)雜的算法很難實現(xiàn)。如果采用高級的硬件設(shè)備，則系統(tǒng)硬件成本太高，無法滿足要求。傳統(tǒng)的ABS控制方法是基于經(jīng)驗式的邏輯門限方法，每裝配一種新的車型都需要通過大量的道路試驗來確定經(jīng)驗參數(shù)。產(chǎn)品的發(fā)展往往經(jīng)歷了漫長的歷史。由于這些因素，汽車電子學(xué)的實用化進展并不是像人們預(yù)料的那樣快速。 隨著硬件設(shè)備性能飛速提高，在ABS算法領(lǐng)域也出現(xiàn)了基于現(xiàn)代控制理論的方法，較為典型的有滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。它是一種非線性控制策略，是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模面的程度來變更控制器結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)按照滑模面規(guī)定規(guī)律運行的一種控制方法。在ABS過程中，車輪滑移率的變化也是一個非線性過程，為了達到控制滑移率的目的，可以用滑模變結(jié)構(gòu)理論進行控制，具體控制方法可參閱文獻。 另一類方法是智能控制的方法，比較典型的方法是模糊控制方法。模糊控制是基于經(jīng)驗規(guī)則又可以結(jié)合數(shù)學(xué)過程的新型控制方法，它與系統(tǒng)的模型無關(guān)，不需要建立控制過程精確的數(shù)學(xué)模型，而是完全憑人的經(jīng)驗，將語言變量代替數(shù)字變量進行自動控制。ABS系統(tǒng)利用模糊邏輯可通過制動時車輛運動特征與路面特性間的關(guān)系估計路面特征，根據(jù)滑移率和滑移率誤差的變化，確定防抱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)器的壓力調(diào)節(jié)值。這種方法具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性，但調(diào)試設(shè)定參數(shù)比較困難，對設(shè)計人員經(jīng)驗依賴性很大。具體方法可參閱文獻。雖然近年在ABS控制算法領(lǐng)域提出了許多新的方法，但這些方法在應(yīng)用中并不順利，這主要是由于車輛本身參數(shù)及行駛工況的復(fù)雜特性。因此在本文中重點研究邏輯門限值方法極其應(yīng)用。 本設(shè)計采用的是邏輯門限值控制的方法。基本方法如下： 1) 在制動的初始階段，制動壓力上升，車輪產(chǎn)生制動減速度．當(dāng)車輪達到某一減速度值，說明車輪已有抱死傾向，加速度車輪狀態(tài)已處于不穩(wěn)定的區(qū)域，此時則命令減小制動壓力。 2) 車輪由于慣性仍有一段制動減速度下降，隨后制動減速度開始上升，最終產(chǎn)生車輪角加速度。這表明車輪已恢復(fù)到穩(wěn)定的車輪特性區(qū)域，我們希望車輛盡可能多的時間內(nèi)停留在這一區(qū)域內(nèi)。所以保持制動壓力。 3) 車輪由于慣性的原因加速度會繼續(xù)上升一段時間，然后呈下降趨勢。這時如果維持保壓，車輪減速度比較小，達不到峰值附著系數(shù)，所以當(dāng)加速度下降到某一門限時，制動壓力要重新開始增加。為使制動狀態(tài)能較長時間地停留在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，則采用交替式的增壓減壓，一獲得不同的壓力增加速率，得到最優(yōu)的制動效果。門限值控制法大多選擇加、減速度門限作為主要門限，以滑移率作為輔助門限。 2．4 小 結(jié) 本章分析了ABS系統(tǒng)的基本構(gòu)成，結(jié)合汽車傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析了ABS各部分的作用。說明了ABS中央控制器在ABS系統(tǒng)中起到的核心作用。一般的ABS系統(tǒng)主要由中央控制器、壓力調(diào)節(jié)器(電磁閥)、輪速傳感器、警示燈以及一些控制繼電器組成。輪速傳感器可以將車輪速度轉(zhuǎn)化為頻率信號，經(jīng)過信號處理電路后可以轉(zhuǎn)化為方波信號，通過測量兩個方波之間的時間間隔，可以得到輪速度。壓力調(diào)節(jié)器是主要的執(zhí)行部件，通過控制各電磁閥的通斷狀態(tài)達到調(diào)節(jié)制動壓力的目的。中央控制器是整個系統(tǒng)的核心，將信號輸入，經(jīng)過邏輯判斷后，控制電磁閥產(chǎn)生相應(yīng)的動作輸出。 第3章ABS控制器硬件的設(shè)計 ABS控制器總體結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1所示： 圖3.1 ABS控制器的硬件組成結(jié)構(gòu)圖 3．1 ABS中央控制器 本設(shè)計選用的中央控制器是AT89S52單片機，下面對該單片機進行簡單的介紹： AT89S52單片機的主要功能性是： At89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 圖3.2單片機AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖 P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 　　 P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能 　　 P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） 　　 P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） 　　 P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 　　 P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能 P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INTO(外中斷0) 　　 P3.3 INT1(外中斷1) 　　 P3.4 TO(定時/計數(shù)器0) 　　 P3.5 T1(定時/計數(shù)器1) 　　 P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) 　　 P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 　　 此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST—復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 　　ALE/PROG—當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。 對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 　　 PSEN—程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP—外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 3．2 輪速傳感器 本設(shè)計選用的傳感器是捷達轎車輪速傳感器： 圖3.3輪速傳感器 車輪轉(zhuǎn)速傳感器是汽車ABS系統(tǒng)中主要的信號傳感器，其作用是對車輪的運動狀態(tài)進行檢測，獲得車輪轉(zhuǎn)速信號。齒圈與輪速傳感器是一組的，當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)動時，輪速傳感器感應(yīng)交流信號，輸出到ABS電腦，提供輪速信號。輪速傳感器通常安裝在差速器、變速器輸出軸、各車輪輪軸上。輪速傳感器在車輪上的安裝位置，輪速傳感器是由傳感頭和齒圈等組成。 該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等顯著優(yōu)點。 3．3 ABS制動泵 圖3.4 ABS制動泵 本設(shè)計選擇的是捷達ABS制動系統(tǒng)中的制動泵： 液壓控制單元裝在制動主缸與制動輪缸之間。主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換執(zhí)行ABS ECU的指令，自動調(diào)節(jié)制動器中的液壓壓力。 低壓儲液罐與電動液壓泵合為一體裝于液壓控制單元上。低壓儲油罐的作用是用于暫時存儲從輪缸中流出的制動液，以緩和制動液從制動輪缸中流出時產(chǎn)生的脈動。電動液壓泵的作用是將在制動壓力階段流入低壓儲液罐中的制動液及時送至制動主缸，同時在施加壓力階段，從低壓儲液罐中吸取剩余制動力，泵入制動循環(huán)系統(tǒng)，給液壓系統(tǒng)以壓力支持,增加制動效能。電動液壓泵的運轉(zhuǎn)是由電子控制單元控制的。 液壓控制單元閥體內(nèi)包括8個電磁閥，每個回路各一對，其中一個是常開進油閥，一個是常閉出油閥。它在制動主缸、制動輪缸和回油路之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)壓力升高、壓力保持和壓力降低的功能，防止車輪抱死，其工作原理如下： (1) 開始制動階段（系統(tǒng)油壓建立） 開始制動時，駕駛員踩制動踏板，制動壓力由制動主缸產(chǎn)生，經(jīng)常開的不帶電壓的進油閥作用到車輪制動輪缸上，此時，不帶電壓的出油閥依然關(guān)閉，ABS系統(tǒng)沒有參與控制，整個過程和常規(guī)液壓制動系統(tǒng)相同，制動壓力不斷上升。 (2) 油壓保持 當(dāng)駕駛員繼續(xù)踩制動踏板，油壓繼續(xù)升高到車輪出現(xiàn)抱死趨勢時，ABS電子控制單元發(fā)出指令使進油閥通電并關(guān)閉閥門，出油閥依然不帶電壓仍保持關(guān)閉，系統(tǒng)油壓保持不變。 (3) 油壓降低 若制動壓力保持不變，車輪有抱死趨勢時，ABS ECU給出油閥通電打開出油閥，系統(tǒng)油壓通過低壓儲液罐降低油壓，此時進油閥繼續(xù)通電保持關(guān)閉狀態(tài)，有抱死趨勢的車輪被釋放，車輪轉(zhuǎn)速開始上升。與此同時，電動液壓泵開始起動，將制動液由低壓儲液罐送至制動主缸。 (4) 油壓增加 為了使制動最優(yōu)化，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速增加到一定值后，電子控制單元給出油閥斷電，關(guān)閉此閥門，進油閥同樣也不帶電而打開，電動液壓泵繼續(xù)工作從低壓儲液罐中吸取制動液泵入液壓制動系統(tǒng)。隨著制動壓力的增加，車輪轉(zhuǎn)速又降低。這樣反復(fù)循環(huán)地控制(工作頻率為5～6次/s，將車輪的滑移率始終控制在20%左右）。 3．4 驅(qū)動電路 5v 510 TLP127 IN4007 +5V 4.7k CD4069 50P 20P IRF540N IN4007 電磁閥線圈 +12v 圖3.6驅(qū)動電路圖 3．5小結(jié) 本章根據(jù)要實現(xiàn)的功能進行了硬件系統(tǒng)的選擇，同時對選擇的硬件從經(jīng)濟、硬件來源等方面分析其結(jié)構(gòu)功能、選擇理由。尤其是對輪速傳感器、制動泵的選擇更是針對到車型，這樣的選擇給了自己足夠信息來源，也不至于讓選擇太盲目。 第4章ABS控制器軟件的設(shè)計 4．1主程序流程 關(guān)閉警示燈開始循環(huán)節(jié)拍 N Y 故障處理模塊 節(jié)拍時間加1返回下一次循環(huán)開始 是否存在當(dāng)前故障 采集輪速，計算控制量 故障檢測模塊 ABS控制模塊 系統(tǒng)上電自檢 系統(tǒng)上電初始化 開始 圖4.1主程序流程圖 主程序首先要通過上電初始化為單片機建立一個運行環(huán)境，這包括時鐘、內(nèi)存、輸入輸出端口、中斷向量、異常處理等方面的初始化．之后進行ABS系統(tǒng)檢測，確認ABS系統(tǒng)是否能夠正常運行。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)存在故障，則轉(zhuǎn)入故障處理。如果未發(fā)現(xiàn)故障，則初始化相關(guān)的全局變量，進入ABS控制循環(huán)。 主程序每循環(huán)一次，在結(jié)束時修改時間值，這樣保證整個系統(tǒng)時鐘的統(tǒng)一。為了保證控制的實時性，速度采集模塊每周期都需要執(zhí)行。主程序的流程圖如4.1所示。 4．2初始化流程 在上電后，系統(tǒng)為了保證正常運行，需要在ABS工作前進行初始化操作。該操作括兩部分： (1) 系統(tǒng)初始化：包括時鐘初始化、內(nèi)存初始化、中斷初始化、I/O口設(shè)置、全局變量初始化、通信波特率設(shè)置、信號采集設(shè)置等； (2) ABS軟件初始化：打開警示燈、檢測電磁閥、檢測故障存儲器，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在故障，則保持警示燈點亮，并切斷電磁閥電源防止誤動作；如未發(fā)現(xiàn)當(dāng)前故障，則熄滅警示燈，接通電磁閥電源．兩部分之間依照以上次序依次進行，當(dāng)進入ABS循環(huán)后，初始化程序即不再被執(zhí)行，除非關(guān)閉電源。 4．3 輪速處理程序 車輪速度信號是ABS系統(tǒng)最主要的輸入信號．為了檢測到該信號必須通過電路處理，將正弦信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?，然后利用CPU的定時器捕捉方波信號的相鄰上升沿(或下降沿)的時間間隔，從而得到瞬時頻率，該頻率與當(dāng)前輪速成正比例關(guān)系。在求 瞬時頻率時，需要進行求倒數(shù)運算。該運算對原始的時間問隔數(shù)值十分敏感，原始時問間隔的微小差距就會導(dǎo)致較大的頻率值變化，因此輪速信號必須經(jīng)過數(shù)字濾波后才可以用來計算相關(guān)的控制量。 典型的4通道ABS系統(tǒng)需要同時采集4路輪速信號，如果用中斷方式進行采集，即每來一個脈沖都產(chǎn)生中斷，利用中斷處理程序記錄其時間，在輪速處理程序中對記錄的時間值進行統(tǒng)一處理。這種方法需要消耗大量的中斷資源，當(dāng)輪速信號在lKHz以上時，每6ms要產(chǎn)生約24次中斷，會導(dǎo)致系統(tǒng)忙于應(yīng)付中斷而沒有足夠的時間進行計算。 考慮到控制程序循環(huán)時間較短，可以認為一般情況下一個控制周期之內(nèi)輪速變化 不大，因此設(shè)計中采用查詢的方式進行信號采集，每個時間節(jié)拍對4路信號輸入寄存器進行查詢，如果出現(xiàn)新信號則記錄時間，如果未出現(xiàn)信號則不處理。當(dāng)速度很大時，每個節(jié)拍僅處理該節(jié)拍中產(chǎn)生的第一個信號，這樣可以大大減少CPU開支，提高效率。 圖4.2是輪速信號處理程序的流程圖 輪速信號采集 結(jié)束 N I<4? Y 查詢第i路信號 寄存器標(biāo)志位 Y 是否有新信號 N 讀取速度信號寄存器 求倒數(shù)，乘比例系數(shù) 4點均值濾波 放入FIFO內(nèi)存單元 i++ 圖4.2輪速信號處理程序流程圖 4．4控制算法 控制算法采用邏輯門限控制方法，在每個控制周期開始時，讀取狀態(tài)寄存器中的當(dāng)前車輛狀態(tài)，如果當(dāng)前沒有進入ABS，則進行ABS判斷；如果當(dāng)前已經(jīng)進入ABS狀態(tài)，則讀取計算得到的關(guān)鍵控制量，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)，與門限比較進行并邏輯判斷，得到控制結(jié)果；保持壓力、增加壓力、減少壓力三者必有一。最后，更新系統(tǒng)的狀態(tài)寄存器，退出周期循環(huán)，準(zhǔn)備進入下一個周期狀態(tài)。如圖4.3所示 4．5故障診斷 故障診斷分為兩部分，第一部分為點火上電檢測，主要針對先前故障和電磁閥故障。如果點火啟動時檢測到以前存在的故障，或者檢測到電磁閥出現(xiàn)故障，則報警。第二部分為行駛過程中的故障檢測，當(dāng)車輛遇到顛簸、或者傳感器等器件老化都回造成傳感器故障和電磁閥故障，都會影響到ABS控制效果。因此必須在汽車行進過程中對電磁閥和傳感器進行檢測。 電磁閥的檢測主要為短、斷路檢測。汽車行進過程中如果出現(xiàn)電磁閥故障則立刻報警。傳感器故障主要通過傳感器信號的強弱來判斷。如果某一個傳感器信號突然丟失而又沒有判斷出制動，則報傳感器斷路故障；如果傳感器信號幅值長時間小于經(jīng)驗值，則報傳感器信號弱故障。 4．6小 結(jié) 本章從汽車制動過程中車輪滑移率、附著系數(shù)和車輪加減速度的概念和相互關(guān)系出發(fā)，編寫了相應(yīng)的軟件程序和流程圖，在每個控制周期開始時，讀取狀態(tài)寄存器中的當(dāng)前車輛狀態(tài)，如果當(dāng)前沒有進入ABS，則進行ABS判斷；如果當(dāng)前已經(jīng)進入ABS狀態(tài)，則讀取計算得到的關(guān)鍵控制量，結(jié)合當(dāng)前狀