【文章內(nèi)容簡介】 則通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用新材料、提高制造工藝等。ABS 軟件部分則采用補(bǔ)償方法（針對測量、計(jì)算誤差）和自適應(yīng)控制算法來提高 ABS 的可靠性和自適應(yīng)性。　　3. 提高系統(tǒng)的集成度，減小體積，減輕質(zhì)量?，F(xiàn)代汽車的安裝空間都非常緊湊，而 ABS 又是提高汽車安全性能的附加裝置，預(yù)留的空間非常有限，因此，要求 ABS 控制器體積盡量小。此外新增加的裝置必然增加整車質(zhì)量，對整車經(jīng)濟(jì)性、動力性不利，要求 ABS 質(zhì)量輕。因此 ABS 裝置必須高度集成化，這樣既可以減小體積，又可減輕質(zhì)量，同時還可以降低成本?！? 4. 增強(qiáng) ABS 控制器的功能，擴(kuò)大使用范圍。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，ABS技術(shù)也在不斷地成熟和發(fā)展，很多 ABS 控制器已經(jīng)選用功能強(qiáng)、速度快、集成度高的16位或32位微處理器，甚至做成專用芯片，為 ABS 進(jìn)一步完善和擴(kuò)展構(gòu)建了一個良好的平臺。目前對汽車進(jìn)行安全控制的裝置不斷地被加入這個平臺，由最初的防滑控制系統(tǒng)，到現(xiàn)在的電子制動力分配裝置、電子助力制動裝置，電子行駛穩(wěn)定控制系統(tǒng)、車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)、電子控制制動系統(tǒng)、車速記錄儀等。ABS 技術(shù)已進(jìn)入全新的發(fā)展時期，ABS 作為制動控制系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其控制功能和使用范圍正在不斷擴(kuò)大?！　?. 提高總線技術(shù)在 ABS 系統(tǒng)上的應(yīng)用　　隨著電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多，車載電子設(shè)備的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及廉價性是對汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，控制改善汽車某一方面的性能，同時在其他處理機(jī)需要時提供數(shù)據(jù)服務(wù)。汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要依靠總線傳輸技術(shù)，汽車總線傳輸是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元（發(fā)動機(jī)、ABS、自動變速器等） 、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來，從而構(gòu)成的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。其優(yōu)點(diǎn)是：減少了線束的數(shù)量和線束的容積，提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；采用通用傳感器，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的；改善了系統(tǒng)的靈活性，即通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能的變化。 1. 6 本文研究的意義及主要內(nèi)容 本課題研究的意義隨著世界經(jīng)濟(jì)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(jī)遇。提高汽車整車和零配件的國產(chǎn)化，趕超世界先進(jìn)水平，是國人的共同愿望。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)械和汽車行業(yè)的研究人員亟待解決的問題。 近年來，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)。加強(qiáng)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(hù)人身安全是具有現(xiàn)實(shí)意義的。 本課題研究的內(nèi)容本文以汽車ABS為研究對象，對傳感器選用、控制算法、單片機(jī)應(yīng)用等作了一定的研究，從而為ABS的設(shè)計(jì)改進(jìn)和升級換代開辟了有利的途徑，本文主要研究內(nèi)容如下： (1)ABS傳感器和控制通道研究 車輪輪速傳感器的作用是測定車輪的速度，并把脈沖頻率信號送入計(jì)算機(jī)，它可以安裝在各個車輪的輪轂上，也可以安裝在主減速器輸入軸上。在敘述ABS輪速傳感器及其信號特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，必須相當(dāng)重視ABS控制系統(tǒng)車輪角速度的精確測量和合理利用。(2)ABS控制算法的研究 由于汽車本身參數(shù)及其行駛工況的復(fù)雜特性，采用基于模型的現(xiàn)代控制理論方法所得效果并不理想，而基于經(jīng)驗(yàn)式的常規(guī)控制方法要依據(jù)大量的道路試驗(yàn)確定一些經(jīng)驗(yàn)控制算法及參數(shù)，如PID參數(shù)。目前硬件水平發(fā)展很快，最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、非線性控制等較為復(fù)雜的算法也得到應(yīng)用。ABS及車輛系統(tǒng)建模難度大，具有高度非線性和不確定的時變性，需要將知識和經(jīng)驗(yàn)引入以形成智能控制，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制?！? 本文采用ABS控制算法采用邏輯門限值控制。它的基本原理是以車輪的加減速度作為主要控制門限，以車輪的滑移率作為輔助控制門限，在減速度達(dá)到下門限值時發(fā)出減壓控制信號，在加速度達(dá)到第一上門限值時發(fā)出增壓控制信號使得制動力加強(qiáng)迅速降速。如此反復(fù)循環(huán)，直到輪速降至一個較低的數(shù)值，退出ABS控制。 (3) ABS用單片機(jī)開發(fā)研究 目前廣泛采用的電控防抱死系統(tǒng)，其核心是單片機(jī)控制器；隨著功能技術(shù)和應(yīng)用水平地提高，單片機(jī)應(yīng)用研究在ABS領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步深入。本文研究了ABS16位單片機(jī)開發(fā)思路和設(shè)計(jì)方法，利用單片機(jī)控制器各種外部端口地資源，內(nèi)部的存儲器，中斷等，充分對高速數(shù)據(jù)采集、輪速計(jì)算與濾波、參考車速和滑移率計(jì)算、輪加速度計(jì)算和防抱死制動控制邏輯分析等功能地重要性，以便為ABS地測試分析、研究開發(fā)提供了方便有效地工具。本文基于 MC9S12XS128 是 Motorola 16 位單片機(jī)家族中的一員，其處理單元采用16 位的 STAR12CPU。片內(nèi)資源包括 128KB 的 Flash ROM、8KB 的 RAM、4KB 的EEPROM、一個 8 通道的脈沖寬度調(diào)制模塊 (PWM)、一個 8 通道的增強(qiáng)型捕捉定時器模塊(ECT) 、兩個 8 通道的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊(ATD) 、兩個串行通訊接口(SCI) 、三個串行設(shè)備接口(SPI)等。在 Codewarrior 集成開發(fā)環(huán)境中，可以對單片機(jī)進(jìn)行程序編輯、編譯、下載和在線調(diào)試，使其開發(fā)十分便利。圖 11 為 MC9S12XS128 芯片原理圖：第二章 ABS 工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成2．1 ABS 系統(tǒng)工作原理簡介防抱死制動系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用電子技術(shù)，在制動時防止車輛抱死等的一種機(jī)電一體化系統(tǒng)，為一個四輪車輛防抱死控制系統(tǒng)模型示意圖和原理圖。它由控制器、電磁閥、輪速傳感器三部分組成。如圖2．1所示：圖2．1防抱死系統(tǒng)原理示意圖在應(yīng)急制動時，司機(jī)踏板控制的制動壓力過大時，輪速傳感器及控制器可以檢測到車輪有抱死的傾向，此時控制器控制制動系統(tǒng)減少制動壓力。當(dāng)車輪輪速恢復(fù)并且地面摩擦力有減小趨勢時，控制器又控制制動系統(tǒng)增加動壓力。這樣使車輪一直處于最佳的制動狀態(tài)，最有效的利用地面附著力，得到最佳的制動距離和制動穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)功能是使行駛的汽車車輪受制動力矩的作用，使車輛停止。在大多數(shù)情況下往往要抱死車輪，此時一方面造成車輪輪胎的嚴(yán)重磨損，另一方面后輪抱死會產(chǎn)生側(cè)滑，容易喪失穩(wěn)定性，而前輪抱死會使車輛喪失轉(zhuǎn)向能力，這些狀態(tài)都容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。ABS 系統(tǒng)的引入使制動過程中車輪處于非抱死的狀態(tài)，這樣不僅可以防止制動過程中后輪抱死而導(dǎo)致的車輛側(cè)滑甩尾，大大提高制動過程的方向穩(wěn)定性，同時可以防止前輪抱死而喪失轉(zhuǎn)向能力，提高汽車躲避前方障礙物的操縱性和彎道制動時的軌跡保持能力，而且最終的制動距離往往要比同類車型不帶防抱死系統(tǒng)的車輛的制動距離要短，因而 ABS 是一種有效的車輛安全裝置。防抱死制動原理框圖如圖 所示：圖2．2防抱死制動原理框圖2．2 ABS 裝置的基本組成 車輪轉(zhuǎn)速傳感器車輪轉(zhuǎn)速傳感器(簡稱為輪速傳感器)是ABS中最主要的一個傳感器，其作用是對車輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測，獲得車輪轉(zhuǎn)速(速度)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。它雖然結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在以下缺點(diǎn)： (1)輸出信號的大小隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，若車速過慢，其輸出信號低于1v，電腦就無法檢測。 (2)頻率響應(yīng)不高，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時傳感器的頻率響應(yīng)跟不上，容易產(chǎn)生錯誤信號。 (3)抗電磁波干擾能力差，尤其是輸出信號幅值較小時。 現(xiàn)在國內(nèi)外ABS的控制速度范圍一般為15～160km/h，這就對輪速傳感器和處理控制信號的微電腦都提出了更高的要求?；魻柺杰囕喫俣葌鞲衅骺朔舜烹娛捷喫賯鞲衅鞯纳鲜鋈秉c(diǎn)，并且具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)輸出信號幅值不變。在工作電壓為12V時，輸出幅值保持11．512V不變，車速再慢甚至到零，幅值都不變。(2)頻率響應(yīng)高(可達(dá)20kHz)，用于ABS系統(tǒng)中可檢測1000km(h)1的信號，故可滿足使用要求。(3)抗電磁干擾能力強(qiáng)。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(qiáng)。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。 電子控制單元(ECU)ABS 的電子控制單元(Eectronic Control Unit)，常用 ECU 表示，簡稱 ABS 電腦。它的主要作用是接收輪速傳感器等輸入信號，計(jì)算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等，并進(jìn)行判斷、輸出控制指令，控制制動壓力調(diào)節(jié)器等進(jìn)行工作。另外，ABS電腦還有監(jiān)測等功能，如有故障時會使 ABS 停止工作并將 ABS 警示燈點(diǎn)亮。一般的電子防抱制動系統(tǒng)只有一套運(yùn)算電路，但為了更保險，以及在裝有多個輪速傳感器的情況下，常需裝用兩套運(yùn)算電路，同時進(jìn)行運(yùn)算和傳遞數(shù)據(jù)，利用各自的運(yùn)算結(jié)果互相比較，相互監(jiān)控，確?？煽啃?。電子控制單元一般有以下幾個基本構(gòu)成電路：(1)輪速傳感器的輸入放大電路安裝在各車輪上的輪速傳感器根據(jù)輪速的變化輸出交流信號，并輸入放大電路中，將交流信號放大成矩形波，整形后送往運(yùn)算電路。(2)電腦控制運(yùn)算電路其作用是連續(xù)地檢測來自四個車輪傳感器的脈沖電信號，并將它們處理、轉(zhuǎn)換成與輪速成正比的數(shù)值，從這些數(shù)值中區(qū)別哪個車輪速度快，哪個車輪速度慢。根據(jù)四個輪子的速度實(shí)施防抱死制動控制，向液壓調(diào)節(jié)器輸出幅值為 12V的脈沖控制電壓，以控制分泵上油路的通、斷，分泵上油壓的變化就調(diào)節(jié)了輪上的制動壓力，使車輪的滑移率保持在目標(biāo)滑移率 A，附近，獲得比較理想的制動效果。(3)輸出級(電磁閥控制電路) 該電路接受來自運(yùn)算電路的減壓、保壓或增壓信號，以控制電磁閥的工作電流。(4)電腦的故障?？刂齐娐?穩(wěn)壓電源、電源監(jiān)控電路、故障反饋電路和繼電器驅(qū)動電路)。 ABS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障或受到暫時的干擾，電腦會自動關(guān)閉 ABS，讓普通制動系統(tǒng)繼續(xù)工作，以確保行駛安全性。2．2．3 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。 其作用是接受 ABS 電子控制單元的指令，驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的電磁閥動作(或電機(jī)轉(zhuǎn)動等)，調(diào)節(jié)制動系的壓力，使之增大、保持或減小，實(shí)現(xiàn)制動系壓力的控制功能。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(jìn)行工作的。在制動過程中，車輪還沒有趨于抱死時，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(jìn)行調(diào)節(jié)。通常，ABS只有在汽車速度達(dá)到一定程度(如 5km／h 或 8km／h)時，才會對制動過程中趨于抱死的車輪的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車速度降到一定程度時，因?yàn)檐囁俸艿?，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(jìn)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(jìn)行監(jiān)測，具有失效保護(hù)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(diǎn)亮，向駕駛員發(fā)出警示信號，提醒駕駛員及時進(jìn)行修理。全電制動 BBW 是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，全電制動不同于傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，因?yàn)槠鋫鬟f的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，制動反應(yīng)時間縮短。 其中的電制動器結(jié)構(gòu)和液壓制動器基本類似，有盤式和鼓式兩種，動作器是電動機(jī)，這就省去了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的制動油箱、制動主缸、助力裝置、液壓閥、復(fù)雜的管路系統(tǒng)等部件，使整車重量降低；無制動液，維護(hù)簡單；采用電線連接，系統(tǒng)耐久性能良好：制動響應(yīng)時間短，提高了制動性能。但是 BBW 的全面推廣還有不少問題需要解決，如：驅(qū)動能源問題；控制系統(tǒng)失效處理；抗干擾處理。所以全電制動系統(tǒng)要全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以液壓為主的制動控制系統(tǒng)還有很長的路要走。本論文主要涉及液壓式制動壓力調(diào)節(jié)器。第三章 制動時汽車的動力學(xué)分析 制動時汽車受力分析汽車在制動的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。地面對汽車的作用力又分為:作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖 31 所示。其中 Fx 為地面作用在每個車輪上的地面制動力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，他是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。Fy 為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動時，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖 31（a）所示。圖 31 汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時的平面受力簡圖若汽車在轉(zhuǎn)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖 31 (b)所示。地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在