【正文】 式，見圖31(a,b)。圖31(a,b)為了對四個車輪的制動壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置(通道)。由于四通道ABS可以最大程度地利用每個車輪的附著力進(jìn)行制動，因此汽車的制動效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使得汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動壓力調(diào)節(jié)。(2)三通道ABS 四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制，其布置形式見圖31(c)、(d)、(e)。圖31(c)、(d)、(e)圖(c)所示的按對角布置的雙管路制動系統(tǒng)中，雖然在通往四個制動輪缸的制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實(shí)際上仍是三通道ABS。由于三通道ABS對兩后輪進(jìn)行一同控制，對于后輪驅(qū)動的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。 汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%—80%)。對前輪制動壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進(jìn)行制動，有利于縮短制動距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。本設(shè)計(jì)就是為三通道ABS。(3)雙通道ABS 圖31(f)所示的雙通道ABS在按前后布置的雙管路制動系統(tǒng)的前后制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。對于后輪驅(qū)動的汽車，可以在兩前輪和傳動系中各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器。當(dāng)在附著系數(shù)分離的路面上進(jìn)行緊急制動時，兩前輪的制動力相差很大，為保持汽車的行駛方向，駕駛員會通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤使前輪偏轉(zhuǎn)，以求用轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的橫向力與不平衡的制動力相抗衡，保持汽車行駛方向的穩(wěn)定性。但是在兩前輪從附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?shù)均勻路面的瞬間，以前處于低附著系數(shù)路面而抱死的前輪的制動力因附著力突然增大而增大，由于駕駛員無法在瞬間將轉(zhuǎn)向輪回正，轉(zhuǎn)向輪上仍然存在的橫向力將會使汽車向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時是一種無法控制的危險狀態(tài)。圖 31 （f）（g）圖31(g)所示的雙通道ABS多用于制動管路對角布置的汽車上，兩前輪獨(dú)立控制，制動液通過比例閥(P閥)按一定比例減壓后傳給對角后輪。對于采用此控制方式的前輪驅(qū)動汽車，如果在緊急制動時離合器沒有及時分離，前輪在制動壓力較小時就趨于抱死，而此時后輪的制動力還遠(yuǎn)未達(dá)到其附著力的水平，汽車的制動力會顯著減小。而對于采用此控制方式的后輪驅(qū)動汽車，如果將比例閥調(diào)整到正常制動情況下前輪趨于抱死時，后輪的制動力接近其附著力，則緊急制動時由于離合器往往難以及時分離，導(dǎo)致后輪抱死，使汽車喪失方向穩(wěn)定性。 由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。(4)單通道ABS 所有單通道ABS都是在前后布置的雙管路制動系統(tǒng)的后制動管路中設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅(qū)動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，如圖31(h)。圖31(h)單通道ABS一般對兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性。在附著系數(shù)分離的路面上進(jìn)行制動時，兩后輪的制動力都被限制在處于低附著系數(shù)路面上的后輪的附著力水平，制動距離會有所增加。由于前制動輪缸的制動壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動抱死，所以汽車制動時的轉(zhuǎn)向操作能力得不到保障。但由于單通道ABS能夠顯著地提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性，又具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。 ．2 防抱死制動系統(tǒng)的基本組成 ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元(ECU)和電磁閥三部分組成，其系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)組成圖如圖32所示。傳感器一般安裝在車輪上以測量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時ECU接收傳感器送來的車輪信號，一般為符合ECU電壓要求的矩形電壓波，然后固化在ECU中的程序根據(jù)各個車輪的速度來決定對各個車輪的制動液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號給各個車輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號后對車輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運(yùn)動情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序?qū)嶋H上是ABS的控制方法，而液壓控制單元是ABS控制方法的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 32（a） ABS系統(tǒng)的組成（分置式）前輪速度傳感器 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 ABS電控單元 ABS警告燈 后輪速度傳感器 停車燈開關(guān) 制動主缸 比例分配閥 制動輪缸 蓄電池 1點(diǎn)火開關(guān)32（b）系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 圖 32 ABS系統(tǒng)的組成輪速傳感器是汽車輪速的檢測元件，它能產(chǎn)生頻率與車輪速度成正比的近似正弦電信號，ABS控制單元根據(jù)處理后的信號計(jì)算車輪速度。電子控制單元是整個防抱死制動系統(tǒng)的核心控制部件，它接受車輪速度傳感器送來的頻率信號，通過計(jì)算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動壓力。定性的來說，就是當(dāng)車輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時，ECU就輸出一個控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，使輪速上升或下降，將汽車車輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽車的安全、可靠制動。電子控制單元原理圖如圖33所示。電磁閥是防抱死制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒有控制信號的情況下，該制動系統(tǒng)相當(dāng)于常規(guī)制動系統(tǒng)，直接輸出最大制動壓力。當(dāng)ECU向電磁閥發(fā)出控制信號時，電磁閥動作，對輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車輪的滑移率，使制動力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動，但又不達(dá)到峰值制動力，實(shí)現(xiàn)最佳制動效率。ABS就是在汽車制動過程中不斷檢測車輪速度的變化，按一定的控制方法，通過電磁閥調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，以獲得最高的縱向附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動狀態(tài)。圖33 原理結(jié)構(gòu)框圖 80C196KC最小系統(tǒng)汽車防抱死制動系統(tǒng)是一個典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。它一方面負(fù)責(zé)將傳感器信號AID轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)字輸入信號采集到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中去進(jìn)行分析處理，另一方面要將控制命令通過 D/A轉(zhuǎn)換或數(shù)字輸出去驅(qū)動作動系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種控制算法，所以電子控制單元是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的實(shí)現(xiàn)取決于所選取的計(jì)算機(jī)的類型。相對于ABS系統(tǒng)，對基于車輪滑移率的控制方式而言，輸入電子控制單元的信號是速度脈沖，它由傳感器采集感應(yīng)出正弦信號，經(jīng)過模擬電路的濾波整形修正為標(biāo)準(zhǔn)的系列方波信號，然后通過單片機(jī)的定時/計(jì)數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機(jī)內(nèi)存中去。單片機(jī)內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個輪速信號按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，如計(jì)算車輛參考速度和車輪角減速度，根據(jù)這些值的大小確定出相應(yīng)的控制命令，即壓力增加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號通過數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過模擬電路的驅(qū)動功率放大就可以直接驅(qū)動電磁閥，進(jìn)而控制制動壓力。同時輸出的信號中還包括報警指示等。就目前而言，實(shí)現(xiàn)汽車的控制系統(tǒng)一般采用單片計(jì)算機(jī)，在開發(fā)階段也有采用通用CPU的，采用CPU在于可以利用CPU強(qiáng)大的軟、硬件資源以及網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法、高效的編程手段以及高速的運(yùn)算速度。但作為研制的最終產(chǎn)品，無一例外都采用單片機(jī)作為電子控制單元的核心。由于單片機(jī)體積小，重量輕，高可靠性，價格低廉，使用方便，因此十分適用于開發(fā)汽車電子系統(tǒng)。早期的汽車控制系統(tǒng)采用八位單片機(jī)，目前已過渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)已開發(fā)采用32位CPU。目前防抱死系統(tǒng)采用較多的單片機(jī)是摩托羅拉 (Motorola)、英特爾 (Intel)、德州儀器 (TI)公司及西門子 (Siemens) 16位單片機(jī)。選用單片機(jī)要充分利用各種外部端口的資源，同時要利用內(nèi)部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運(yùn)算速度，應(yīng)根據(jù)以下幾個原則選擇ABS控制的單片機(jī)。（1）CPU的運(yùn)算速度CPU的時間一般消耗在數(shù)學(xué)運(yùn)算過程中，特別是32位的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，計(jì)算時間成倍的增加，一般情況下應(yīng)避免采用浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，因?yàn)锳BS系統(tǒng)要求計(jì)算頻率非常高，一般5毫秒到10毫秒之間，CPU要完成各種計(jì)算，例如加減速度、參考滑移率等，這種計(jì)算都是實(shí)時完成的。（2）內(nèi)外部存貯器同樣的CPU類型其內(nèi)、外部數(shù)據(jù)與程序存貯器也是多樣的，所以電子控制單元要根據(jù)需要選擇不同的內(nèi)、外部存貯器，同時編程時要提高內(nèi)存利用率，多用通用的變量，少定義專用的變量，以節(jié)省內(nèi)存。目前ABS系統(tǒng)的程序容量一般在8K32K之間，內(nèi)存數(shù)據(jù)儲存器在256個字節(jié)以上。進(jìn)入90年代，已大批量使用帶有ROM, EPROM, EEPROM, FLASH EEPROM和一次寫入 (OPT型)的單片機(jī)。它真正符合了單片機(jī)的小型、簡單、可靠、廉價的設(shè)計(jì)初衷。（3）輸入、輸出端口資源輸入輸出端口要充分的利用，如果使用不足則浪費(fèi)了資源，外部總線8位單片機(jī)u0資源太少，無法用于ass系統(tǒng)，外部總線16位基本能滿足ABS系統(tǒng)的要求。3. 2. 1 CPU簡介本文中單片機(jī)選用了MCS%系列產(chǎn)品中的80C196KCo 80C196高性能16位單片機(jī)是Intel公司繼80%之后推出的一系列高性能CHMOS16位單片機(jī)，它特別適合要求很高的實(shí)時控制場合，目前，已成功地應(yīng)用于汽車上，諸如點(diǎn)火，燃料等控制[[52, 53, 55]CHMOS芯片耗電少，除正常工作外還可工作于 2種節(jié)電方式:待機(jī)方式和掉電方式，有一個共同的 CPU組織結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，在單片機(jī)內(nèi)部 “嵌入”了以往被認(rèn)為是 “外圍設(shè)備”的各種電路，于是形成了各種不同型號的單片機(jī)。8OC196KC的內(nèi)部EPROM/ROM為8K字節(jié)，內(nèi)部RAM為232字節(jié)，都可作為通用寄存器使用，加上24字節(jié)專用寄存器，相當(dāng)于有256字節(jié)內(nèi)部寄存器。在 ABS的主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件編制中，就充分利用了其內(nèi)部的通用寄存器。因?yàn)?ABS作為一種實(shí)時控制，而整個制動過程在短短的幾秒鐘內(nèi)必須完成，因此它對時間要求非常高。通過對所需采集數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)幾種參數(shù)數(shù)量級分布較為集中，只需將每類參數(shù)量綱擴(kuò)大 100倍，放入通用寄存器中供分析、計(jì)算，這樣不但能保證控制參數(shù)的準(zhǔn)確性 (小數(shù)點(diǎn)后2位)，.而且避免調(diào)用冗繁的四則運(yùn)算子程序，使其算法更簡潔，實(shí)時響應(yīng)速度更快，更具合理性。高速輸入HSI部件:。變換檢測器在 HSI MODE寄存器控制下，可檢測四種事件變化的方式，并把各輸入端的狀態(tài)寄存在HSI_STATUS寄存器中。HSI用定時器T1作事件記錄變化的時間基準(zhǔn)源，把各個輸入端的變化時刻記錄在 FIFO中。保持寄存器與FIFO相連，通過 FIFO把事件的時間值送入 HSI_ TIME中。這樣，對 HSI_ STATUS和HSIJIME寄存器的訪問就能讀取事件變化狀態(tài)和發(fā)生時刻。HSI_ MODE寄存器控制變換檢測器檢測事件的方式。每兩位組成一個方式控制字HSI_ STATUS寄存器表示 ,，每兩位表示一個輸入端：低位1: 事件出現(xiàn)過；0: 沒出現(xiàn)高位 1: 從HISTIME讀取的事件，此時的輸入端為高電平 0: 從HISIME讀取的事件，此時的輸入端為低電平通常，對脈沖信號的記數(shù)就利用了檢測HSI_ STATUSZH狀態(tài)變化次數(shù)的辦法。而ABS系統(tǒng)中，使用了另一種方法:定時器T2也可看作一個16位的事件計(jì)數(shù)器， (包括正跳變和負(fù)跳變)時，其計(jì)數(shù)值加 1。定時器 2與 HSO單元配合使用，作為事件觸發(fā)的時間基準(zhǔn)，T2的記數(shù)值存放在地址OCH(低8位)和ODH(高 8位)的特殊功能寄存器中。當(dāng)由輪速傳感器送入的信號經(jīng)輸入級電路處理后，作為脈沖信號輸入時，T2就能對其進(jìn)行記數(shù)，在中斷服務(wù)程序中讀取記數(shù)寄存器的值，便能測出車輪轉(zhuǎn)速。在實(shí)際應(yīng)用中，汽車有四個輪速信號同時輸入，數(shù)字控制器中沒有足夠多的計(jì)數(shù)器，就需要擴(kuò)展一塊 8253芯片。8253具有三個功能相同的16位減計(jì)數(shù)器，每個計(jì)數(shù)器的工作方式及記數(shù)常數(shù)分別由軟件編程選擇。這樣，程序初始化時，設(shè)定好記數(shù)處值和方式控制字，在中斷服務(wù)程序中就能同時讀取四輪的輪速信號，因?yàn)槊織l指令占用時間非常短暫(以微秒計(jì))，相對于中斷時間(一般為幾十毫秒)幾乎可以忽略。因此，采用這種方式能夠做到對四輪信號的同步測速。中斷系統(tǒng):MCS96給用戶提供了八種型式的中斷源，每種中斷源都有相對應(yīng)的中斷向量與之對應(yīng)。中斷向量單元中存放的是中斷服務(wù)程序的入口地址，當(dāng)允許中斷時，任何一個中斷源發(fā)出的中斷請求，將迫使程序轉(zhuǎn)至由對應(yīng)的向t地址單元的內(nèi)容所決定的起始地址去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。CPU對中斷控制是通過對中斷的特殊功能寄存器和總中斷允許位的控制實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)跳變檢測器檢測到一個硬件中斷時，則置位中斷登記寄存器 INT_ PEND中相應(yīng)的位，通過讀寄存器 INT_ PEND，能確定在任意給定的時間里哪個中斷源發(fā)出中斷。而每個中斷源都可以通過對中斷屏蔽寄存器工INT_MASK相應(yīng)位的置位和復(fù)位而開放或禁止中斷。即某一位為則開放相應(yīng)的中斷源。為0則禁止相應(yīng)的中斷源。中斷登記寄存器和中斷屏蔽寄存器中各個中斷源的位置是一樣的，其各位定義如下:一個中斷請求能被響應(yīng)，必須具備以下的條件:首先用El指令開放全部中斷。中斷登ia/屏蔽寄存器對應(yīng)位置 1 。CPU響應(yīng)完中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序后，用POPF或RET指令將斷點(diǎn)地址送回。高速輸出HSO部件:高速輸出HSO的功能是能夠在預(yù)定的時刻觸發(fā)某一事件。這些事件包括:改變6條輸出線 ( )上的電平信號、啟動A/D轉(zhuǎn)換、使定時器2復(fù)位以及觸發(fā)4個軟件定時器中斷等。由于HSO主要由專門的硬件來實(shí)現(xiàn)對事件的觸發(fā)，因此，與普通的輸出端口相比，具有占用CPU開銷少、速度高、使用靈活方便等特點(diǎn)。, ，分別與 ，此兩條引線可同時設(shè)置為HIS輸入允許和HSO輸出允許。 與HSO相關(guān)的特殊功能寄存器有:定時器T1，定時器T2, HSO命令寄存器。本文，結(jié)合上面