【正文】 系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制，其布置形式見(jiàn)圖31(c)、(d)、(e)。圖31(c)、(d)、(e)圖(c)所示的按對(duì)角布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)中，雖然在通往四個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個(gè)后制動(dòng)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(duì)兩后輪進(jìn)行一同控制，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)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(dòng)汽車(chē)的前輪附著力約占汽車(chē)總附著力的70%—80%)。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車(chē)進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，并且汽車(chē)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(dòng)系統(tǒng)的前后制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對(duì)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(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，可以在兩前輪和傳動(dòng)系中各安裝一個(gè)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(dòng)時(shí)，兩前輪的制動(dòng)力相差很大，為保持汽車(chē)的行駛方向，駕駛員會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)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(dòng)力相抗衡，保持汽車(chē)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(dòng)力因附著力突然增大而增大，由于駕駛員無(wú)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(huì)使汽車(chē)向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時(shí)是一種無(wú)法控制的危險(xiǎn)狀態(tài)。圖 31 （f）（g）圖31(g)所示的雙通道ABS多用于制動(dòng)管路對(duì)角布置的汽車(chē)上，兩前輪獨(dú)立控制，制動(dòng)液通過(guò)比例閥(P閥)按一定比例減壓后傳給對(duì)角后輪。對(duì)于采用此控制方式的前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，如果在緊急制動(dòng)時(shí)離合器沒(méi)有及時(shí)分離，前輪在制動(dòng)壓力較小時(shí)就趨于抱死，而此時(shí)后輪的制動(dòng)力還遠(yuǎn)未達(dá)到其附著力的水平，汽車(chē)的制動(dòng)力會(huì)顯著減小。而對(duì)于采用此控制方式的后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，如果將比例閥調(diào)整到正常制動(dòng)情況下前輪趨于抱死時(shí)，后輪的制動(dòng)力接近其附著力，則緊急制動(dòng)時(shí)由于離合器往往難以及時(shí)分離，導(dǎo)致后輪抱死，使汽車(chē)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的后制動(dòng)管路中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)只需在傳動(dòng)系中安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，如圖31(h)。圖31(h)單通道ABS一般對(duì)兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。在附著系數(shù)分離的路面上進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩后輪的制動(dòng)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(dòng)距離會(huì)有所增加。由于前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動(dòng)抱死，所以汽車(chē)制動(dòng)時(shí)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(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。 ．2 防抱死制動(dòng)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(chē)輪上以測(cè)量車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時(shí)ECU接收傳感器送來(lái)的車(chē)輪信號(hào)，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(gè)車(chē)輪的速度來(lái)決定對(duì)各個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給各個(gè)車(chē)輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號(hào)后對(duì)車(chē)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(chē)輪的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(chē)燈開(kāi)關(guān) 制動(dòng)主缸 比例分配閥 制動(dòng)輪缸 蓄電池 1點(diǎn)火開(kāi)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(chē)輪速的檢測(cè)元件，它能產(chǎn)生頻率與車(chē)輪速度成正比的近似正弦電信號(hào)，ABS控制單元根據(jù)處理后的信號(hào)計(jì)算車(chē)輪速度。電子控制單元是整個(gè)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的核心控制部件，它接受車(chē)輪速度傳感器送來(lái)的頻率信號(hào)，通過(guò)計(jì)算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號(hào)，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。定性的來(lái)說(shuō)，就是當(dāng)車(chē)輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時(shí)，ECU就輸出一個(gè)控制信號(hào)，命令電磁閥打開(kāi)或閉合，從而調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸壓力，使輪速上升或下降，將汽車(chē)車(chē)輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的安全、可靠制動(dòng)。電子控制單元原理圖如圖33所示。電磁閥是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒(méi)有控制信號(hào)的情況下，該制動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，直接輸出最大制動(dòng)壓力。當(dāng)ECU向電磁閥發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，電磁閥動(dòng)作，對(duì)輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車(chē)輪的滑移率，使制動(dòng)力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，但又不達(dá)到峰值制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)最佳制動(dòng)效率。ABS就是在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)車(chē)輪速度的變化，按一定的控制方法，通過(guò)電磁閥調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸壓力，以獲得最高的縱向附著系數(shù)，使車(chē)輪始終處于較好的制動(dòng)狀態(tài)。圖33 原理結(jié)構(gòu)框圖 80C196KC最小系統(tǒng)汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)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(hào)AID轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)字輸入信號(hào)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(guò) D/A轉(zhuǎn)換或數(shù)字輸出去驅(qū)動(dòng)作動(dòng)系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過(guò)軟件編程來(lái)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(duì)于ABS系統(tǒng)，對(duì)基于車(chē)輪滑移率的控制方式而言，輸入電子控制單元的信號(hào)是速度脈沖，它由傳感器采集感應(yīng)出正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬電路的濾波整形修正為標(biāo)準(zhǔn)的系列方波信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)/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(gè)輪速信號(hào)按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，如計(jì)算車(chē)輛參考速度和車(chē)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(hào)通過(guò)數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過(guò)模擬電路的驅(qū)動(dòng)功率放大就可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，進(jìn)而控制制動(dòng)壓力。同時(shí)輸出的信號(hào)中還包括報(bào)警指示等。就目前而言，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的控制系統(tǒng)一般采用單片計(jì)算機(jī)，在開(kāi)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(wú)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(jià)格低廉，使用方便，因此十分適用于開(kāi)發(fā)汽車(chē)電子系統(tǒng)。早期的汽車(chē)控制系統(tǒng)采用八位單片機(jī)，目前已過(guò)渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)已開(kāi)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(mén)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(shí)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(gè)原則選擇ABS控制的單片機(jī)。（1）CPU的運(yùn)算速度CPU的時(shí)間一般消耗在數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程中，特別是32位的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，計(jì)算時(shí)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(shí)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(shí)編程時(shí)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(chǔ)存器在256個(gè)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(xiě)入 (OPT型)的單片機(jī)。它真正符合了單片機(jī)的小型、簡(jiǎn)單、可靠、廉價(jià)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(wú)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(jiǎn)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(shí)控制場(chǎng)合，目前，已成功地應(yīng)用于汽車(chē)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(gè)共同的 CPU組織結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)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(hào)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(shí)控制，而整個(gè)制動(dòng)過(guò)程在短短的幾秒鐘內(nèi)必須完成，因此它對(duì)時(shí)間要求非常高。通過(guò)對(duì)所需采集數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)幾種參數(shù)數(shù)量級(jí)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(jiǎn)潔，實(shí)時(shí)響應(yīng)速度更快，更具合理性。高速輸入HSI部件:。變換檢測(cè)器在 HSI MODE寄存器控制下，可檢測(cè)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(shí)器T1作事件記錄變化的時(shí)間基準(zhǔn)源，把各個(gè)輸入端的變化時(shí)刻記錄在 FIFO中。保持寄存器與FIFO相連，通過(guò) FIFO把事件的時(shí)間值送入 HSI_ TIME中。這樣，對(duì) HSI_ STATUS和HSIJIME寄存器的訪問(wèn)就能讀取事件變化狀態(tài)和發(fā)生時(shí)刻。HSI_ MODE寄存器控制變換檢測(cè)器檢測(cè)事件的方式。每?jī)晌唤M成一個(gè)方式控制字HSI_ STATUS寄存器表示 ,，每?jī)晌槐硎疽粋€(gè)輸入端：低位1: 事件出現(xiàn)過(guò)；0: 沒(méi)出現(xiàn)高位 1: 從HISTIME讀取的事件，此時(shí)的輸入端為高電平 0: 從HISIME讀取的事件，此時(shí)的輸入端為低電平通常，對(duì)脈沖信號(hào)的記數(shù)就利用了檢測(cè)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(shí)器T2也可看作一個(gè)16位的事件計(jì)數(shù)器， (包括正跳變和負(fù)跳變)時(shí)，其計(jì)數(shù)值加 1。定時(shí)器 2與 HSO單元配合使用，作為事件觸發(fā)的時(shí)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(hào)經(jīng)輸入級(jí)電路處理后，作為脈沖信號(hào)輸入時(shí)，T2就能對(duì)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(cè)出車(chē)輪轉(zhuǎn)速。在實(shí)際應(yīng)用中，汽車(chē)有四個(gè)輪速信號(hào)同時(shí)輸入，數(shù)字控制器中沒(méi)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(gè)功能相同的16位減計(jì)數(shù)器，每個(gè)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(shí)，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(shí)讀取四輪的輪速信號(hào)，因?yàn)槊織l指令占用時(shí)間非常短暫(以微秒計(jì))，相對(duì)于中斷時(shí)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(duì)四輪信號(hào)的同步測(cè)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(duì)應(yīng)的中斷向量與之對(duì)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(shí)，任何一個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求，將迫使程序轉(zhuǎn)至由對(duì)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(duì)中斷控制是通過(guò)對(duì)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(cè)器檢測(cè)到一個(gè)硬件中斷時(shí)，則置位中斷登記寄存器 INT_ PEND中相應(yīng)的位，通過(guò)讀寄存器 INT_ PEND，能確定在任意給定的時(shí)間里哪個(gè)中斷源發(fā)出中斷。而每個(gè)中斷源都可以通過(guò)對(duì)中斷屏蔽寄存器工INT_MASK相應(yīng)位的置位和復(fù)位而開(kāi)放或禁止中斷。即某一位為則開(kāi)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(gè)中斷源的位置是一樣的，其各位定義如下:一個(gè)中斷請(qǐng)求能被響應(yīng)，必須具備以下的條件:首先用El指令開(kāi)放全部中斷。中斷登ia/屏蔽寄存器對(duì)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(shí)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(hào)、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、使定時(shí)器2復(fù)位以及觸發(fā)4個(gè)軟件定時(shí)器中斷等。由于HSO主要由專門(mén)的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)事件的觸發(fā)，因此，與普通的輸出端口相比，具有占用CPU開(kāi)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(shí)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(shí)器T1，定時(shí)器T2, HSO命令寄存器。本文，結(jié)合上面介紹的中斷原理，利用HSO產(chǎn)生軟件定時(shí)中斷，以下將著重介紹命令和時(shí)間寄存器的使用。命令寄存器各位定義如下:該命令字節(jié)D7位為鎖定事件。D6位用以選擇HSO事件觸發(fā)的基準(zhǔn)時(shí)鐘源，為1選擇T2，為0選擇Ti。 D5位用來(lái)設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)所選中通道 (07通道)的電平狀態(tài) (高或低電平)，1為高電平，0為低電平。D4位用來(lái)決定事件觸發(fā)時(shí)是否產(chǎn)生中斷，為1則申請(qǐng)中斷，為0不產(chǎn)生中斷。D3至 DO位用來(lái)選擇觸發(fā)事件對(duì)應(yīng)的通道號(hào)。HSO時(shí)間寄存器HSOTIME用來(lái)放在所設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)刻值。值得注意的是使用HS