【正文】 于抱死，而此時后輪的制動力還遠未達到其附著力的水平，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動汽車，如果將比例閥調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)的后制動管路中設置一個制動壓力調節(jié)裝置，對于后輪驅動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉速傳感器，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。在附著系數分離的路面上進行制動時，兩后輪的制動力都被限制在處于低附著系數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，又具有結構簡單、成本低的優(yōu)點，因此在輕型貨車上得到廣泛應用。 ．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)原理結構組成圖如圖32所示。傳感器一般安裝在車輪上以測量車輪的轉速，傳感器一般為磁電感應式。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中的程序根據各個車輪的速度來決定對各個車輪的制動液壓力如何調節(jié)，并輸出相應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行調節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運動情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序實際上是ABS的控制方法，而液壓控制單元是ABS控制方法的執(zhí)行機構。 32（a） ABS系統(tǒng)的組成（分置式）前輪速度傳感器 制動壓力調節(jié)裝置 ABS電控單元 ABS警告燈 后輪速度傳感器 停車燈開關 制動主缸 比例分配閥 制動輪缸 蓄電池 1點火開關32（b）系統(tǒng)原理結構框圖 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控制單元根據處理后的信號計算車輪速度。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，通過計算與邏輯判斷產生相應的控制電信號，操縱電磁閥去調節(jié)制動壓力。定性的來說，就是當車輪的滑移率不在控制范圍之內時，ECU就輸出一個控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調節(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，實現汽車的安全、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)相當于常規(guī)制動系統(tǒng)，直接輸出最大制動壓力。當ECU向電磁閥發(fā)出控制信號時，電磁閥動作，對輪缸壓力進行調節(jié)，從而調節(jié)車輪的滑移率，使制動力在接近峰值區(qū)域內波動，但又不達到峰值制動力，實現最佳制動效率。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，通過電磁閥調節(jié)制動輪缸壓力，以獲得最高的縱向附著系數，使車輪始終處于較好的制動狀態(tài)。圖33 原理結構框圖 80C196KC最小系統(tǒng)汽車防抱死制動系統(tǒng)是一個典型的計算機控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。它一方面負責將傳感器信號AID轉換或將數字輸入信號采集到計算機的內存中去進行分析處理，另一方面要將控制命令通過 D/A轉換或數字輸出去驅動作動系統(tǒng)，而電子控制單元內部CPU通過軟件編程來實現各種控制算法，所以電子控制單元是控制系統(tǒng)的關鍵，它的實現取決于所選取的計算機的類型。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出正弦信號，經過模擬電路的濾波整形修正為標準的系列方波信號，然后通過單片機的定時/計數器端口或數字輸入端口輸入到單片機內存中去。單片機內部的微處理芯片將輸入的各個輪速信號按一定的算法進行計算，如計算車輛參考速度和車輪角減速度，根據這些值的大小確定出相應的控制命令，即壓力增加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號通過數字輸出端口輸出，經過模擬電路的驅動功率放大就可以直接驅動電磁閥，進而控制制動壓力。同時輸出的信號中還包括報警指示等。就目前而言，實現汽車的控制系統(tǒng)一般采用單片計算機，在開發(fā)階段也有采用通用CPU的，采用CPU在于可以利用CPU強大的軟、硬件資源以及網絡功能實現復雜的控制算法、高效的編程手段以及高速的運算速度。但作為研制的最終產品，無一例外都采用單片機作為電子控制單元的核心。由于單片機體積小，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，目前已過渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動機管理系統(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。選用單片機要充分利用各種外部端口的資源，同時要利用內部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運算速度，應根據以下幾個原則選擇ABS控制的單片機。（1）CPU的運算速度CPU的時間一般消耗在數學運算過程中，特別是32位的浮點數計算，計算時間成倍的增加，一般情況下應避免采用浮點數計算，因為ABS系統(tǒng)要求計算頻率非常高，一般5毫秒到10毫秒之間，CPU要完成各種計算，例如加減速度、參考滑移率等，這種計算都是實時完成的。（2）內外部存貯器同樣的CPU類型其內、外部數據與程序存貯器也是多樣的，所以電子控制單元要根據需要選擇不同的內、外部存貯器，同時編程時要提高內存利用率，多用通用的變量，少定義專用的變量，以節(jié)省內存。目前ABS系統(tǒng)的程序容量一般在8K32K之間，內存數據儲存器在256個字節(jié)以上。進入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。它真正符合了單片機的小型、簡單、可靠、廉價的設計初衷。（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了資源，外部總線8位單片機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簡介本文中單片機選用了MCS%系列產品中的80C196KCo 80C196高性能16位單片機是Intel公司繼80%之后推出的一系列高性能CHMOS16位單片機，它特別適合要求很高的實時控制場合，目前，已成功地應用于汽車上，諸如點火，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:待機方式和掉電方式，有一個共同的 CPU組織結構。根據不同的應用場合，在單片機內部 “嵌入”了以往被認為是 “外圍設備”的各種電路，于是形成了各種不同型號的單片機。8OC196KC的內部EPROM/ROM為8K字節(jié)，內部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，相當于有256字節(jié)內部寄存器。在 ABS的主控系統(tǒng)設計的軟件編制中，就充分利用了其內部的通用寄存器。因為 ABS作為一種實時控制，而整個制動過程在短短的幾秒鐘內必須完成，因此它對時間要求非常高。通過對所需采集數據分析，發(fā)現幾種參數數量級分布較為集中，只需將每類參數量綱擴大 100倍，放入通用寄存器中供分析、計算，這樣不但能保證控制參數的準確性 (小數點后2位)，.而且避免調用冗繁的四則運算子程序，使其算法更簡潔，實時響應速度更快，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: 事件出現過；0: 沒出現高位 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，對脈沖信號的記數就利用了檢測HSI_ STATUSZH狀態(tài)變化次數的辦法。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位的事件計數器， (包括正跳變和負跳變)時，其計數值加 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，T2的記數值存放在地址OCH(低8位)和ODH(高 8位)的特殊功能寄存器中。當由輪速傳感器送入的信號經輸入級電路處理后，作為脈沖信號輸入時，T2就能對其進行記數，在中斷服務程序中讀取記數寄存器的值，便能測出車輪轉速。在實際應用中，汽車有四個輪速信號同時輸入，數字控制器中沒有足夠多的計數器，就需要擴展一塊 8253芯片。8253具有三個功能相同的16位減計數器，每個計數器的工作方式及記數常數分別由軟件編程選擇。這樣，程序初始化時，設定好記數處值和方式控制字，在中斷服務程序中就能同時讀取四輪的輪速信號，因為每條指令占用時間非常短暫(以微秒計)，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的中斷向量與之對應。中斷向量單元中存放的是中斷服務程序的入口地址，當允許中斷時，任何一個中斷源發(fā)出的中斷請求，將迫使程序轉至由對應的向t地址單元的內容所決定的起始地址去執(zhí)行中斷服務程序。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現的。當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相應位的置位和復位而開放或禁止中斷。即某一位為則開放相應的中斷源。為0則禁止相應的中斷源。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，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/屏蔽寄存器對應位置 1 。CPU響應完中斷，執(zhí)行中斷服務程序后，用POPF或RET指令將斷點地址送回。高速輸出HSO部件:高速輸出HSO的功能是能夠在預定的時刻觸發(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轉換、使定時器2復位以及觸發(fā)4個軟件定時器中斷等。由于HSO主要由專門的硬件來實現對事件的觸發(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。, ，分別與 ，此兩條引線可同時設置為HIS輸入允許和HSO輸出允許。 與HSO相關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，結合上面介紹的中斷原理，利用HSO產生軟件定時中斷，以下將著重介紹命令和時間寄存器的使用。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)的基準時鐘源，為1選擇T2，為0選擇Ti。 D5位用來設置事件觸發(fā)時所選中通道 (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位用來決定事件觸發(fā)時是否產生中斷，為1則申請中斷，為0不產生中斷。D3至 DO位用來選擇觸發(fā)事件對應的通道號。HSO時間寄存器HSOTIME用來放在所設置事件觸發(fā)時刻值。值得注意的是使用HSOTIME時，即使需立即觸發(fā)事件，也應考慮硬件執(zhí)行時間，因此，送往HSOTIME中的立即數最小都應為0003H。本文的主控軟件程序流程主要就是基于 HSO產生軟件定時中斷這一思想。首先確定中斷向量:GSEG AT 200AH。定時器 T1作為系統(tǒng)實時時鐘源，每過8個狀態(tài)周期，其記數值加1，每記數一次時間間隔為（8MHZ 晶振):t=882106=2μs 。 假定中斷時間為T，那么中斷時間初值時鐘頻率是單片機器各個部分運行的基準，它使各部分有條不紊的按節(jié)奏工作。時鐘電路直接影響單片機運行的速率，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖34 時鐘電路連線圖時鐘狀態(tài)周期為： 防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器選擇轉速傳感器的功用是檢測車輪的速度，并將速度信號輸入ABS的電控單元。下圖（圖35）所示為轉速傳感器在車輪上的安裝位置。 圖35 轉速傳感器在車輪上的安裝位置（1）電磁式轉速傳感器結構傳感頭的結構如下圖（圖36）所示，它由永磁體極軸5和感應線圈4等組成,極軸頭部結構有鑿式和柱式兩種。 圖36 車輪轉速傳感器剖視圖 齒圈6旋轉時，齒頂和齒隙交替對向極軸。在齒圈旋轉過程中，感應線圈內部的磁通量交替變化從而產生感應電動勢，此信號通過感應線圈末端的電纜1輸入ABS的電控單元。當齒圈的轉速發(fā)生變化時，感應電動勢的頻率也變化。ABS電控單元通過檢測感應電動勢的頻率來檢測車輪轉速。 電磁式輪速傳感器結構簡單、成本低，但存在下述缺點：一是其輸出信號的幅值隨轉速的變化而變化。若車速過慢，其輸出信號低于1V，電控單元就無法檢測；二是響應頻率不高。當轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國內外ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15～160km/h，今后要求控制速度范圍擴大到8～260km/h以至更大，顯然電磁感應式輪速傳感器很難適應。（2）霍爾輪速傳感器`霍爾輪速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體，霍爾元件和電子電路等組成，永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，如圖