【導(dǎo)讀】動距離，是一種新型的汽車電子控制產(chǎn)品，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文以轎車為研究對象，展開對汽車ABS的研究。通過對單個(gè)車輪時(shí)的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素；計(jì)了霍爾效應(yīng)式輪速傳感器；實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，包括信號輸入電路、控制輸出電路、驅(qū)動電路等硬件部分；度和滑移率的組合作為控制參數(shù)。采用事件門限來計(jì)算車輪的轉(zhuǎn)速。本文通過學(xué)習(xí)比較根據(jù)所學(xué)只是設(shè)計(jì)了ABS控制系統(tǒng)。從理論上實(shí)現(xiàn)了ABS. 的控制功能，完成了設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過程中對汽車制動理論和制動裝置有了較。為深入的了解，擴(kuò)大了自己的知識面，自己解決問題的能力也得到了提高。

　　

【正文】 。同時(shí)輸出的信號中還包括報(bào)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(jià)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(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)?ABS 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(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 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 求很 高的實(shí)時(shí)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，進(jìn)一步減少了芯片的功耗 .MC196 家族中的全部成員都享用一套指令系統(tǒng)，有一個(gè)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(shí)控制，而整個(gè)制動過程在短短的幾秒鐘內(nèi)必須完成，因此它對時(shí)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(shí)響應(yīng)速度更快，更具合理性。 高速輸入 HSI 部件 : HSI 有四個(gè)輸入端 。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(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 FIFO 把事件的時(shí)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(shí)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(gè)方式控制字 HSI_ STATUS 寄存器表示 , 的四個(gè)輸入端的狀態(tài)，每兩位表示一個(gè)輸入端： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 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(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(shí)器 T2 也可看作一個(gè) 16 位的事件計(jì)數(shù)器，其時(shí)鐘源來自引腳 ，當(dāng) HS 工 .1 引腳有跳變 (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經(jīng)輸入級電路處理后，作為脈沖信號輸入時(shí)， 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(gè)輪速信號同時(shí)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(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，因?yàn)槊織l指令占用時(shí)間非常短暫 (以微秒計(jì) )，相對于中斷時(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(shí)，任何一個(gè)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(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(gè)中斷源的位置是一樣的，其各位定義如下 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 一個(gè)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(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、啟動 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)。 HSO 的輸出引腳共有 6條即 , HSOA 和 為雙向引線，分別與 復(fù)用，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， 寄存器等。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 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 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 位用來決定事件觸發(fā)時(shí)是否產(chǎn)生中斷，為 1 則申請中斷，為 0不產(chǎn)生中斷 。D3 至 DO 位用來選擇觸發(fā)事件對應(yīng)的通道號。 HSO 時(shí)間寄存器 HSOTIME 用來放在所設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)刻值。值得注意的是使用 HSOTIME 時(shí)，即使需立即觸發(fā)事件，也應(yīng)考慮硬件執(zhí)行時(shí)間，因此，送往HSOTIME 中的立即數(shù)最小都應(yīng)為 0003H。 本文的主控軟件程序流程主要就是基于 HSO 產(chǎn)生軟件定時(shí)中斷這一思想。首先確定中斷向量 :GSEG AT 200AH。定時(shí)器 T1 作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘源，每過 8 個(gè)狀態(tài)周期，其記數(shù)值加 1，每記數(shù)一次時(shí)間間隔為（ 8M 晶振 ): 。 假定中斷時(shí)間為 T，那么中斷時(shí)間初值 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘頻率是單片機(jī)器各個(gè)部分運(yùn)行的基準(zhǔn)，它使各部分有條不紊的按節(jié)奏工 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 作。時(shí)鐘電路直接影響單片機(jī)運(yùn)行的速率，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 34 時(shí)鐘電路連線圖 時(shí)鐘狀態(tài)周期為： 612 1 0 0 .1 2 516ST ??? ? ? ? 防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器 選擇 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置。 圖 35 轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置 （ 1）電磁式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 傳感頭的結(jié)構(gòu)如下圖（圖 36）所示，它由永磁體 極軸 5和感應(yīng)線圈 4等組成 ,極軸頭部結(jié)構(gòu)有鑿式和柱式兩種。 圖 36 車輪轉(zhuǎn)速傳感器剖視圖 齒圈 6 旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒頂和齒隙交替對向極軸。在齒圈旋轉(zhuǎn)過程中，感應(yīng)線圈內(nèi)部的磁通量交替變化從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此信號通過感應(yīng)線圈末端的電纜 1 輸入ABS 的電 控單元。當(dāng)齒圈的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，感應(yīng)電動勢的頻率也變化。 ABS 電控單元通過檢測感應(yīng)電動勢的頻率來檢測車輪轉(zhuǎn)速。 電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在下述缺點(diǎn)：一是其輸出信號的幅值隨轉(zhuǎn)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(yīng)頻率不高。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國內(nèi)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(kuò)大到 8～ 260km/h以至更大，顯然電磁感應(yīng)式輪速傳感器很難適應(yīng)。 （ 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 37 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 圖 37 霍爾輪速傳感器示意圖 磁體 霍爾元件 齒圈 當(dāng)齒輪位于圖中 (a)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱；而當(dāng)齒輪位于圖中 (b)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏 (mV)級的準(zhǔn)正弦波電壓。此信號還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓 。 霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響。；其二是頻率響應(yīng)高。其響應(yīng)頻率高達(dá) 20kHz，相當(dāng)于車速為 1000km/h 時(shí)所檢測的信號頻率；其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用于 ABS輪速檢測，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測。 霍爾式輪速傳感器與電磁感應(yīng)式輪速傳感器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）隨著輪速的變化，輸出信號的幅值是不變的。 （ 2）頻率響應(yīng)高，響應(yīng)頻率高達(dá) 20khz，用于 ABS 系統(tǒng)中可檢測到約 1000Km/h 速度信號，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gè)輪速范圍內(nèi)不變，而且幅值較高，所以抗電磁干擾能力很強(qiáng)。 鑒于霍爾傳感器的比較優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用霍爾輪速傳感器。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 霍爾傳感器的設(shè)計(jì) 霍爾輪速傳感器要包括開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種。 集成霍爾傳感器是在制造硅集成電路的同時(shí)，在硅片上制造具有傳感器功能的霍爾效應(yīng)器件，因此使集成電路具有對磁場敏感的特性?；魻栭_關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，又穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級組成。在外磁場的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閥時(shí)，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低 電平，之后， B 增加，仍保持導(dǎo)通。若外加磁場的 B 值降低到 BRP2，輸出管截止，輸出高電平。我們稱 BOP 為工作點(diǎn)， BRP 釋放點(diǎn)。 BOPBRP=BH 稱為回差 ?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。 本系統(tǒng)采用的是三通道四傳感器布置形式，需要四個(gè)傳感器?；魻杺鞲衅鞯慕M成：傳感頭，齒圈。傳感頭由永磁體霍爾元件和電子電路組成。 霍爾開關(guān)電路的選擇