【導(dǎo)讀】案例進行評述，希望能為廣大維修人員提供點幫助。向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，以獲得最好的制動效果。機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格。術(shù)迅猛發(fā)展，為ABS技術(shù)在汽車上應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。現(xiàn)在發(fā)達國家已廣泛采用ABS技術(shù)，ABS裝置已成為汽車的必要裝備。左右，運送危險品的貨車ABS的裝備率為100%。開始采用ABS技術(shù)，但這些ABS裝置我國均沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)。ABS以防止車輪抱死為目的，ASR. 是防止車輪過分滑轉(zhuǎn)，ABS是為了緩解制動，ASR是為了施加制動。附著力大小，然后調(diào)節(jié)車輪與附著力的匹配，進一步提高車輛制動時的穩(wěn)定性，同時盡可能地縮短制動距離。車速傳感器測速雷達、輪速傳感器、電腦和執(zhí)行機構(gòu)組成。

　　

【正文】 3． 1． 1 防抱死制動系統(tǒng)的布置形式 ABS 系統(tǒng)中，能夠獨立進行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。如果對某車輪的制動壓力可以進行單獨調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨立控制；如果對兩個 或兩以上 車輪的制動壓力一同進行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制。在兩個車輪的制動壓力進行一同控制時，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動抱死為原則進行制動壓力調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為按高選原則一同控制；如果以保證附著力較小的車輪不發(fā)生制動抱死為原則進行制動壓 力調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為按低選原則一同控制。按照控制通道數(shù)目的不同， ABS 系統(tǒng)分為四通道、三通道、雙通道和單通道四種形式，而其布置形式卻多種多樣。 1 四通道 ABS 對應(yīng)于雙制動管路的 H 型 前后 或 X 型 對角 兩種布置形式，四通道 ABS 也有兩種布置形式，見圖 31 a,b 。 圖 31 a,b 為了對四個車輪的制動壓力進行獨立控制，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行獨立的制動壓力調(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行單獨控制，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，實際上仍是三通道 ABS。由于三通道 ABS 對兩后輪進行一同控制，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% 。對前輪制動壓力進行獨立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進行制動，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行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進行高選和低選轉(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，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。 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行調(diào)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?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(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，但又不達到峰值制動力，實現(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 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(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算機的內(nèi)存中去進行分析處理，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，它的實現(xiàn)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(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，然后通過單片機的定時 /計數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機內(nèi)存中去。單片機內(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行計算，如計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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)復(fù)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(chǎn)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(nèi)部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運算速度，應(yīng)根據(jù)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(shù)學(xué)運算過程中，特別是 32 位的浮點數(shù)計算，計算時間成倍的增加，一般情況下應(yīng)避免 采用浮點數(shù)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(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(shè)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(chǎn)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(yīng)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，進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。 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)計的軟件編制中，就充分利用了其內(nèi)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(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(shù)的準(zhǔn)確性 小數(shù)點后 2 位 ， .而且避免調(diào)用冗繁的四則運算子程序，使其算法更簡潔，實時響應(yīng)速度更快，更具合理性。 高速輸入 HSI 部件 HSI 有四個輸入端 。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 , 的四個輸入端的 狀態(tài)，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 位的事件計數(shù)器，其時鐘源來自引腳 ，當(dāng) HS 工 .1 引腳有跳變 包括正跳變和負(fù)跳變 時，其計數(shù)值加 1。定時器 2 與 HSO 單元配合使用，作為事件觸發(fā)的