【導(dǎo)讀】是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本。務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容。通過對單個車輪時的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素；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，并畫出電子線路圖；采用事件門限來計算車輪的轉(zhuǎn)速；本文通過學(xué)習(xí)比較根據(jù)所學(xué)只是設(shè)計了ABS控制系統(tǒng)。從理論上實現(xiàn)了ABS的控制。功能，完成了設(shè)計要求。

　　

【正文】 ， ECU 就使右前進液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)同時也使電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動 液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵泵送的制動液都經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的右前進液電磁閥進入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前輪又開始減速轉(zhuǎn)動。 ABS 通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持一減小一增大過程，而將趨于抱死車輪的滑移率控制在峰值范圍內(nèi)，直至汽車速度減小到很低或者制動主缸的輸出時為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達 3～ 20Hz。在該輪缸各有一對進液和出液電磁閥，可由 ECU 分別 控制。因此，各制動輪缸的 制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)， 從 而使四個車輪都不發(fā)生 制動抱死現(xiàn)象 。 16 第 3 章 速騰汽車 ABS 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 大眾速騰 (SAGITAR)汽車 是于 2021 年 5 月正式在國內(nèi)投產(chǎn)上市，是唯一一部同步引進的捷達 A5 車型 ，經(jīng)過多年的升級，已有 2021 款﹑ 2021 款﹑ 2021 款﹑ 2021 款﹑ 2021款一共五 種年 款， 其 配備的 ABS 系統(tǒng) 是由德國大陸特維斯公司 (Continental Teves)提供的MK 系列 產(chǎn)品 。 每一款都配備較好的 ABS 系統(tǒng)，因此 本文主要是對 ABS 系統(tǒng)進行了改良，本著經(jīng)濟性 實用性 原則，設(shè)計符合中國道路的 ABS 系統(tǒng)。在設(shè)計 ABS 系統(tǒng)時，首先要先了解其現(xiàn)有狀態(tài)和參數(shù)， 下表即為速騰汽車主要技術(shù)參數(shù)。 表 31 速騰汽車主要技術(shù)參數(shù) 項目 參數(shù) 總體尺寸 4544mm1760mm1461mm 車身結(jié)構(gòu) 4 門 5 座 3 廂 軸距 2578mm 前 /后輪距 2578mm/1539mm 前 /后懸長度 882mm/1084mm 最小離地間隙 125mm 輪胎 205/55 R16 制動器結(jié)構(gòu)形式 盤式 最高時速 185KM/H 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 (31)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)。 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 17 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 (32)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)。 1 2 4 56781 01 193 1– –前輪速度傳感器 2– –制動輪缸 3– –制動壓力調(diào)節(jié)裝置 4– –ABS 電控單元 5– –ABS 警示燈 6– –后輪速度傳感器 7– –停車燈開關(guān) 8– –制動主缸 9– –比例分配閥 10– –蓄電池 11– –點火開關(guān) 圖 31 ABS 系統(tǒng)的組成 圖 圖 32 電子控制單元原理結(jié)構(gòu)圖 制動信號 電源電路 輪速處理電路 故障診斷電路 輪速傳感器 單片機 80C196KC 功率驅(qū)動 電磁閥 液壓源電機 故障指示燈 18 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)目的不同分類 (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 有兩種布置形式 ，見圖 33(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 33(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 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 附著力比后輪的附著力大很多 (前置 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 。 (3)雙通道 ABS 圖 33(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)，保持汽車行駛方向 的穩(wěn)定性。但是在附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?shù)均勻路面的瞬間，由于駕駛員無法 19 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)。 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 33(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， 在輕型貨 車上得到廣泛應(yīng)用 。 圖 33 ABS 四種通道及其布置形式 20 因此針對速騰汽車的主要參數(shù)，考慮到其為 前輪驅(qū)動，制動系統(tǒng)形式為浮動鉗盤式，將 ABS 系統(tǒng)設(shè)計 為三通道 分 置 式 ，即四輪速傳感器 ， 三通道 ， 前輪獨立 ， 后輪低選控制。 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(34)所示為轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置 。 圖 34 傳感器在車輪上安裝位置 輪速傳感器的分類 (1)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器 它由永磁體、極軸和感應(yīng)線圈等組成，極軸頭部結(jié)構(gòu)有鑿式和柱式兩種。電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在下述缺點 ： 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)頻率不高口當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時，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，永磁休的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，如圖 (35)所示。 當(dāng)齒輪位于圖中 (a)所示位置時，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， 穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強。齒輪轉(zhuǎn)動時，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毫伏 (mv)級的準正弦波電壓 .此信號還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標準的脈沖電壓。霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點 ： 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)高口其響應(yīng)頻率高達 20kHz，相當(dāng)于車速為 1000km/h 時所檢測的信號頻率 ； 其三是抗電磁波干擾能力強。因此霍爾傳感器 廣泛應(yīng)用于 ABS 輪速檢測。 21 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 ： 隨著輪速的變化，輸出信號的 幅值是不變的 ； 頻率響應(yīng)高，響應(yīng)頻率高達 20khz，用于 ABS 系統(tǒng)中可檢測到約 1000Km/h 速度信號，遠遠滿足使用要求 ； 抗電磁干擾能力強，由于輸出信號在整個輪速范圍內(nèi)不變，而且幅值較高，所以抗電磁干擾能力很強 。 圖 35 霍爾輪速傳感器示意圖 鑒于霍爾傳感器的比較優(yōu)點，本設(shè)計采用霍爾輪速傳感器 。 霍爾式傳感器的設(shè)計 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，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， 由 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)強度超過導(dǎo)通閥時，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， BRP釋放點。 BOPBRP=BH稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強。 霍爾輪速傳感器的關(guān)鍵元件是霍爾元件，要求它能夠輸出較大的霍爾電壓，溫度漂移要盡可能小，并且要求它后面的電路盡可能的簡單 ，體 積減小 ， 可靠性 高。本系統(tǒng)選用南京中旭 微 電子公司生產(chǎn)的 CS3120 型霍爾開關(guān)電路。這種開關(guān)電路由電壓調(diào)整電路、霍爾電壓發(fā)生器、 差分放大電路 、 施密特觸 發(fā)器、反向電壓保護器、溫度補償電路及集電極開關(guān)輸出極組成能將磁場信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字電壓輸出，對溫度和電壓的變化更加穩(wěn)定。其應(yīng)用參數(shù)是 ： 電壓電源范圍寬 度 ～ 30V； 工作溫度范圍寬 度 40～ 125℃ ； 電壓極性反向保護器，無觸點、快速響應(yīng)性好，頻率高，壽命長，可直接同 TTL、 MOS 等邏輯電路接口，體積小，安裝方便。 霍爾元件與永磁鐵封裝在一起，經(jīng)過 TTL 緩沖 電路 可以直接傳送到單片機的高速輸入端口。 如圖 (36)所示。 齒圈安裝在隨車輪一同轉(zhuǎn)動的部件上，如半軸套筒，轉(zhuǎn)向節(jié)，制動底盤。為了保證輪速傳感器無錯誤信號輸出，安裝輪速傳感器時應(yīng)使傳感頭精確地對準齒圈，應(yīng)保證它們之 22 間有 1mm 的空氣間隙，并要求安裝牢固。只有這樣才能保證汽車在制動過程中的振動不會干擾和影響傳感信號，做到無誤的輸出。為了避免灰塵和濺泥、水，應(yīng)適當(dāng)?shù)拿芊夂蜐櫥胧?。在確定了傳感器的安裝方案和選擇好傳感器之后，