【正文】 傳感頭由永磁體霍爾元件和電子電路組成。 BOPBRP=BH 稱為回差 ?；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。 （ 3）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。其響應頻率高達 20kHz，相當于車速為 1000km/h 時所檢測的信號頻率；其三是抗電磁波干擾能力強。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。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，顯然電磁感應式輪速傳感器很難適應。 ABS 電控單元通過檢測感應電動勢的頻率來檢測車輪轉(zhuǎn)速。 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)設計 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和感應線圈 4等組成 ,極軸頭部結(jié)構(gòu)有鑿式和柱式兩種。 假定中斷時間為 T，那么中斷時間初值 時鐘電路設計 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 本科生畢業(yè)設計 第 34 頁 作。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(shù)最小都應為 0003H。 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 。 與HSO 相關(guān)的特殊功能寄存器有 :定時器 T1，定時器 T2, HSO 命令寄存器， 寄存器等。 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。為 0 則禁止相應的中斷源。 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(xiàn)的。這樣，程序初始化時，設定好記數(shù)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。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(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。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。 高速輸入 HSI 部件 : HSI 有四個輸入端 。 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，相當于有 256 字節(jié)內(nèi)部寄存器。它真正符合了單片機的小型、簡單、可靠、廉價的設計初衷。 （ 1） CPU的運算速度 CPU 的時間一般消耗在數(shù)學運算過程中，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。 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)。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 本科生畢業(yè)設計 第 29 頁 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。 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)。定性的來說，就是當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。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)。 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用。 (4)單通道 ABS 本科生畢業(yè)設計 第 26 頁 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(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 （ 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。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。 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%)。因此， ABS 通常不對四個車輪進行獨立的制動壓力調(diào)節(jié)。 (1)四通道 ABS 對應于雙制動管路的 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)。 本科生畢業(yè)設計 第 23 頁 3 防抱死制動系統(tǒng)硬件設計 3． 1 防抱死 制動系統(tǒng)的 布置形式 與組成 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。在制動過程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號判定有車輪趨于抱死時， ABS 就進入防抱 死制動壓力調(diào)節(jié)過程。 在 ABS 中，每個車輪上各安置一個轉(zhuǎn)速傳感器，將各車輪轉(zhuǎn)速信號輸入電子控制裝置 ECU. ECU 根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定并形成相應的控制指令。 ABS 通過這樣的控制過程可以使車輪的速度控制在一定的范圍內(nèi)而不產(chǎn)生抱死。汽車開始制動時，駕 本科生畢業(yè)設計 第 20 頁 駛員踩下制動踏板，制動管路中油壓由零開始上升，制動器使車輪上產(chǎn)生制動力矩，同時產(chǎn)生地面制動力使汽車和車輪都開始減速。 防抱死制動系統(tǒng)基本工作原理 ABS 系統(tǒng)是通過在制動時按一定規(guī)律不斷改變制動液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。 ABS 系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個車輪制動缸的制動液壓力，以防止無論任何 時由于制動過猛而可能引起的車輪抱死。當然技術(shù)熟練的司機在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動，如采用點制動。為了達到上述目的，要求司機在操作時應十分精心，即踏動制動踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動再踏動制動踏板使車輪抱死，如此反復操作。在車輪抱死之后，方向盤己經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境，只有前輪抱死的汽車沿著直線前進最后停車，只有后輪抱死的汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車，如果前后輪都抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進最后停車。司機踏動制動踏板，隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。 本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 當汽車轉(zhuǎn)向時，如果汽車緊急制動的話，和直線行駛一樣會出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。則有 本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 制動時制動力遠大于空氣阻力和滾動阻力， ， ，分別為右側(cè)前后輪制動力，汽車初速為 ，質(zhì)量為 m(重力 G)，質(zhì)心 c到前后軸距離 , ，軸距 L,輪距 B,質(zhì)心高hg,汽車制動減速為 前軸載荷 后軸載荷 制動時附加轉(zhuǎn)向力矩 從式 (24)可知，調(diào)節(jié)制動壓力可以使 車輪角減速度產(chǎn)生變化 :從式 (210)計算制動時的瞬時車速 V，可計算各車輪滑移率，從式 (27) (28)及各軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進行調(diào)節(jié)，故知 ABS可以用 dW/dt(角加速度 )或滑移率 S，或滑移率與角加速度聯(lián)合作為控制參數(shù)。實際上，汽車的制動過程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運動狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動過程是一種非線性的制動過程。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設計 ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標和策略。圖 縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。從圖 1 可以看出 ,如果能將車輪滑移率控制在 15 %～ 30 %的范圍內(nèi) ,則既可以使縱向附著系數(shù)接近峰值 ,同時又可以兼顧到較大的側(cè)向 附著系數(shù)。當輪胎純滾動時 ,縱向附著系數(shù)為零 。 由上式可知 :當車輪中心的速度 (即汽車的實際車速 ) Vt 等于車輪的角速度 ω和車輪滾動半徑 r 乘積時 ,滑移率為零 ( S = 0) ,車輪為純滾動 。 滑移率 S的定義式為 : 1VV rS ? ??? ? ? （ 23） 式中 :S — 滑移率 。如果制動系制動力小于輪胎 道路附著力 ,則汽車制動時會保持穩(wěn)定狀態(tài) ,反之 ,如果制動系制動力大于輪胎 道路附著力 ,則汽車制動時會出現(xiàn)車輪抱死和滑移。車 輪的抱死程度和汽車的地面制動力及汽車的側(cè)滑摩擦力之間存在一定的關(guān)系， ABS 之所以能防止汽車制動時出現(xiàn)危險的運動情況，就是根據(jù)這個關(guān)系來調(diào)整車輪的運動狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。圖 22 (c)為前后車輪全部抱死時時轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制 動力不相等時，即使對汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會產(chǎn)生不規(guī)則運動而處于危險狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動釋放，汽車就會沿著瞬時行駛方向急速駛出，這也是很危險的。圖 22 (a)為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作。 車輪抱死時汽車運動情況 車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變的很小，這將使汽車制動時保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。這里將作 用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。 Fy 為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。地面對汽車的作用力又分為 :作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。新刀具材料的研制周期會越來越短 ,新品種新牌號的推出也將越來越快。 山東重汽集團引進國際先進技術(shù)進行的研究也已取得了一些進展。另外 ,他們在基于MAT2LAB 仿真環(huán)境實現(xiàn)防抱死控制邏輯、基于 VB 開發(fā)環(huán)境進行車輛操縱仿真和車輛動力學控制的模擬研究等方面也頗有研究。 華南理工交通學院汽車系以吳浩佳教授為代表從事汽車安全與電子技術(shù)及汽車結(jié)構(gòu)設計計算的研究 ,在 ABS 技術(shù)方面有獨到之處 ,能夠建立制動壓力函數(shù) ,通過車輪地面制動力和整車動力學方程計算出汽車制動的平均減速度和車速 。具有代表性的有以下幾個。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實時共享，并可以減少傳感器數(shù)量，從而降低整車成本，朝著系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。名義狀態(tài)與實際狀態(tài)的差值即為控制的狀態(tài)變量，控制的目的就是使這種差值達到最小，實現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性?？刂茝姸葎t由司機踏板位移信號的大小來決定，由壓力調(diào)節(jié)閥、氣壓傳感器及控制器構(gòu)成閉環(huán)的連續(xù)壓力控制，這樣可以在外環(huán)形成一個控制回路，來實現(xiàn)各種控制功能，如制動力分布控制、減速控制、牽引車與掛車處 禍合力控制等。為此利用 ABS 電磁閥對制動壓力進行精細的調(diào)節(jié)，即用小步長增壓或減壓，以達到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大 驅(qū)動力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。目前電制動系統(tǒng)首先用在混合動力制動系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。隨著體積更小、價格更便宜、可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)， ABS 系統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑移率將變得準確而快速。 1983 年推出的 ABS 2S 系統(tǒng)重量由 公斤減輕到 公斤，控制組件也減少到 70 個。 本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 在誕生的前 3 年中， ABS 系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。 Teldix GmbH 公司從 1970 年和 奔馳 車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機 —— ABS 1， 該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過 1000 個，不但成本過高也很容易發(fā)生 故障 。 當時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓 系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路 與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應！等到 ABS 系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導體技術(shù)有了初步規(guī)模的 1960 年代早期。由于車輪和軌道的摩擦，就會在車輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車輪就不能