【正文】 值得注意的是使用HS。D3至 DO位用來選擇觸發(fā)事件對應(yīng)的通道號。 D5位用來設(shè)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。命令寄存器各位定義如下:該命令字節(jié)D7位為鎖定事件。 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。由于HSO主要由專門的硬件來實現(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。高速輸出HSO部件:高速輸出HSO的功能是能夠在預(yù)定的時刻觸發(fā)某一事件。中斷登ia/屏蔽寄存器對應(yīng)位置 1 。為0則禁止相應(yīng)的中斷源。而每個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。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。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)。這樣，程序初始化時，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。在實際應(yīng)用中，汽車有四個輪速信號同時輸入，數(shù)字控制器中沒有足夠多的計數(shù)器，就需要擴展一塊 8253芯片。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。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(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。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。高速輸入HSI部件:。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。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。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，有一個共同的 CPU組織結(jié)構(gòu)。它真正符合了單片機的小型、簡單、可靠、廉價的設(shè)計初衷。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。（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。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。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)。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。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。它一方面負責(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。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)。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。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。 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。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。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。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。(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)。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。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。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。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。本設(shè)計就是為三通道ABS。 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%)。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。因此，ABS通常不對四個車輪進行獨立的制動壓力調(diào)節(jié)。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。(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)。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。3 防抱死制動系統(tǒng)硬件設(shè)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。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附著系數(shù)滑移率的上范圍內(nèi)，直至汽車速度減小到很低或者制動主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達 320Hz。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。圖27 基于車輪加減速度邏輯門限值控制方法的ABS系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖ABS的工作過程可以分為常規(guī)制動、制動壓力保持、制動壓力減小和制動壓力增大等階段。 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(yīng)的控制指令。但顯然門限值的確定需要大量的試驗來確定。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。當(dāng)車輪減速度的值達到規(guī)定的門限值a時，產(chǎn)生減壓信號，圖27中1點所示，ABS系統(tǒng)開始工作，降低制動油壓。汽車開始制動時，駕駛員踩下制動踏板，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。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對直線單一路面的制動過程的控制為例，簡單說明ABS的基本工作原理。 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。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。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。上述司機做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。當(dāng)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。除此之外，汽車行駛 的許多條件也都在變化之中，如道路的路面狀況時時刻刻都在變化，輪胎著地狀 態(tài)也每時每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。為了達到上述目的，要求司機在操作時應(yīng)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(fù)操作。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機在踏動制動板時，必須謹慎從事。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。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。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。汽車的側(cè)向附著力和制動力之間的關(guān)系十分緊密。當(dāng)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。如果輪胎的滑移率過大的話，附著力反而要降低。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。在日常生活中，大家都可能遇到過這種現(xiàn)象。則有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)。 制動時車輪運動方程制動過程單輪受力如圖26所示。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。但在同一路面上以不同制動初速度制動時車輪的附著系數(shù)滑移率關(guān)系曲線不會有太大變化。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)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(biāo)和策略?；坡屎涂v向附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會不一樣，并且對應(yīng)不同路面類型的滑移率縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。圖24 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系實驗證明，道路的附著系數(shù)受車輪結(jié)構(gòu)、材料，道路表面形狀、材料有關(guān)，不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。這樣,汽車就能獲得最佳的制動效能和方向穩(wěn)定性。另外,隨著滑移率增大,橫向附著系數(shù)急劇下降,當(dāng)車輪抱死時,橫向附著系數(shù)幾乎為零。當(dāng)滑移率為15 %～30 %時,縱向附著數(shù)達到峰值。 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系圖24 給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。當(dāng)ω = 0時,S = 100 % ,車輪完全抱死而作純滑動。r —汽車車輪的滾動半徑。Vt —汽車的理論速度(車輪中心的速度) 。汽車的實際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率。地面制動力受地面附著系數(shù)的制約。地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎 道路附著力,大小等于地面對輪胎的法向反作用力與輪胎 道路附著系數(shù)的乘積。圖22 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況圖23 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時的運動情況通常,汽車在制動過程中存在著兩種阻力:一種阻力是制動器摩擦片與制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力,這種阻力稱為制動系統(tǒng)的阻力,由于它提供制動時的制動力,因此也稱為制動系制動力。從上面對出現(xiàn)這些危險運動