【正文】 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。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)。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。ABS電控單元通過檢測感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率來檢測車輪轉(zhuǎn)速。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(dòng)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。 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)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34 時(shí)鐘電路連線圖時(shí)鐘狀態(tài)周期為： 防抱死制動(dòng)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。 假定中斷時(shí)間為T，那么中斷時(shí)間初值時(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)奏工作。首先確定中斷向量:GSEG AT 200AH。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。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(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。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(shí)器T1，定時(shí)器T2, HSO命令寄存器。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)。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。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(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。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。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(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。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。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。每兩位組成一個(gè)方式控制字HSI_ STATUS寄存器表示 ,，每兩位表示一個(gè)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(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。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。高速輸入HSI部件:。因?yàn)?ABS作為一種實(shí)時(shí)控制，而整個(gè)制動(dòng)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。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(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，有一個(gè)共同的 CPU組織結(jié)構(gòu)。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。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。（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)锳BS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。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)。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)。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。單片機(jī)內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個(gè)輪速信號按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，如計(jì)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(dòng)功率放大就可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，進(jìn)而控制制動(dòng)壓力。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(jì)算機(jī)的內(nèi)存中去進(jìn)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(dòng)作動(dòng)系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過軟件編程來實(shí)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(shí)現(xiàn)取決于所選取的計(jì)算機(jī)的類型。ABS就是在汽車制動(dòng)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(dòng)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(dòng)狀態(tài)。電磁閥是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒有控制信號的情況下，該制動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，直接輸出最大制動(dòng)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(shí)，ECU就輸出一個(gè)控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動(dòng)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(shí)現(xiàn)汽車的安全、可靠制動(dòng)。 32（a） ABS系統(tǒng)的組成（分置式）前輪速度傳感器 制動(dòng)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(dòng)主缸 比例分配閥 制動(dòng)輪缸 蓄電池 1點(diǎn)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(jì)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(jìn)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(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，又具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩后輪的制動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的后制動(dòng)管路中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車只需在傳動(dòng)系中安裝一個(gè)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(dòng)汽車，如果將比例閥調(diào)整到正常制動(dòng)情況下前輪趨于抱死時(shí)，后輪的制動(dòng)力接近其附著力，則緊急制動(dòng)時(shí)由于離合器往往難以及時(shí)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(dòng)管路對角布置的汽車上，兩前輪獨(dú)立控制，制動(dòng)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(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，兩前輪的制動(dòng)力相差很大，為保持汽車的行駛方向，駕駛員會通過轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(jì)就是為三通道ABS。 汽車緊急制動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中，雖然在通往四個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個(gè)后制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實(shí)際上仍是三通道ABS。因此，ABS通常不對四個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。由于四通道ABS可以最大程度地利用每個(gè)車輪的附著力進(jìn)行制動(dòng)，因此汽車的制動(dòng)效能最好。(1)四通道ABS 對應(yīng)于雙制動(dòng)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(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行一同控制時(shí)，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)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(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3．1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成3．1．1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道。ABS通過使趨于抱死車輪的制動(dòng)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(dòng)主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時(shí)為止，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá) 320Hz。在制動(dòng)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(shí)，ABS就進(jìn)入防抱死制動(dòng)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(dòng)、制動(dòng)壓力保持、制動(dòng)壓力減小和制動(dòng)壓力增大等階段。 在ABS中，每個(gè)車輪上各安置一個(gè)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(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)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(yàn)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(dá)到規(guī)定的門限值a時(shí)，產(chǎn)生減壓信號，圖27中1點(diǎn)所示，ABS系統(tǒng)開始工作，降低制動(dòng)油壓。汽車開始制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)管路中油壓由零開始上升，制動(dòng)器使車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，同時(shí)產(chǎn)生地面制動(dòng)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(dòng)過程的控制為例，簡單說明ABS的基本工作原理。 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理 ABS系統(tǒng)是通過在制動(dòng)時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動(dòng)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(gè)車輪制動(dòng)缸的制動(dòng)液壓力，以防止無論任何時(shí)由于制動(dòng)過猛而可能引起的車輪抱死。上述司機(jī)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(jī)在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動(dòng)，如采用點(diǎn)制動(dòng)。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(shí)時(shí)刻刻都在變化，輪胎著地狀 態(tài)也每時(shí)每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。為了達(dá)到上述目的，要求司機(jī)在操作時(shí)應(yīng)十分精心，即踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動(dòng)踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)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(jī)在踏動(dòng)制動(dòng)板時(shí)，必須謹(jǐn)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(jìn)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(jìn)最后停車。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。司機(jī)踏動(dòng)制動(dòng)踏板，隨著制動(dòng)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(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動(dòng)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(dòng)距離，看一看該車制動(dòng)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Mr=Jdωdt=MμFbr=KpFbr24Fb=Fφs25制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力遠(yuǎn)大于空氣阻力和滾動(dòng)阻力，F(xiàn)b1r，F(xiàn)b2r，分別為右側(cè)前后輪制動(dòng)力，汽車初速為V0，質(zhì)量為m(重力G)，質(zhì)心c到前后軸距離l1,l2，軸距L,輪距B,質(zhì)心高h(yuǎn)g,汽車制動(dòng)減速為 mdvdt=Fb1l+Fb2r+Fb2l+Fb2r26前軸載荷 N1=Gl2L+dVdthgLg27后軸載荷 N2=Gl1LdVdthgLg28制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩Ms=Fb1l+Fb2lFb1r+Fb2rB=Fb1lFb1r+Fb2lFb2r29V=v0+0tdVdtdt210 從式(24)可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化:從式(210)計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車速V，可計(jì)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(jìn)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(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程制動(dòng)過程單輪受力如圖26所示。實(shí)際上，汽車的制動(dòng)過程就是車輪和路面之間的一種非線性變