【正文】 霍爾開關(guān)電路的選擇
?；魻杺鞲衅鞯慕M成：傳感頭，齒圈?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。我們稱 BOP 為工作點(diǎn)， BRP 釋放點(diǎn)。在外磁場(chǎng)的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閥時(shí)，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。 集成霍爾傳感器是在制造硅集成電路的同時(shí)，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(duì)磁場(chǎng)敏感的特性。 鑒于霍爾傳感器的比較優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用霍爾輪速傳感器。 （ 2）頻率響應(yīng)高，響應(yīng)頻率高達(dá) 20khz，用于 ABS 系統(tǒng)中可檢測(cè)到約 1000Km/h 速度信號(hào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用要求。因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用于 ABS輪速檢測(cè)，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。；其二是頻率響應(yīng)高。此信號(hào)還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) 圖 37 霍爾輪速傳感器示意圖 磁體 霍爾元件 齒圈 當(dāng)齒輪位于圖中 (a)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱；而當(dāng)齒輪位于圖中 (b)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。 （ 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。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。 電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但存在下述缺點(diǎn)：一是其輸出信號(hào)的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。當(dāng)齒圈的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率也變化。 圖 36 車輪轉(zhuǎn)速傳感器剖視圖 齒圈 6 旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒頂和齒隙交替對(duì)向極軸。下圖（圖 35）所示為轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置。時(shí)鐘電路直接影響單片機(jī)運(yùn)行的速率，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。定時(shí)器 T1 作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘源，每過 8 個(gè)狀態(tài)周期，其記數(shù)值加 1，每記數(shù)一次時(shí)間間隔為（ 8M 晶振 ): 。 本文的主控軟件程序流程主要就是基于 HSO 產(chǎn)生軟件定時(shí)中斷這一思想。 HSO 時(shí)間寄存器 HSOTIME 用來放在所設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)刻值。D4 位用來決定事件觸發(fā)時(shí)是否產(chǎn)生中斷，為 1 則申請(qǐng)中斷，為 0不產(chǎn)生中斷 。D6 位用以選擇 HSO 事件觸發(fā)的基準(zhǔn)時(shí)鐘源，為 1選擇 T2，為 0 選擇 Ti。本文，結(jié)合上面介紹的中斷原理，利用 HSO 產(chǎn)生軟件定時(shí)中斷，以下將著重介紹命令和時(shí)間寄存器的使用。 HSO 的輸出引腳共有 6條即 , HSOA 和 為雙向引線，分別與 復(fù)用，此兩條 引線可同時(shí)設(shè)置為 HIS 輸入允許和 HSO 輸出允許。這些事件包括 :改變 6條輸出線 ( )上的電平信號(hào)、啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換、使定時(shí)器 2復(fù)位以及觸發(fā) 4 個(gè)軟件定時(shí)器中斷等。 CPU 響應(yīng)完中斷，執(zhí)行中斷 服務(wù)程序后，用 POPF或 RET 指令將斷點(diǎn)地址送回。中斷登記寄存器和中斷屏蔽寄存器中各個(gè)中斷源的位置是一樣的，其各位定義如下 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 一個(gè)中斷請(qǐng)求能被響應(yīng)，必須具備以下的條件 :首先用 El指令開放全部中斷 。即某一位為則開放相應(yīng)的中斷源 。當(dāng)跳變檢測(cè)器 檢測(cè)到一個(gè)硬件中斷時(shí)，則置位中斷登記寄存器 INT_ PEND 中相應(yīng)的位，通過讀寄存器 INT_ PEND，能確定在任意給定的時(shí)間里哪個(gè)中斷源發(fā)出中斷 。中斷向量單元中存放的是中斷服務(wù)程序的入口地址，當(dāng)允許中斷時(shí)，任何一個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求，將迫使程序轉(zhuǎn)至由對(duì)應(yīng)的向 t 地址單元的內(nèi)容所決定的起始地址去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。因此，采用這種方式能夠做到對(duì)四輪信號(hào)的同步測(cè)速。 8253 具有三個(gè)功能相同的 16位減計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式及記數(shù)常數(shù)分別由軟件編程選擇。當(dāng)由輪速傳感器送入的信號(hào)經(jīng)輸入級(jí)電路處理后，作為脈沖信號(hào)輸入時(shí)， T2就能對(duì)其進(jìn)行記數(shù)，在中斷服務(wù)程序中讀取記數(shù)寄存器的值，便能測(cè)出車輪轉(zhuǎn)速。而 ABS 系統(tǒng)中，使用了另一種方法 :定時(shí)器 T2 也可看作一個(gè) 16 位的事件計(jì)數(shù)器，其時(shí)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(shí)，其計(jì)數(shù)值加 1。 HSI_ MODE 寄存器控制變換檢測(cè)器檢測(cè)事件的方式。保持寄存器與 FIFO 相連，通過 FIFO 把事件的時(shí)間值送入 HSI_ TIME 中。變換檢測(cè)器在 HSI MODE 寄存器控制下，可檢測(cè)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 。通過對(duì)所需采集數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)幾種參數(shù)數(shù)量級(jí)分布較為集中，只需將每類參數(shù)量綱擴(kuò)大 100 倍，放入通用寄存器中供分析、計(jì)算，這樣不但能保證控制參數(shù)的準(zhǔn)確性 (小數(shù)點(diǎn)后 2 位 )， .而且避免調(diào)用冗繁的四則運(yùn)算子程序，使其算法更簡(jiǎn)潔，實(shí)時(shí)響應(yīng)速度更快，更具合理性。在 ABS的主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件編制中，就充分利用了其內(nèi)部的通用寄存器。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，在單片機(jī)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(hào)的單片機(jī)。 （ 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(fèi)了資源，外部總線 8 位單片機(jī) 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。進(jìn)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(jī)。 （ 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(shí)編程時(shí)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。 選用單片機(jī)要充分利用各種外部端口的資源，同時(shí)要利用內(nèi)部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運(yùn)算速度，應(yīng)根據(jù)以下幾個(gè)原則選擇 ABS 控制的單片機(jī)。早期的汽車控制系統(tǒng)采用八位單片機(jī)，目前已過渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)已開發(fā)采用 32 位 CPU。但作為研制的最終產(chǎn)品，無一例外都采用單片機(jī)作為電子控制單元的核心。同時(shí)輸出的信號(hào)中還包括報(bào)警指示等。相對(duì)于 ABS系統(tǒng)，對(duì)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(hào)是速度脈沖，它由傳感器采集感應(yīng)出正弦信號(hào)，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(hào)，然后通過單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機(jī)內(nèi)存中去。 圖 33 原理結(jié)構(gòu)框圖 80C196KC 最小系統(tǒng) 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。當(dāng) ECU向電磁閥發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，電磁閥動(dòng)作，對(duì)輪缸 壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車輪的滑移率，使制動(dòng)力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，但又不達(dá)到峰值制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)最佳制動(dòng)效率。電子控制單元原理圖如圖33所示。電子控制單元是整個(gè)防抱死制動(dòng)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(hào)，通過計(jì)算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號(hào)，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。傳感器的作用是為 ECU 提供車輪的運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)。 ABS 工作時(shí) ECU 接收傳感器送來的車輪信號(hào)，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(gè)車輪的速度來決定對(duì)各個(gè)車輪的制動(dòng)液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給各個(gè)車輪的液壓控制單元。 ． 2 防抱死制動(dòng)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。由于前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動(dòng)抱死，所以汽車制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向操作能力得不到保障。 圖 31(h) 單通道 ABS 一般對(duì)兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(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(dòng)距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。 對(duì)于采用此控制方式的前輪驅(qū)動(dòng)汽車，如果在緊急制動(dòng)時(shí)離合器沒有及時(shí)分離，前輪在制動(dòng)壓力較小時(shí)就趨于抱死，而此時(shí)后輪的制動(dòng)力還遠(yuǎn)未 達(dá)到其附著力的水平，汽車的制動(dòng)力會(huì)顯著減小。但是在兩前輪從附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫?著系數(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(dòng)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(huì)使汽車向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時(shí)是一種無法控制的危險(xiǎn)狀態(tài)。 對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，可以在兩前輪和傳動(dòng)系中各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器。 (3)雙通道 ABS 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 圖 31(f)所示的雙通道 ABS 在按前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)的前后制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對(duì)兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。由于三通道 ABS 對(duì)兩后輪進(jìn)行一同控制，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器來檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。 (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(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制，其布置形式見圖 31(c)、 (d)、(e)。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(dòng)時(shí)，由于同一軸上的制動(dòng)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(dòng)跑偏。 圖 31(a,b) 為了對(duì)四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動(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 (通道 )。 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。如果對(duì)某車輪的制動(dòng)壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨(dú)立控制；如果對(duì)兩個(gè) (或兩以上 )車輪的制動(dòng)壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制。在該 ABS 中對(duì)應(yīng) 于每一個(gè)制動(dòng)輪缸各有一對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由 ECU 分別進(jìn)行控制，因此，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，從而使四個(gè)車輪都不發(fā)生制動(dòng)抱死現(xiàn)象。例如，當(dāng) ECU 判定右前 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 輪趨于抱死時(shí)， ECU 就使控制右前輪制動(dòng)壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液不再進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，此時(shí)，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液也不會(huì)流出，右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(dòng)輪缸的制動(dòng)主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力保持一定時(shí)， ECU 判定右前輪仍然趨于抱死， ECU 又使右前出液電磁閥也通電 而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)經(jīng)過 處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲(chǔ)液器，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢(shì)將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢(shì)己經(jīng)完全消除時(shí)， ECU 就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)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(shí)也使電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵泵送的制動(dòng)液都經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的右前進(jìn)液電磁閥進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓 力迅速增大，右前輪又開始減速轉(zhuǎn)動(dòng)。在常規(guī)制動(dòng)階段， ABS 并不介入制動(dòng)壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)主缸至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動(dòng)輪缸至儲(chǔ)液器的制動(dòng)管路均處于封閉狀態(tài)，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的輸出壓力而變化，此時(shí)的制動(dòng)過程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過程完全相同。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動(dòng)泵總成和儲(chǔ)液器等組成一個(gè)獨(dú)立的整體，通過制動(dòng)管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)輪缸相連，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。除了設(shè)定車輪加減速度門限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類型的不同設(shè)定不同的門限 值來提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門限值等。這種控制方法的關(guān)鍵在于對(duì)車輪加、減速度門限值的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。由于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時(shí)間，然后開始減小并小于門限值 a 時(shí)，圖 27 中 2 點(diǎn)，產(chǎn)生保壓信號(hào)， ABS 保持制動(dòng)油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進(jìn)入加速狀態(tài) ，車輪速度開始回升并靠近車速，當(dāng)車輪加速度值達(dá)到設(shè)定的門限值 +a 時(shí)，圖 27 中 3 點(diǎn)，產(chǎn)生升壓信號(hào)， ABS 使制動(dòng)油壓上升，車輪加速度在上升一段時(shí)間后開始減小，車輪由加速狀態(tài)又進(jìn)入減速狀態(tài)，并再次進(jìn)入另一個(gè)控制循環(huán)。此時(shí) ABS 系統(tǒng)不對(duì)制動(dòng)過程進(jìn)行干預(yù)，所以制動(dòng)油壓迅速增加，車輪減速度也增大。 ABS 系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)油 壓的控制過程如圖 27 所示。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過程實(shí)際上就是 ABS 系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過程。這樣不但提高了車輛行駛的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了車輛方向的可控性，而且縮短了制動(dòng)距離。當(dāng)不再有可能抱死車輪時(shí)，再恢復(fù)正常壓力。將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、判斷、變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所必需的信息，這部分工作對(duì)于電腦來說是很