【正文】 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。但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來確定。 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(hào)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(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判定并形成相應(yīng)的控制指令。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 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(hào)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。 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。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 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。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。 (1)四通道 ABS 對(duì)應(yīng)于雙制動(dòng)管路的 H 型 (前后 )或 X 型 (對(duì)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(shè)計(jì) 第 24 頁 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。因此， ABS 通常不對(duì)四個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。 圖 31(c)、 (d)、 (e) 圖 (c)所示的按對(duì)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。 汽車緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)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%)。本設(shè)計(jì)就是為三通道 ABS。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。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(huì)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。 圖 31 （ f）（ g） 圖 31(g)所示的雙通道 ABS 多用于制動(dòng)管路對(duì)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(duì)角后輪。而對(duì)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。 (4)單通道 ABS 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 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(duì)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)。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(huì)有所增加。 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(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。傳感器一般安裝在車輪上以測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。液壓控制單元接收到信號(hào)后對(duì)車輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 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(cè)元件，它能產(chǎn)生頻率與車輪速度成正比的近似 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 正弦電信號(hào)， ABS 控制單元根據(jù)處理后的信號(hào)計(jì)算車輪速度。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(hào)，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)。 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(hào)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 。 ABS 就是在汽車制動(dòng)過程中不斷檢測(cè)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)。它一方面負(fù)責(zé)將傳感器信號(hào) AID 轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)字輸入信號(hào)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。單片機(jī)內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個(gè)輪速信號(hào)按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，如 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 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(hào)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。 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。 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)。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)。 （ 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)?ABS 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 ABS 系統(tǒng)的程序容量一般在8K32K 之間，內(nèi)存數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器在 256 個(gè)字節(jié)以上。它真正符合了單片機(jī)的小型、簡(jiǎn)單、可靠、廉價(jià)的設(shè)計(jì)初衷。 3. 2. 1 CPU 簡(jiǎn)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 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 求很 高的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)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，進(jìn)一步減少了芯片的功耗 .MC196 家族中的全部成員都享用一套指令系統(tǒng)，有一個(gè)共同的 CPU 組織結(jié)構(gòu)。 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。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(duì)時(shí)間要求非常高 。 高速輸入 HSI 部件 : HSI 有四個(gè)輸入端 。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。這樣，對(duì) 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。每?jī)晌唤M成一個(gè)方式控制字 HSI_ STATUS 寄存器表示 , 的四個(gè)輸入端的狀態(tài)，每?jī)晌槐硎疽粋€(gè)輸入端： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 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(duì)脈沖信號(hào)的記數(shù)就利用了檢測(cè) HSI_ STATUSZH 狀態(tài)變化次數(shù)的辦法。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。 在實(shí)際應(yīng)用中，汽車有四個(gè)輪速信號(hào)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。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(hào)，因?yàn)槊織l指令占用時(shí)間非常短暫 (以微秒計(jì) )，相對(duì)于中斷時(shí)間 (一般為幾十毫秒 )幾乎可以忽略。 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(duì)應(yīng)的中斷向量與之對(duì)應(yīng)。 CPU 對(duì)中斷控制是通過對(duì)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。而每個(gè)中斷源都可以通過對(duì)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。為 0 則禁止相應(yīng)的中斷源。中斷登 ia/屏蔽寄存器對(duì)應(yīng)位置 1 。 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。由于 HSO 主要由專門的硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)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)。 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， 寄存器等。命令寄存器各位定義如下 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 該命令字節(jié) D7位為鎖定事件 。 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 。D3 至 DO 位用來選擇觸發(fā)事件對(duì)應(yīng)的通道號(hào)。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。首先確定中斷向量 :GSEG AT 200AH。 假定中斷時(shí)間為 T，那么中斷時(shí)間初值 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 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 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 作。 圖 34 時(shí)鐘電路連線圖 時(shí)鐘狀態(tài)周期為： 612 1 0 0 .1 2 516ST ??? ? ? ? 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(cè)車輪的速度，并將速度信號(hào)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) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(yīng)線圈 4等組成 ,極軸頭部結(jié)構(gòu)有鑿式和柱式兩種。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(shì)，此信號(hào)通過感應(yīng)線圈末端的電纜 1 輸入ABS 的電 控單元。 ABS 電控單元通過檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率來檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速。若車速過慢，其輸出信號(hào)低于 1V，電控單元就無法檢測(cè)；二是響應(yīng)頻率不高。目前，國(guó)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)。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 所示。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(gè)毫伏 (mV)級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。 霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響。其響應(yīng)頻率高達(dá) 20kHz，相當(dāng)于車速為 1000km/h 時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)頻率；其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。 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(diǎn)： （ 1）隨著輪速的變化，輸出信號(hào)的幅值是不變的。 （ 3）抗電磁干擾能 力強(qiáng)，由于輸出信號(hào)在整個(gè)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(qiáng)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 霍爾傳感器的設(shè)計(jì) 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?；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(jí)組成。若外加磁場(chǎng)的 B 值降低到 BRP2，輸出管截止，輸出高電平。 BOPBRP=BH 稱為回差 。 本系統(tǒng)采用的是三通道四傳感器布置形式，需要四個(gè)傳感器。傳感頭由永磁體霍爾元件和電子電路