【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無(wú)水印，高清圖，，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開(kāi)預(yù)覽，需要原稿請(qǐng)自助充值下載，請(qǐng)見(jiàn)壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽，所見(jiàn)才能所得，請(qǐng)細(xì)心查看有疑問(wèn)可以咨詢(xún)QQ：414951605或1304139763
本科生畢業(yè)論文
姓 名： 學(xué) 號(hào)：
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
論文題目： 汽車(chē)ABS系統(tǒng)
指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 副教授
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)
學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 學(xué)生姓名
任務(wù)下達(dá)日期：
畢業(yè)論文日期：
畢業(yè)論文題目：汽車(chē)ABS系統(tǒng)
畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：
本文以轎車(chē)為研究對(duì)象，展開(kāi)對(duì)汽車(chē)ABS的研究。本系統(tǒng)是基于80C196KC單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。
本文的基本要求如下:
1.學(xué)會(huì)使用先進(jìn)的文獻(xiàn)檢索工具；
2.了解ABS系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀；
3.對(duì)基于80C196KC單片機(jī)的ABS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
4.實(shí)現(xiàn)對(duì)ABS系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)的智能控制。
院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）：
成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)
評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑥寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑧存在問(wèn)題；⑨是否同意答辯等）：
成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)
評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑥寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑧存在問(wèn)題；⑨是否同意答辯等）：
成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：
年 月 日
第 2 頁(yè)
畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)
答 辯 情 況
提 出 問(wèn) 題
回 答 問(wèn) 題
正 確
基本
正確
有一般性錯(cuò)誤
有原則性錯(cuò)誤
沒(méi)有
回答
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)：
答辯委員會(huì)主任簽字：
年 月 日
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)：
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：
年 月 日
參考文獻(xiàn)
[01] 張?jiān)孪?趙英君編著，電控汽車(chē)ABS培訓(xùn)教程，黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2007
[02] 馮淵編著，汽車(chē)電子控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[03] 付百學(xué) 編著，汽車(chē)電子控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[04] 齊曉杰 趙晨光 李延臣編著，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005
[05] 齊曉杰 安永東 王祥之編著，汽車(chē)液壓、夜力與氣壓傳動(dòng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2007
[06] 李朝青編著，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005
[07] A. R. Savkoor. The Relation of the Adhesion Friction of Rubber to the Friction Between Tire and Ground. l Ith FISITA Congress, June 1996
[08] J. L. Harried et al. Measurement of Tire Brake Force Characteristics as Related to Wheel Slip (Antilock) Control. SAE paper 690214, Detroit,USA, 1969
[09] B. Yim, G. R. Olsson, P. G. Fielding. Highway Vehicle Stability
in Braking Maneuvers. SAE Trans. 79, 1970, 700515
[10] James P, Cook P. Using rap id p rototyp ing tools for the integration of control system for comp lex technology concep
tvehicles [M ].England: Prodrive Ltd, 2001.
[11] The Mathworks. Simulink user ’s guide [M ]. Michigan: The
Mathworks, 2001.
[12] 馬明星,毛務(wù)本,朱錦興. 車(chē)輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)控制算法的研究[ J ]. 城市車(chē)輛, 2002, (2) : 21223.
[13] 劉昭度、陳思忠，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)電子控制技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)電子，
1996(8)
[14] 司利增，汽車(chē)防滑控制系統(tǒng)--ABS與ASR，人民交通出版社，1996
[15] 孟嗣宗、崔艷萍，現(xiàn)代汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)，北
京理工大學(xué)出版社，1997
[16] 李巖等，汽車(chē)ABS和安全氣囊面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)策，世界汽車(chē)，1998
[17] 李巖，ABs信號(hào)采集與處理的試驗(yàn)研究與分析，北京理工大學(xué)學(xué)位論文，1999
[18] 余志生主編，汽車(chē)?yán)碚摚瑱C(jī)械工業(yè)出版社，1989
[19] 潘旭峰等編著，現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)，北京理工大學(xué)出版社，1998
[20] (日)ABS株式會(huì)社，汽車(chē)制動(dòng)防抱裝置 (ABS)構(gòu)造與原理，
李朝祿、劉榮華譯，機(jī)械工業(yè)出版社，1995
[21] 程軍. 汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的理論與實(shí)踐[M ]. 北京:北京理工大學(xué)出版社, 1999.
編號(hào)：（ ）字 號(hào)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 汽車(chē)ABS系統(tǒng)
姓名： 學(xué)號(hào)：
班級(jí)：
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
指導(dǎo)教師姓名
職稱(chēng)
實(shí)驗(yàn)師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱(chēng)
ABS汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、課題研究發(fā)展概述、選題目的和意義
（一）、ABS發(fā)展概述
ABS是指汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中能實(shí)時(shí)判定車(chē)輪的滑移率，自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩，防止車(chē)輪抱死而取得最佳制動(dòng)效能的制動(dòng)裝置。他是融電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和液壓控制技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化技術(shù)。他能把車(chē)輪的滑移率控制在一定范圍內(nèi)，并充分利用輪胎與路面間的附著力，有效地縮短制動(dòng)距離，顯著地提高車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的可操縱性和穩(wěn)定性，避免車(chē)輪抱死時(shí)易出現(xiàn)的各種交通事故，使制動(dòng)器的效能發(fā)揮到最佳狀態(tài)，故ABS是目前世界上普遍公認(rèn)的提高汽車(chē)安全性的有效措施之一。
1920年ABS技術(shù)由英國(guó)人霍納摩爾研制成功，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。1936年，德國(guó)博世公司（BOSCH）申請(qǐng)一項(xiàng)電液控制的ABS裝置專(zhuān)利，促進(jìn)了ABS技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用。汽車(chē)上開(kāi)始使用ABS始于1950年代中期福特汽車(chē)公司，第二次世界大戰(zhàn)以后，成功開(kāi)發(fā)了飛機(jī)用ABS并成為飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)裝置，1954年福特汽車(chē)公司在林肯車(chē)上裝用法國(guó)航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分采用機(jī)械式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能相對(duì)單一，只有在特定車(chē)輛和工況下防抱死才有效，因此制動(dòng)效果并不理想。機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價(jià)格偏高。ABS技術(shù)在汽車(chē)上的推廣應(yīng)用舉步艱難。直到70年代后期，由于電子技術(shù)迅猛發(fā)展，為ABS技術(shù)在汽車(chē)上應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。ABS控制部分采用了電子控制，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，制動(dòng)效果也明顯改善，同時(shí)其體積逐步變小，質(zhì)量逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強(qiáng)，價(jià)格也逐漸降低。這段時(shí)期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。
進(jìn)入90年代后，ABS技術(shù)不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善?，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用ABS技術(shù)，ABS裝置已成為汽車(chē)的必要裝備。北美和西歐的各類(lèi)客車(chē)和輕型貨車(chē)ABS的裝備率已達(dá)90％以上，轎車(chē)ABS的裝備率在60％左右，運(yùn)送危險(xiǎn)品的貨車(chē)ABS的裝備率為100％。ABS裝置制造商主要有：德國(guó)博世公司（BOSCH），歐、美、日、韓國(guó)車(chē)采用最多；美國(guó)德科公司（DELCO），美國(guó)通用及韓國(guó)大宇汽車(chē)采用；美國(guó)本迪克斯公司（BENDIX），美國(guó)克萊斯勒汽車(chē)采用；還有德國(guó)戴維斯公司（TEVES）、德國(guó)瓦布科（WABCO）、美國(guó)凱爾西海斯公（KELSEYHAYES）等，這些公司的ABS產(chǎn)品都在廣泛地應(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。
近年來(lái)，ABS技術(shù)在我國(guó)也正在推廣和應(yīng)用，1999年我國(guó)制定的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999《汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》中已把裝用ABS作為強(qiáng)制性法規(guī)。此后一汽大眾、二汽富康、上海大眾、重慶長(zhǎng)安、上海通用等均開(kāi)始采用ABS技術(shù)，但這些ABS裝置我國(guó)均沒(méi)有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
國(guó)內(nèi)研究ABS主要有東風(fēng)汽車(chē)公司、交通部重慶公路研究所、濟(jì)南捷特汽車(chē)電子研究所、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等單位，雖然起步較晚，也取得了一些成果。在氣壓ABS方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)包括東風(fēng)電子科技股份有限公司、重慶聚能、廣東科密等都已形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。液壓ABS由于技術(shù)難度大，國(guó)外技術(shù)封鎖嚴(yán)密，國(guó)內(nèi)企業(yè)暫時(shí)不能獨(dú)立生產(chǎn)，但在液壓ABS方面也在做自主研發(fā)，力圖突破國(guó)外跨國(guó)公司的技術(shù)壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進(jìn)展和突破。如清華大學(xué)和浙江亞太等承擔(dān)的汽車(chē)液壓防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）“九五”國(guó)家科技攻關(guān)課題，在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開(kāi)發(fā)裝置和匹配方法等關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論，避免了傳統(tǒng)的邏輯門(mén)限值研究方法的局限性，取得了理論上的突破，研發(fā)ABS成功且進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)階段。其試樣在南京IVECO輕型客車(chē)上匹配使用全面達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999和歐洲法規(guī)EECR13的要求。這對(duì)振興我國(guó)汽車(chē)工業(yè)與汽車(chē)零部件業(yè)具有劃時(shí)代意義，標(biāo)志著我國(guó)汽車(chē)液壓ABS國(guó)產(chǎn)化已邁出堅(jiān)實(shí)的一步。同時(shí)合肥工業(yè)大學(xué)也研制出國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液壓制動(dòng)電子防抱系統(tǒng)，率先在HF6700輕型汽車(chē)上匹配使用獲得成功。國(guó)內(nèi)液壓ABS技術(shù)含量與國(guó)外雖有一定的差距，但在政府的大力支持和國(guó)內(nèi)豐富的人力資源配合下，相信國(guó)內(nèi)可以在較短的時(shí)間內(nèi)在ABS技術(shù)某些領(lǐng)域趕超國(guó)際水平。
（二）、選題的目的、意義
目的：在汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)之前，汽車(chē)所用的都是開(kāi)環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動(dòng)力的分配調(diào)節(jié)以及制動(dòng)器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒(méi)有車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反饋信號(hào)，無(wú)法測(cè)知制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輪的速度和抱死情況，汽車(chē)就不可能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動(dòng)壓力的大小。因此在緊急制動(dòng)時(shí)，不可避免地出現(xiàn)車(chē)輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，汽車(chē)在受到任何微小外力的作用下就會(huì)出現(xiàn)方向失穩(wěn)問(wèn)題，極易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動(dòng)時(shí)，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。
意義：汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lock Braking System簡(jiǎn)稱(chēng)ABS）的出現(xiàn)從根本上解決了汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中的車(chē)輪抱死問(wèn)題。它的基本功能就是通過(guò)傳感器感知車(chē)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小以避免出現(xiàn)車(chē)輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個(gè)閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車(chē)上最有成就的應(yīng)用項(xiàng)目之一，汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)可使汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效提高行車(chē)的安全性。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容
（一）、主要內(nèi)容
本文的基本要求如下:
1.學(xué)會(huì)使用先進(jìn)的文獻(xiàn)檢索工具；
2.了解ABS系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀；
3.對(duì)基于80C196KC單片機(jī)的ABS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
4.實(shí)現(xiàn)對(duì)ABS系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)的智能控制。
（二）、要求
1、了解ABS工作原理及ABS控制器的控制方法。
2、控制軟件的仿真與試驗(yàn)分析。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
論文，軟件程序，硬件設(shè)備
四、技術(shù)路線（研究方法）
收集資料、完成開(kāi)題報(bào)告
DSPACE軟件模塊的學(xué)習(xí)
努力完成ABS硬件的設(shè)計(jì)
努力利用編程軟件對(duì)ABS控制器的軟件設(shè)計(jì)
控制軟件的仿真與試驗(yàn)分析
綜合整理完成畢業(yè)設(shè)計(jì)
五、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）熟悉任務(wù)書(shū)，了解相關(guān)信息，準(zhǔn)備資料，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告：第1~2周
（2）DSPACE軟件模塊的學(xué)習(xí)：第3~6周
（3）確定ABS控制器的詳細(xì)控制策略及中期檢查：第7~9周
（4）ABS控制器的硬件及軟件設(shè)計(jì)：第10~13周
（5）運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)：第14周
（6）畢業(yè)論文總結(jié)、評(píng)閱、審核及修改不足：第15~16周
（7）為畢業(yè)論文答辯做準(zhǔn)備及答辯：第17周
六、參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)：
1 余志生. 汽車(chē)?yán)碚摚ㄐ抻啺妫? 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993
2 李朝祿. 汽車(chē)制動(dòng)防抱裝置（ABS）構(gòu)造與原理. 劉榮華譯. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995
3 柯愈治，謝懷喧等. 汽車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修. 北京：人民交通出版社，1998
4 潘旭峰. 現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1998
5 周云山，于秀敏. 汽車(chē)電控系統(tǒng)理論與設(shè)計(jì). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1999
6 張洪欣. 汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996
7司利增. 汽車(chē)防滑控制系統(tǒng)——ABS 與ASR. 北京：人民交通出版社，1996
8席裕庚。預(yù)測(cè)控制。北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993
9高為炳，霍偉. 大系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分散控制及動(dòng)態(tài)遞階控制基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994
10楊慶彪.汽車(chē)電控制動(dòng)系統(tǒng)原理與維修精華. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
11 MC9S12DP256B Device User Guide V02.15，Motorola，Inc，2005.
12 Cho, J. M; Hwang,D. H. Design and imp lementation of H ILS system for ECU of commercial vehicles. Industrial Electron2 ics [ J ] 2001. Proceedings. ISIE 2001, IEEE International
Symposium on ,Volume 2001 June. 2, 12 - 116. .
13 邯鄲北方學(xué)校. 怎樣維修汽車(chē)ABS.ASR和SRS系統(tǒng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
14 魯植雄. 汽車(chē)ABS.ASR和ESP維修圖解. 北京：電子工業(yè)出版社， 2006
15董繼明、羅燈明. 汽車(chē)檢測(cè)與診斷技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007
16.周志立、徐斌、衛(wèi)堯.汽車(chē)ABS原理與結(jié)構(gòu). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005
17. 鄭殿旺、 汽車(chē)防抱死（ABS）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修480問(wèn) 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社
18.王正潤(rùn)、高玉民.ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng) 福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社 2001
19.王旭東 汽車(chē)電子控制裝置與應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2007
七、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
目 錄
1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述 1
1.1 ABS的功能 1
1.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史 2
1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.4 國(guó)內(nèi)ABS系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的ABS產(chǎn)品公司 5
2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理 7
2.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng) 7
2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)受力分析 7
2.1.2 車(chē)輪抱死時(shí)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)情況 8
2.2 滑移率定義 10
2.3 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 10
2.4 制動(dòng)時(shí)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)方程 12
2.5 采用防抱死制動(dòng)的必要性 13
2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本工作原理 14
3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18
3.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成 18
3.1.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式 18
3.1.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 21
3.2 80C196KC最小系統(tǒng) 23
3.2.1 CPU簡(jiǎn)介 24
3.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 28
3.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速傳感器選擇 29
3.3.1霍爾傳感器的設(shè)計(jì) 32
3.3.2霍爾開(kāi)關(guān)電路的選擇 32
3.3.3傳感器齒盤(pán)的設(shè)計(jì) 34
3.4 防抱死制動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)工作過(guò)程9 35
3.5 電源設(shè)計(jì) 39
3.6 信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì) 39
3.7 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 40
3.8 泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 43
3.9 ABS系統(tǒng)報(bào)警LED燈設(shè)計(jì) 44
3.10 EPROM和RAM的擴(kuò)展 45
3.11故障診斷硬件電路設(shè)計(jì) 47
3.12硬件抗干擾設(shè)計(jì) 48
3.13車(chē)輪制動(dòng)器的選擇 52
4 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 54
4.1 控制方案和控制參數(shù)的選取 55
4.2 控制參數(shù)及其計(jì)算 56
4.2.1門(mén)限減速度的求取 56
4.2.2門(mén)限加速度的求取 58
4.2.3路面識(shí)別技術(shù) 58
4.2.4車(chē)身參考速度的確定 58
4.3 控制過(guò)程 62
4.4 程序設(shè)計(jì) 65
5 結(jié)論與展望 67
5.1 研究工作總結(jié) 67
5.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展方向 67
參考文獻(xiàn) 70
英文翻譯 68
附錄 77
致謝 84
摘 要
ABS系統(tǒng)可以顯著提高或改善汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的操控性和穩(wěn)定性，縮短了制動(dòng)距離，是一種新型的汽車(chē)電子控制產(chǎn)品，并得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
本文以轎車(chē)為研究對(duì)象，展開(kāi)對(duì)汽車(chē)ABS的研究。主要完成了以下的工作：
通過(guò)對(duì)單個(gè)車(chē)輪時(shí)的受力分析確定了影響車(chē)輪附著系數(shù)的主要因素；
通過(guò)比較電磁感應(yīng)式輪速傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器的性能優(yōu)缺點(diǎn)，采用并設(shè)計(jì)了霍爾效應(yīng)式輪速傳感器；
通過(guò)對(duì)控制結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)了以INTEL公司生產(chǎn)的80C196KC單片機(jī)為核心的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，包括信號(hào)輸入電路、控制輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路等硬件部分；
經(jīng)比較各種控制方案，確定了“邏輯門(mén)限制法”作為控制方案，并選用加速度和滑移率的組合作為控制參數(shù)。采用事件門(mén)限來(lái)計(jì)算車(chē)輪的轉(zhuǎn)速。
本文通過(guò)學(xué)習(xí)比較根據(jù)所學(xué)只是設(shè)計(jì)了ABS控制系統(tǒng)。從理論上實(shí)現(xiàn)了ABS的控制功能，完成了設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)汽車(chē)制動(dòng)理論和制動(dòng)裝置有了較為深入的了解，擴(kuò)大了自己的知識(shí)面，自己解決問(wèn)題的能力也得到了提高。
關(guān)鍵詞：防抱死制動(dòng)系統(tǒng) 電子控制單元 門(mén)限值滑移率 輪速傳感器
ABSTRCT
Anti-lock Braking System (ABS) is an important device to improve the active safety of vehicle. ABS can greatly improve steering control ability during the brake maneuver and shorten stopping distance. Today with the improvement of the vehicle speed, ABS is applied widely.
With the car as the research object, the research on ABS has been carried on. And a series of work were finished:
The dynamic situation of wheel was analyzed. Then, the model of hydraulic ABS was built and assured main complication affect the wheeler appendiculate coefficient.
By comparing the capability of electromagnetism rotate speed sensor with Houer rotate speed sensor, we chose the later, and have designed a sensor of this kind.
Via analyse the control system structure, we have designed a real-time system with the singlechip 80c196kc produced by Intel company .It comprises with signal input, singlechip system, output, drive electro circuit and otherwise parts of hardware segment.
After comparing the different projects of the controllers, the method of logic rate has been comfirmed, and the combination of acceleration and slippage rate as been chose as control parameters. The time gate method to calculate the wheel rotate speed was adopted.
In this paper, based on the knowledge I have mastered, I designed a ABS system and realized the control function in theory, accomplished my assignment. I have gotten a in-depth understand of motorcar trig theory and equipment. It widen my knowledge scope, improved my ability of solving problems.
Kyewords: ABS electronic control slippage gate rotate speed sensor
第84頁(yè)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述
1.1 ABS的功能
汽車(chē)ABS在高速制動(dòng)時(shí)用來(lái)防止車(chē)輪抱死，ABS是英文Anti-lock Brake Syetem的縮寫(xiě)，全文的意思是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)ABS。
凡駕駛過(guò)汽車(chē)的人都有這樣的經(jīng)歷：在積水的柏油路上或在冰雪路面緊急制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)輕者會(huì)發(fā)生側(cè)滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)掉頭、甩尾，甚至產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)力過(guò)大，將使車(chē)輪抱死，汽車(chē)方向失去控制后，若是彎道就有可能從路邊滑出或闖入對(duì)面車(chē)道，即使不是彎道也無(wú)法躲避障礙物，產(chǎn)生這些危險(xiǎn)狀況的原因在于汽車(chē)的車(chē)輪在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，此時(shí)，車(chē)輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)不再是滾動(dòng)，而是滑動(dòng)，路面作用在輪胎上的側(cè)滑摩擦力和縱向制動(dòng)力變得很小，路面越滑，車(chē)輪越容易?？傊?chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪如果抱死將產(chǎn)生以下不良影響：方向失去控制，出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至翻車(chē)；制動(dòng)效率下降，延長(zhǎng)了制動(dòng)距離；輪胎過(guò)度磨損，產(chǎn)生“小平面”，甚至爆胎。
ABS防抱死制動(dòng)裝置就是為了防止上述缺陷的發(fā)生而研制的裝置，它有以下幾點(diǎn)好處：增加制動(dòng)穩(wěn)定性，防止方向失控、側(cè)滑和甩尾；提高制動(dòng)效率，縮短制動(dòng)距離（松軟的沙石路面除外）；減少輪胎磨損，防止爆胎。
現(xiàn)代轎車(chē)的ABS由輸入傳感器、控制電腦、輸出調(diào)制器及連接線等組成。輸入傳感器通常包括死個(gè)車(chē)輪的輪速信號(hào)、剎車(chē)信號(hào)，個(gè)別車(chē)型還有減速度信號(hào)、手剎車(chē)或車(chē)油面信號(hào)。
ABS的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了汽車(chē)制動(dòng)時(shí)候的穩(wěn)定性。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪子上的制動(dòng)力是不一樣的，如果汽車(chē)的前輪抱死，駕駛員就無(wú)法控制汽車(chē)的行駛方向，這是非常危險(xiǎn)的；倘若汽車(chē)的后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車(chē)整個(gè)掉頭等嚴(yán)重事故。ABS可以防止四個(gè)輪子制動(dòng)時(shí)被完全抱死，提高了汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性。汽車(chē)生產(chǎn)廠家的研究數(shù)據(jù)表明，裝有ABS的車(chē)輛，可使因車(chē)論側(cè)滑引起的事故比例下降8%左右。
ABS的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能縮短制動(dòng)距離。這是因?yàn)樵谕瑯泳o急制動(dòng)的情況下，ABS可以將滑移率（汽車(chē)華東距離與行駛的比）控制在20%左右，即可獲得最大的縱向制動(dòng)力的結(jié)果。
ABS的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了輪胎的磨損狀況，防止爆胎。事實(shí)上，車(chē)輪抱死會(huì)造成輪胎小平面磨損，輪胎面損耗會(huì)不均勻，使輪胎磨損消耗費(fèi)增加，嚴(yán)重時(shí)將無(wú)法繼續(xù)使用。因此，裝有ABS具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。
另外，ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)的使用幾乎沒(méi)有區(qū)別，緊急制動(dòng)時(shí)只有把腳用力踏在制動(dòng)踏板上，ABS就會(huì)根據(jù)情況進(jìn)入工作狀態(tài)，即使雨雪路滑，ABS也會(huì)使制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳點(diǎn)。ABS利用電腦控制車(chē)輪制動(dòng)力，可以充分發(fā)揮制動(dòng)器的效能，提高制動(dòng)減速度和縮短制動(dòng)距離，并能有效地提高車(chē)輛制動(dòng)的穩(wěn)定性，防止車(chē)輛側(cè)滑和甩尾，減少車(chē)禍?zhǔn)鹿实陌l(fā)生，因此被認(rèn)為是當(dāng)前提高汽車(chē)行駛安全性的有效措施。目前ABS已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外中高級(jí)轎和客車(chē)上得到了廣泛使用。
1.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史
ABS裝置最早應(yīng)用在飛機(jī)和火車(chē)上，而在汽車(chē)上的應(yīng)用比較晚。鐵路機(jī)車(chē)在制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，車(chē)輪就會(huì)很容易抱死在平滑的軌道上滑行。由于車(chē)輪和軌道的摩擦，就會(huì)在車(chē)輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車(chē)輪就不能平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動(dòng)。1908年英國(guó)工程師J. E. Francis提出了“鐵路車(chē)輛車(chē)輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無(wú)法將它實(shí)用化。接下來(lái)的30年中，包括Karl Wessel的“剎車(chē)力控制器”、Werner Mhl的“液壓剎車(chē)安全裝置”與Richard Trappe的“車(chē)輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車(chē)科技手冊(cè)》中寫(xiě)到：“到現(xiàn)在為止，任何通過(guò)機(jī)械裝置防止車(chē)輪抱死危險(xiǎn)的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個(gè)重要里程碑”，可惜該書(shū)的作者恐怕沒(méi)想到這一天竟還要再等30年之久。
當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)剎車(chē)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎速度變化量并立即通過(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車(chē)壓力大小，在那個(gè)沒(méi)有集成電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒(méi)有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到ABS系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時(shí)，已經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。
精于汽車(chē)電子系統(tǒng)的德國(guó)公司Bosch（博世）研發(fā)ABS系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當(dāng)年Bosch申請(qǐng)“機(jī)動(dòng)車(chē)輛防止剎車(chē)抱死裝置”的專(zhuān)利。1964年（也是集成電路誕生的一年）Bosch公司再度開(kāi)始ABS的研發(fā)計(jì)劃，最后有了“通過(guò)電子裝置控制來(lái)防止車(chē)輪抱死是可行的”結(jié)論，這是ABS（Antilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具ABS原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車(chē)距離”并非不可能完成的任務(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y金過(guò)于龐大，ABS初期的應(yīng)用僅限于鐵路車(chē)輛或航空器。Teldix GmbH公司從1970年和奔馳車(chē)廠合作開(kāi)發(fā)出第一具用于道路車(chē)輛的原型機(jī)——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(guò)1000個(gè)，不但成本過(guò)高也很容易發(fā)生故障。
1973年Bosch公司購(gòu)得50％的Teldix GmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達(dá)成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行。“ABS 2”在3年的努力后誕生！有別于ABS 1采用模擬式電子組件， ABS 2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個(gè)銳減到140個(gè)，而且有造價(jià)降低、可靠性大幅提升與運(yùn)算速度明顯加快的三大優(yōu)勢(shì)。兩家德國(guó)車(chē)廠奔馳與寶馬于1978年底決定將ABS 2這項(xiàng)高科技系統(tǒng)裝置在S級(jí)及7系列車(chē)款上。
在誕生的前3年中，ABS系統(tǒng)都苦于成本過(guò)于高昂而無(wú)法開(kāi)拓市場(chǎng)。從1978到1980年底，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長(zhǎng)到76000套。受到市場(chǎng)上的正面響應(yīng)，Bosch開(kāi)始TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃。1983年推出的ABS 2S系統(tǒng)重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個(gè)。到了1985年代中期，全球新出廠車(chē)輛安裝ABS系統(tǒng)的比例首次超過(guò)1％，通用車(chē)廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車(chē)系的標(biāo)準(zhǔn)配備。
圖1-1 BOSCH防抱死制動(dòng)系統(tǒng)
1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
（1）ABS本身控制技術(shù)的提高現(xiàn)代制動(dòng)防抱死裝置多是電子計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車(chē)制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展。基于滑移率的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導(dǎo)，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)的成本問(wèn)題。隨著體積更小、價(jià)格更便宜、可靠性更高的車(chē)速傳感器的出現(xiàn)，ABS系統(tǒng)中增加車(chē)速傳感器成為可能，確定車(chē)輪滑移率將變得準(zhǔn)確而快速。
全電制動(dòng)控制系統(tǒng)BBW (Brake-By-Wire)是未來(lái)制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，其傳遞的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，維護(hù)簡(jiǎn)單，易于改進(jìn)，為未來(lái)的車(chē)輛智能控制提供條件。但是，它還有不少問(wèn)題需要解決，如驅(qū)動(dòng)能源問(wèn)題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。目前電制動(dòng)系統(tǒng)首先用在混合動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)車(chē)輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)系統(tǒng)。
（2）防滑控制系統(tǒng)防滑控制系統(tǒng)ASR (Acceleration Slip Regulation)或稱(chēng)為牽引力控制系統(tǒng)TCS(Traction Control System)是驅(qū)動(dòng)時(shí)防止車(chē)輪打滑，使車(chē)輪獲得最大限度的驅(qū)動(dòng)力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動(dòng)牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分:制動(dòng)防滑與發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力控制。制動(dòng)部分是當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪 (后輪)在低附著系數(shù)路面工作時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)力過(guò)大，則產(chǎn)生打滑，當(dāng)ASR制動(dòng)部分工作時(shí)，通過(guò)傳感器將非驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪的輪速信號(hào)采集到控制器 中，控制器根據(jù)輪速信號(hào)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)車(chē)輪滑移率及車(chē)輪減、加速度，當(dāng)滑移率或減、加速度超過(guò)某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥，氣壓由儲(chǔ)氣筒直接進(jìn)入 制動(dòng)氣室進(jìn)行制動(dòng)，由于三通單向閥的作用氣壓只能進(jìn)入打滑驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)氣 室，在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，輪速對(duì)壓力十分敏感，壓力稍稍過(guò)大，車(chē)輪就會(huì)抱死。為此利用ABS電磁閥對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長(zhǎng)增壓或減壓，以達(dá)到最佳的車(chē)輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動(dòng)力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。
（3）電子控制制動(dòng)系統(tǒng)由于ass在功能方面存在許多缺陷，如氣壓系統(tǒng)的滯后，主車(chē)與接車(chē)制動(dòng)相容性問(wèn)題等。為改善這些，出現(xiàn)了電子制動(dòng)控制系統(tǒng)EBS (Electronics Break System)它是將氣壓傳動(dòng)改為電線傳動(dòng)，縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。最重要的特點(diǎn)是各個(gè)車(chē)輪上制動(dòng)力可以獨(dú)立控制。控制強(qiáng)度則由司機(jī)踏板位移信號(hào)的大小來(lái)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(gè)控制回路，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能，如制動(dòng)力分布控制、減速控制、牽引車(chē)與掛車(chē)處禍合力控制等。
（4）車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)VDC (Vehicle Dynamics Control)是在ABS的基礎(chǔ)上通過(guò)測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度對(duì)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。VDC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門(mén)、制動(dòng)壓力，通過(guò)觀測(cè)器決定出車(chē)輛應(yīng)具有的名義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)由輪速、橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器測(cè)出車(chē)輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。名義狀態(tài)與實(shí)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(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)的方法則是利用車(chē)輪滑移率特性。車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)目的是改善車(chē)輛操縱的穩(wěn)定性，它可以在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于危險(xiǎn)狀態(tài)下自動(dòng)進(jìn)行控制。其主要作用就是通過(guò)控制車(chē)輛的橫向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車(chē)輛處于穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車(chē)輛。
（5）控制系統(tǒng)總線技術(shù)隨著汽車(chē)技術(shù)科技含量的不斷增加，必然造成龐大的布線系統(tǒng)。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實(shí)時(shí)共享，并可以減少傳感器數(shù)量，從而降低整車(chē)成本，朝著系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。目前多使用CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
1.4 國(guó)內(nèi)ABS系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的ABS產(chǎn)品公司
我國(guó)ABS 的研究開(kāi)始于80 年代初。從事ABS研制工作的單位和企業(yè)很多,諸如東風(fēng)汽車(chē)公司、重慶公路研究所、西安公路學(xué)院、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海汽車(chē)制動(dòng)有限公司和山東重汽集團(tuán)等。具有代表性的有以下幾個(gè)。清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有宋健等多名博導(dǎo)、教授,有很強(qiáng)的科技實(shí)力,他們還配套有一批先進(jìn)的儀器設(shè)備,如汽車(chē)力學(xué)參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)、汽車(chē)彈射式碰撞試驗(yàn)臺(tái)及翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)、模擬人及標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)、Kodak 高速圖像運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)、電液振動(dòng)臺(tái)、直流電力測(cè)功機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)排放分析儀、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)裝置及工況模擬器、計(jì)算機(jī)工作站及ADAMS、IDEAS 軟件、非接觸式速度儀、噪聲測(cè)試系統(tǒng)、轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)、電動(dòng)車(chē)蓄電池試驗(yàn)臺(tái)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)等。該實(shí)驗(yàn)室針對(duì)ABS 做了多方面的研究,其中,在ABS 控制量、輪速信號(hào)抗干擾處理、輪速信號(hào)異點(diǎn)剔除、防抱死電磁閥動(dòng)作響應(yīng)研究等方面的研究處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。
吉林大學(xué)汽車(chē)動(dòng)態(tài)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以郭孔輝院士為代表的研究人員致力于汽車(chē)操縱穩(wěn)定性、汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)、汽車(chē)輪胎模型、汽車(chē)輪胎穩(wěn)態(tài)和非
穩(wěn)態(tài)側(cè)偏特性的研究,在輪胎力學(xué)模型、汽車(chē)操縱穩(wěn)定性以及人- 車(chē)閉環(huán)操縱運(yùn)動(dòng)仿真等方面的研究成果均達(dá)到世界先進(jìn)水平。
華南理工交通學(xué)院汽車(chē)系以吳浩佳教授為代表從事汽車(chē)安全與電子技術(shù)及汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的研究,在ABS 技術(shù)方面有獨(dú)到之處,能夠建立制動(dòng)壓力函數(shù),通過(guò)車(chē)輪地面制動(dòng)力和整車(chē)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出汽車(chē)制動(dòng)的平均減速度和車(chē)速;還可以通過(guò)輪缸等效壓力函數(shù)計(jì)算防抱死制動(dòng)時(shí)的滑移率。另外,在滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系、汽車(chē)整車(chē)技術(shù)條件和試驗(yàn)方法方面也有獨(dú)到見(jiàn)解。
濟(jì)南程軍電子科技公司以ABS 專(zhuān)家程軍為代表的濟(jì)南程軍電子科技公司對(duì)ABS 控制算法研究頗深,著有《汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的理論與實(shí)踐》等專(zhuān)著幾本,專(zhuān)門(mén)講述ABS 控制算法,是國(guó)內(nèi)ABS 開(kāi)發(fā)人員的必備資料之一。另外,他們?cè)诨贛AT2LAB 仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)防抱死控制邏輯、基于VB 開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行車(chē)輛操縱仿真和車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制的模擬研究等方面也頗有研究。
重慶聚能公司產(chǎn)品包括汽車(chē)、摩托車(chē)系列JN111FB 氣制動(dòng)電子式單通道、JN144FB 氣制動(dòng)電子式四通道和JN244FB 液壓電子式四通道等類(lèi)型ABS 裝置及其相關(guān)零部件30 多個(gè)品種,其ABS 產(chǎn)品已通過(guò)國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心和國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的認(rèn)定,獲得國(guó)家實(shí)用新技術(shù)專(zhuān)利,并正式被列為國(guó)家火炬項(xiàng)目計(jì)劃。
西安博華公司主要產(chǎn)品是適用于大中型客車(chē)和貨車(chē)的氣壓四通道ABS 和適用中型面包車(chē)的液壓三通道ABS 及其相關(guān)零部件。其中BH1203 -FB 型ABS 和BH1101 - FB 型ABS 已通過(guò)陜西省科委科技成果鑒定和陜西省機(jī)械工業(yè)局新產(chǎn)品鑒定,認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一些進(jìn)展。
重慶公路研究所研制的適用于中型汽車(chē)的氣制動(dòng)FKX - ACI 型ABS 裝置已通過(guò)國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定,但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性還有待提高。
清華大學(xué)研制的適用于中型客車(chē)的氣制動(dòng)ABS由于資源價(jià)格和性能上的優(yōu)勢(shì),陶瓷材料的應(yīng)用將迅速擴(kuò)展;金剛石和CBN 超硬材料的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大;新刀具材料的研制周期會(huì)越來(lái)越短,新品種新牌號(hào)的推出也將越來(lái)越快。人們所希望的既有高速鋼、硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性,又有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料也完全有可能出現(xiàn)。
本文主要講述以80C196KC單片機(jī)為核心，完成了信號(hào)輸入回路、輸出驅(qū)動(dòng)回路、電源部分及故障診斷等硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)輪速傳感器、電磁閥等的故障檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
2．防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理
2.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)
2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)受力分析
汽車(chē)在制動(dòng)的過(guò)程中主要受到地面給汽車(chē)的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。地面對(duì)汽車(chē)的作用力又分為:作用在車(chē)輪上垂直于地面的支承力和作用在車(chē)輪上平行于地面的力。汽車(chē)在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到地面給汽車(chē)的力如圖 2-1所示。其中Fx為地面作用在每個(gè)車(chē)輪上的地面制動(dòng)力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車(chē)輪所受的載荷。所有車(chē)輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車(chē)的總的地面制動(dòng)力，他是使汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)減
速并停止的主要作用力。Fy為地面作用在每個(gè)車(chē)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(chē)輪所受的載荷，當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車(chē)直線制動(dòng)時(shí)，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車(chē)將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來(lái)保持汽車(chē)的直線行駛方向，如圖2-1（a）
圖2-1 汽車(chē)直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖
所示。若汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)或在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車(chē)能夠轉(zhuǎn)向，如圖2-1 (b)所示。地面制動(dòng)力決定制動(dòng)距離的長(zhǎng)短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱(chēng)為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱(chēng)為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力和汽車(chē)的方向操縱性有關(guān)，它保證了汽車(chē)能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向;側(cè)向力和汽車(chē)的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車(chē)的行進(jìn)方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車(chē)的方向操縱性越好;側(cè)向力越大，汽車(chē)的方向穩(wěn)定性越好。
如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，能夠有效地使汽車(chē)停下。制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，是汽車(chē)發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的主要原因。因此，汽車(chē)行駛時(shí)，要根據(jù)冰路、雪路、砂石路、壞路、水濕路、干路、直路、彎曲路等道路條件，根據(jù)汽車(chē)速度、方向轉(zhuǎn)角等行駛條件進(jìn)行制動(dòng)操作，必須時(shí)常注意不能讓車(chē)輪完全抱死。
2.1.2 車(chē)輪抱死時(shí)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)情況
車(chē)輪抱死時(shí)汽車(chē)所受到的側(cè)滑摩擦力將會(huì)變的很小，這將使汽車(chē)制動(dòng)時(shí)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(chē)在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)ABS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。下面從汽車(chē)在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況。
（1）汽車(chē)在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖2-2所示。圖2-2 (a)為只有前輪抱死時(shí)，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無(wú)法進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)向操作。為制動(dòng)時(shí)前輪全部抱死而后輪不抱死汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)轉(zhuǎn)彎力為零，駕駛員無(wú)法控制汽車(chē)的方向使汽車(chē)轉(zhuǎn)向來(lái)避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車(chē)后輪不抱死，所以汽車(chē)仍具有側(cè)向力來(lái)維持方向穩(wěn)定性。圖2-2 (b)為只有后輪抱死時(shí)，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車(chē)仍具有方向操縱性，但會(huì)因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車(chē)側(cè)滑。汽車(chē)不能保持原來(lái)的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車(chē)將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn))。圖2-2 (c)為前后車(chē)輪全部抱死時(shí)時(shí)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(dòng)力不相等時(shí)，即使對(duì)汽車(chē)施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車(chē)就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將制動(dòng)釋放，汽車(chē)就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛出，這也是很危險(xiǎn)的。
（2）汽車(chē)在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 2-3所示。所有這些運(yùn)動(dòng)情況若在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。
從上面對(duì)出現(xiàn)這些危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單分析可以看出，制動(dòng)時(shí)車(chē)輪抱死導(dǎo)致汽車(chē)出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)質(zhì)上是汽車(chē)因失去相應(yīng)的維持本身方向穩(wěn)定性方向操縱性的側(cè)滑摩擦力而使汽車(chē)出現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)情況，即車(chē)輪抱死導(dǎo)致汽車(chē)的側(cè)滑摩擦力為零。車(chē)輪的抱死程度和汽車(chē)的地面制動(dòng)力及汽車(chē)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(chē)制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，就是根據(jù)這個(gè)關(guān)系來(lái)調(diào)整車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。
圖2-2 汽車(chē)直線制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況
圖2-3 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況
2.2滑移率定義
通常,汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中存在著兩種阻力:一種阻力是制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生的摩擦阻力,這種阻力稱(chēng)為制動(dòng)系統(tǒng)的阻力,由于它提供制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力,因此也稱(chēng)為制動(dòng)系制動(dòng)力;另一種阻力是輪胎與道路表面之間產(chǎn)生的摩擦阻力,也稱(chēng)為地面制動(dòng)力。地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值稱(chēng)為輪胎- 道路附著力,大小等于地面對(duì)輪胎的法向反作用力與輪胎- 道路附著系數(shù)的乘積。如果制動(dòng)系制動(dòng)力小于輪胎- 道路附著力,則汽車(chē)制動(dòng)時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài),反之,如果制動(dòng)系制動(dòng)力大于輪胎- 道路附著力,則汽車(chē)制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)車(chē)輪抱死和滑移。
地面制動(dòng)力受地面附著系數(shù)的制約。當(dāng)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)系制動(dòng)力增大到一定值(大于附著力)時(shí),汽車(chē)輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。汽車(chē)的實(shí)際車(chē)速與車(chē)輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差異稱(chēng)為車(chē)輪的滑移率。
滑移率S的定義式為:
-------------------------------（2-3）
式中:S —滑移率;
Vt —汽車(chē)的理論速度(車(chē)輪中心的速度) ;
ω—汽車(chē)車(chē)輪的角速度;
r —汽車(chē)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑。
由上式可知:當(dāng)車(chē)輪中心的速度(即汽車(chē)的實(shí)際車(chē)速) Vt 等于車(chē)輪的角速度ω和車(chē)輪滾動(dòng)半徑r 乘積時(shí),滑移率為零( S = 0) ,車(chē)輪為純滾動(dòng);當(dāng)ω = 0時(shí),S = 100 % ,車(chē)輪完全抱死而作純滑動(dòng);當(dāng)0 < S <100 %時(shí),車(chē)輪既滾動(dòng)又滑動(dòng)。
2.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系
圖2-4 給出車(chē)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)輪胎純滾動(dòng)時(shí),縱向附著系數(shù)為零;當(dāng)滑移率為15 %～30 %時(shí),縱向附著數(shù)達(dá)到峰值;當(dāng)滑移率繼續(xù)增大,縱向附著系數(shù)持續(xù)下降,直到車(chē)輪抱死( S = 100 %) ,縱向附著系數(shù)降到一個(gè)較低值。另外,隨著滑移率增大,橫向附著系數(shù)急劇下降,當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí),橫向附著系數(shù)幾乎為零。從圖1 可以看出,如果能將車(chē)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(shí)又可以兼顧到較大的側(cè)向附著系數(shù)。這樣,汽車(chē)就能獲得最佳的制動(dòng)效能和方向穩(wěn)定性。ABS 即是基于這一原理而研制的。
圖2-4 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系
實(shí)驗(yàn)證明，道路的附著系數(shù)受車(chē)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。圖2.5給出了不同類(lèi)型路面上滑移率--縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。
圖2-5 不同路面上縱向、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線
由圖2-5可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢(shì)是一致的。滑移率和縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類(lèi)型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類(lèi)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。一般干燥潔凈的平整水泥、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá)0.8-0.9，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至0.1-0.2。如果這種差別隨路面類(lèi)型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計(jì)ABS系統(tǒng)控制方法時(shí)，就必須考慮到隨路面類(lèi)型的不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。若汽車(chē)在同一種類(lèi)型路面上制動(dòng)時(shí)的初速度不一樣，車(chē)輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車(chē)速越高，車(chē)輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的附著系數(shù)---滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化。
總之，對(duì)于在一種路面上制動(dòng)的汽車(chē)，車(chē)輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是決定汽車(chē)制動(dòng)性能的主要因素。實(shí)際上，汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程就是車(chē)輪和路面之間的一種非線性變化過(guò)程，即車(chē)輪附著系數(shù)隨車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非線性變化的過(guò)程，所以說(shuō)汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程是一種非線性的制動(dòng)過(guò)程。制動(dòng)時(shí)汽車(chē)通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)改變車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而改變車(chē)輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動(dòng)過(guò)程。
2.4 制動(dòng)時(shí)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)方程
制動(dòng)過(guò)程單輪受力如圖2-6所示。
圖 2-6 制動(dòng)過(guò)程車(chē)輪受力簡(jiǎn)圖
制動(dòng)車(chē)輪軸荷與支撐力N平衡，該輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，半徑r:，軸心平移速度V，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，制動(dòng)器制動(dòng)力矩M，通常與車(chē)輪制動(dòng)壓力成正比系數(shù)K, 則有地面制動(dòng)力，緊急制動(dòng)不計(jì)滑動(dòng)阻力。則有
Mr=Jdωdt=Mμ-Fbr=Kp-Fbr-------------2-4Fb=Fφs-----------------------2-5
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(chē)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(chē)制動(dòng)減速為
mdvdt=Fb1l+Fb2r+Fb2l+Fb2r--------2-6
前軸載荷
N1=Gl2L+dVdthgLg------------2-7
后軸載荷
N2=Gl1L-dVdthgLg------------2-8
制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩
Ms=Fb1l+Fb2l-Fb1r+Fb2rB=Fb1l-Fb1r+Fb2l-Fb2r--2-9
V=v0+0tdVdtdt---------------2-10
從式(2-4)可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車(chē)輪角減速度產(chǎn)生變化:從式(2-10)計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車(chē)速V，可計(jì)算各車(chē)輪滑移率，從式 (2-7) (2-8)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)。
2.5 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性
汽車(chē)直線行駛過(guò)程中，突然緊急制動(dòng)，汽車(chē)車(chē)輪一下子抱死，汽車(chē)仍然向前行滑，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的磨擦聲，汽車(chē)最后終于停了下來(lái)。在日常生活中，大家都可能遇到過(guò)這種現(xiàn)象。如果汽車(chē)發(fā)生交通事故，交通警察來(lái)了之后首先總是檢查一下汽車(chē)制動(dòng)痕跡，判斷司機(jī)在事故中是否采取了制動(dòng)措施。然后再測(cè)量一下制動(dòng)距離，看一看該車(chē)制動(dòng)效果好不好。當(dāng)輪胎的滑移率在8%~25%時(shí)，輪胎和她面的摩擦力 (附著力)最大。如果輪胎的滑移率過(guò)大的話，附著力反而要降低。如果司機(jī)能控制輪胎的滑移率，使其在制動(dòng)期間始終處于8%^-25%范圍之內(nèi)，汽車(chē)將在更短的制動(dòng)距離內(nèi)停車(chē)。
當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車(chē)緊急制動(dòng)的話，和直線行駛一樣會(huì)出現(xiàn)車(chē)輪抱死現(xiàn)象。由于車(chē)輪抱死，汽車(chē)的側(cè)向附著力變成了零，汽車(chē)輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)，汽車(chē)喪夫了控制方向的能力，這是十分危險(xiǎn)的。汽車(chē)的側(cè)向附著力和制動(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。在不制動(dòng)的時(shí)候，輪胎前后方向的滑動(dòng)為零，這時(shí)車(chē)輪側(cè)向附著力最大。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。最后，當(dāng)輪胎的滑移率達(dá)到 100%時(shí)，輪胎抱死。這樣汽車(chē)的側(cè)向附著力幾乎等于零。此時(shí)汽車(chē)正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開(kāi)始出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)。在車(chē)輪抱死之后，方向盤(pán)己經(jīng)不起作用了，汽車(chē)陷入了不能控制方向的困境，只有前輪抱死的汽車(chē)沿著直線前進(jìn)最后停車(chē)，只有后輪抱死的汽車(chē)發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車(chē)，如果前后輪都抱死的話，汽車(chē)一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進(jìn)最后停車(chē)。上述各種狀態(tài)是極其危險(xiǎn)的。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。
在制動(dòng)過(guò)程中，如果始終能使輪胎的滑移率處于8%～25%范圍之內(nèi)的話，汽車(chē)將在最短的制動(dòng)距離內(nèi)停車(chē)并具有良好的控制方向的能力。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(chē)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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車(chē)輪抱死，如此反復(fù)操作。在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機(jī)在制動(dòng)時(shí)都很小心，唯恐使車(chē)輪抱死，但仍很難做到，原因是司機(jī)不知道車(chē)輪什么時(shí)候抱死。除此之外，汽車(chē)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。要完成上述制動(dòng)要求確實(shí)難上加難。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)?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動(dòng)踏板，使輪胎抱死為此。
上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。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(lái)說(shuō)是很簡(jiǎn)單的，按照 電腦的指令執(zhí)行操作，這在機(jī)械結(jié)構(gòu)上也不會(huì)有什么大問(wèn)題。ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個(gè)車(chē)輪制動(dòng)缸的制動(dòng)液壓力，以防止無(wú)論任何時(shí)由于制動(dòng)過(guò)猛而可能引起的車(chē)輪抱死。當(dāng)不再有可能抱死車(chē)輪時(shí)，再恢復(fù)正常壓力。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。這樣不但提高了車(chē)輛行駛的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了車(chē)輛方向的可控性，而且縮短了制動(dòng)距離。
2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理
ABS系統(tǒng)是通過(guò)在制動(dòng)時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動(dòng)液壓力使車(chē)輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過(guò)程實(shí)際上就是ABS系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過(guò)程。下面以基于車(chē)輪加減速度邏輯門(mén)限值的控制方法對(duì)直線單一路面的制動(dòng)過(guò)程的控制為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明ABS的基本工作原理。
ABS系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)油壓的控制過(guò)程如圖2-7所示。汽車(chē)開(kāi)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(kāi)始上升，制動(dòng)器使車(chē)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(chē)和車(chē)輪都開(kāi)始減速。此時(shí) ABS系統(tǒng)不對(duì)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，所以制動(dòng)油壓迅速增加，車(chē)輪減速度也增大。當(dāng)車(chē)輪減速度的值達(dá)到規(guī)定的門(mén)限值-a時(shí)，產(chǎn)生減壓信號(hào)，圖2-7中1點(diǎn)所示，ABS系統(tǒng)開(kāi)始工作，降低制動(dòng)油壓。由于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的慣性，車(chē)輪減速度仍然下降一段時(shí)間，然后開(kāi)始減小并小于門(mén)限值-a時(shí)，圖2-7中2點(diǎn)，產(chǎn)生保壓信號(hào)，ABS保持制動(dòng)油壓不變，車(chē)輪由減速狀態(tài)進(jìn)入加速狀態(tài)，車(chē)輪速度開(kāi)始回升并靠近車(chē)速，當(dāng)車(chē)輪加速度值達(dá)到設(shè)定的門(mén)限值+a時(shí)，圖2-7中3點(diǎn)，產(chǎn)生升壓信號(hào)，ABS使制動(dòng)油壓上升，車(chē)輪加速度在上升一段時(shí)間后開(kāi)始減小，車(chē)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)。ABS通過(guò)這樣的控制過(guò)程可以使車(chē)輪的速度控制在一定的范圍內(nèi)而不產(chǎn)生抱死。這種控制方法的關(guān)鍵在于對(duì)車(chē)輪加、減速度門(mén)限值的設(shè)定，合適的門(mén)限值可以使車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。但顯然門(mén)限值的確定需要大量的試驗(yàn)來(lái)確定。除了設(shè)定車(chē)輪加減速度門(mén)限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類(lèi)型的不同設(shè)定不同的門(mén)限值來(lái)提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門(mén)限值等。
在ABS中，每個(gè)車(chē)輪上各安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將各車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電子控制裝置ECU. ECU根據(jù)各車(chē)輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)車(chē)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。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(guò)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)。
圖2-7 基于車(chē)輪加減速度邏輯門(mén)限值控制方法的ABS系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖
ABS的工作過(guò)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(kāi)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(guò)程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程完全相同。在制動(dòng)過(guò)程中，電子控制裝置根據(jù)車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定有車(chē)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(guò)程。例如，當(dāng)ECU判定右前輪趨于抱死時(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(chē)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(kāi)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(guò)處于開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)處于開(kāi)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(kāi)始減速轉(zhuǎn)動(dòng)。ABS通過(guò)使趨于抱死車(chē)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(guò)程，而將趨于抱死車(chē)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(chē)速度減小到很低或者制動(dòng)主缸的輸出壓力不再使車(chē)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) 3--20Hz。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(chē)輪都不發(fā)生制動(dòng)抱死現(xiàn)象。
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(chēng)為控制通道。如果對(duì)某車(chē)輪的制動(dòng)壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱(chēng)這種控制方式為獨(dú)立控制；如果對(duì)兩個(gè)(或兩以上)車(chē)輪的制動(dòng)壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱(chēng)這種控制方式為一同控制。在兩個(gè)車(chē)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(chē)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(chēng)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(chē)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(chēng)這種控制方式為按低選原則一同控制。
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。
(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(jiàn)圖3-1(a,b)。
圖3-1(a,b)
為了對(duì)四個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個(gè)車(chē)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)。
由于四通道ABS可以最大程度地利用每個(gè)車(chē)輪的附著力進(jìn)行制動(dòng)，因此汽車(chē)的制動(dòng)效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車(chē)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(chē)產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動(dòng)跑偏。因此，ABS通常不對(duì)四個(gè)車(chē)輪進(jìn)行獨(dú)立的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。
(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(jiàn)圖3-1(c)、(d)、(e)。
圖3-1(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。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(chē)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(lái)檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。
汽車(chē)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(chē)的前輪附著力約占汽車(chē)總附著力的70%—80%)。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(chē)進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，并且汽車(chē)的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。本設(shè)計(jì)就是為三通道ABS。
(3)雙通道ABS
圖3-1(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。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。
對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，可以在兩前輪和傳動(dòng)系中各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器。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(chē)的行駛方向，駕駛員會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)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(chē)行駛方向的穩(wěn)定性。但是在兩前輪從附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?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(wú)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(chē)向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時(shí)是一種無(wú)法控制的危險(xiǎn)狀態(tài)。
圖 3-1 （f）（g）
圖3-1(g)所示的雙通道ABS多用于制動(dòng)管路對(duì)角布置的汽車(chē)上，兩前輪獨(dú)立控制，制動(dòng)液通過(guò)比例閥(P閥)按一定比例減壓后傳給對(duì)角后輪。
對(duì)于采用此控制方式的前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，如果在緊急制動(dòng)時(shí)離合器沒(méi)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(chē)的制動(dòng)力會(huì)顯著減小。而對(duì)于采用此控制方式的后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，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(chē)喪失方向穩(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。
(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(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)只需在傳動(dòng)系中安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，如圖3-1(h)。
圖3-1(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(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。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。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(chē)制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向操作能力得不到保障。
但由于單通道ABS能夠顯著地提高汽車(chē)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(chē)上得到廣泛應(yīng)用。
3.1．2 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3-2所示。傳感器一般安裝在車(chē)輪上以測(cè)量車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時(shí)ECU接收傳感器送來(lái)的車(chē)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(chē)輪的速度來(lái)決定對(duì)各個(gè)車(chē)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(chē)輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號(hào)后對(duì)車(chē)輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車(chē)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)。
3-2（a） ABS系統(tǒng)的組成（分置式）
1、前輪速度傳感器 2、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 3、ABS電控單元 4、ABS警告燈 5、后輪速度傳感器 6、停車(chē)燈開(kāi)關(guān) 7、制動(dòng)主缸 8、比例分配閥 9、制動(dòng)輪缸 10、蓄電池 11、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)
3-2（b）系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖
圖 3-2 ABS系統(tǒng)的組成
輪速傳感器是汽車(chē)輪速的檢測(cè)元件，它能產(chǎn)生頻率與車(chē)輪速度成正比的近似正弦電信號(hào)，ABS控制單元根據(jù)處理后的信號(hào)計(jì)算車(chē)輪速度。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(chē)輪速度傳感器送來(lái)的頻率信號(hào)，通過(guò)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。定性的來(lái)說(shuō)，就是當(dāng)車(chē)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(kāi)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(chē)車(chē)輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的安全、可靠制動(dòng)。電子控制單元原理圖如圖3-3所示。
電磁閥是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒(méi)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;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(chē)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。
ABS就是在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)車(chē)輪速度的變化，按一定的控制方法，通過(guò)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(chē)輪始終處于較好的制動(dòng)狀態(tài)。
圖3-3 原理結(jié)構(gòu)框圖
3.2 80C196KC最小系統(tǒng)
汽車(chē)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。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(guò) 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(guò)軟件編程來(lái)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(lèi)型。相對(duì)于ABS系統(tǒng)，對(duì)基于車(chē)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(guò)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(guò)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。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，如計(jì)算車(chē)輛參考速度和車(chē)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(guò)數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過(guò)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。同時(shí)輸出的信號(hào)中還包括報(bào)警指示等。
就目前而言，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的控制系統(tǒng)一般采用單片計(jì)算機(jī)，在開(kāi)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。但作為研制的最終產(chǎn)品，無(wú)一例外都采用單片機(jī)作為電子控制單元的核心。
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(kāi)發(fā)汽車(chē)電子系統(tǒng)。早期的汽車(chē)控制系統(tǒng)采用八位單片機(jī)，目前已過(guò)渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)采用32位CPU。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(mén)子 (Siemens) 16位單片機(jī)。
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)。
（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(guò)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。
（2）內(nèi)外部存貯器
同樣的CPU類(lèi)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(zhuān)用的變量，以節(jié)省內(nèi)存。目前ABS系統(tǒng)的程序容量一般在8K-32K之間，內(nèi)存數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器在256個(gè)字節(jié)以上。進(jìn)入90年代，已大批量使用帶有ROM, EPROM, EEPROM, FLASH EEPROM和一次寫(xiě)入 (OPT型)的單片機(jī)。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）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(wú)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。
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(chē)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.MC-196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)。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)。
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(zhuān)用寄存器，相當(dāng)于有256字節(jié)內(nèi)部寄存器。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。因?yàn)?ABS作為一種實(shí)時(shí)控制，而整個(gè)制動(dòng)過(guò)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;通過(guò)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(lèi)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。
高速輸入HSI部件:
HSI有四個(gè)輸入端HSI.O-HSI.3。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;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。保持寄存器與FIFO相連，通過(guò) FIFO把事件的時(shí)間值送入 HSI_ TIME中。這樣，對(duì) HSI_ STATUS和HSIJIME寄存器的訪問(wèn)就能讀取事件變化狀態(tài)和發(fā)生時(shí)刻。
HSI_ MODE寄存器控制變換檢測(cè)器檢測(cè)事件的方式。每?jī)晌唤M成一個(gè)方式控制字
HSI_ STATUS寄存器表示 HSI.O,7HSI.3的四個(gè)輸入端的狀態(tài)，每?jī)晌槐硎疽粋€(gè)輸入端：
低位1: 事件出現(xiàn)過(guò)；0: 沒(méi)出現(xiàn)
高位 1: 從HIS-TIME讀取的事件，此時(shí)的輸入端為高電平
0: 從HIS-IME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。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(lái)自引腳HSI.1，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。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。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(chē)輪轉(zhuǎn)速。
在實(shí)際應(yīng)用中，汽車(chē)有四個(gè)輪速信號(hào)同時(shí)輸入，數(shù)字控制器中沒(méi)有足夠多的計(jì)數(shù)器，就需要擴(kuò)展一塊 8253芯片。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。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。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。
中斷系統(tǒng):
MCS-96給用戶(hù)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)。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。
CPU對(duì)中斷控制是通過(guò)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。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(guò)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;而每個(gè)中斷源都可以通過(guò)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(kāi)放或禁止中斷。即某一位為則開(kāi)放相應(yīng)的中斷源;為0則禁止相應(yīng)的中斷源。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:
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(kāi)放全部中斷;中斷登ia/屏蔽寄存器對(duì)應(yīng)位置 1 。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。
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。這些事件包括:改變6條輸出線 (HSO.0-HSO.5 )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。由于HSO主要由專(zhuān)門(mén)的硬件來(lái)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(kāi)銷(xiāo)少、速度高、使用靈活方便等特點(diǎn)。
HSO的輸出引腳共有6條即HSO.0--HSO.5, HSOA和HSO.5為雙向引線，分別與 HSI.2-HSI.3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。 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，HSO.時(shí)間寄存器等。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。命令寄存器各位定義如下:
該命令字節(jié)D7位為鎖定事件;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; D5位用來(lái)設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)所選中通道 (0-7通道)的電平狀態(tài) (高或低電平)，1為高電平，0為低電平;D4位用來(lái)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;D3至 DO位用來(lái)選擇觸發(fā)事件對(duì)應(yīng)的通道號(hào)。HSO時(shí)間寄存器HSO-TIME用來(lái)放在所設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)刻值。值得注意的是使用HSO-TIME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HSO-TIME中的立即數(shù)最小都應(yīng)為0003H。
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。首先確定中斷向量:GSEG AT 200AH;定時(shí)器 T1作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘源，每過(guò)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（8MHZ