防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計

29頁 10000字數(shù)+論文說明書+4張CAD圖紙【詳情如下】

各通道處理程序流程圖.DWG

液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖.DWG

系統(tǒng)原理框圖.DWG

輪速信號中斷處理流程圖.DWG

防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)設計說明書.doc

目錄

摘要 I

Abstract II

第一章緒論 1

  1.1防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1

  1.2課題研究的內(nèi)容 2

第二章防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)總體設計 4

  2.1制動防抱死系統(tǒng)的基本組成 5

    2.1.1防抱死制動系統(tǒng)的組成 7

      2.1.1.1控制器 9

      2.1.1.2轉(zhuǎn)速傳感器 10

      2.1.1.3制動壓力調(diào)節(jié)器 10

     2.1.2防抱死制動系統(tǒng)的工作原理 12

  2.2防抱死控制動系統(tǒng)的控制方式 12

     2.2.1雙參數(shù)控制 13

     2.2.2單參數(shù)控制 13

  2.3制動系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 13

  2.4防抱死系統(tǒng)的制動過程 14

     2.4.1建壓過程 14

     2.4.2保壓過程 14

     2.4.3減壓過程 14

     2.4.4增壓過程 14

第三章ABS輪速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 15

  3.1電子控制單元的組成 16

  3.2電源電路 17

  3.3看門狗電路 17

  3.4車輪制動器的選擇 18

第四章ABS輪速信號采集處理系統(tǒng)的算法實現(xiàn) 20

第五章ABS輪速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 21

  4.1轉(zhuǎn)速信號處理軟件設計 22

  4.2轉(zhuǎn)速信號中斷處理流程圖的確定 23

  4.3各通道處理程序流程的確定 24

第六章ABS輪速信號采集處理系統(tǒng)的仿真設計 25

結論 26

致謝 27

參考文獻 28

摘 要

    本文介紹了防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展及分類，解釋了系統(tǒng)基本組成與其工作原理，擬設計了汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的硬件和軟件，提出了一種ABS輪速采集的算法，并對該算法的實時性進行了分析；通過仿真試驗，證明了硬件設計和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性，通過本次的關于防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，希望能對以后的關于汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計起到一定的參考作用和價值。 

關鍵詞：防抱死制動系統(tǒng)；基本組成；ABS；參考；

absraote

Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace ABS the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design.

Key word: pneumatic manipulator；cylinder；ABS；freedom

第一章 緒論

  汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)控制的核心部分是電子控制單元(ECU),ECU通過采集4個車輪速度信號計算得到4個輪速,在此基礎上,進一步計算車輪的加減速度,估算汽車車身速度,從而得到滑移率,進行路面識別等。把這些信號加以分析后,ECU對壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令,從而實現(xiàn)其對制動壓力的調(diào)節(jié)。因此,準確的車輪速信號的取得是ABS實現(xiàn)有效控制的前提和關鍵。本文設計了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時測量還是高速時測量,都有比較好的測量精度和實時性?；贛CS-96微處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動系統(tǒng)具有實時性好、可靠性高等特點,能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動性能。

 結 論

    至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己還是一名學生，需要學習的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學學習取得的一點點成果。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。

    經(jīng)過此次畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學習和補充，這樣，在以后的工作中才能夠克服種種困難，取得一定的成就。

致 謝

    寫到這里，這次畢業(yè)設計總算快要完成了，通過幾個月的努力和時間的付出，總算有了這么一點點成就，覺得挺自豪的，同時也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學校學習的知識還遠遠不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導師和同學們的指導和幫助，然后自己查找相關書籍和資料，總算有了論文的初步構思，然后通過這幾個月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了。我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。

參考文獻

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本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計 系 別 機電工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 年級 指導教師 二 O 一五年十二月十七日 目錄 摘要 .............................................................. I ........................................................ 一章 緒論 ........................................................ 1 抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 .............................. 1 題研究的內(nèi)容 .............................................. 2 第二章防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 總體設計 ................. 4 動防抱死系統(tǒng)的基本組成 .................................... 5 抱死制動系統(tǒng)的組成 .................................... 7 制器 .............................................. 9 速傳感器 ......................................... 10 動壓力調(diào)節(jié)器 ..................................... 10 抱死制動系統(tǒng)的工作原理 .............................. 12 抱死控制動系統(tǒng)的控制方式 ................................. 12 參數(shù)控制 ............................................ 13 參數(shù)控制 ............................................ 13 動系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 ....................................... 13 抱死系統(tǒng)的制動過程 ....................................... 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 第三章 速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 ........................ 15 子控制單元的組成 ......................................... 16 源電路 ................................................... 17 門狗電路 ................................................. 17 輪制動器的選擇 ........................................... 18 第四章 速信號采集處理系統(tǒng)的算法實現(xiàn) ........................ 20 第五章 速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 ........................ 21 速信號處理軟件設計 ....................................... 22 速信號中斷處理流程圖的確定 ............................... 23 通道處理程序流程的確定 ................................... 24 第六章 速信號采集處理系統(tǒng)的仿真設計 ........................ 25 結論 ............................................................. 26 致謝 ............................................................. 27 參考文獻 ......................................................... 28 I 摘 要 本文介紹了防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展及分類，解釋了系統(tǒng)基本組成與其工作原理，擬設計了汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的硬件和軟件，提出了一種 速采集的算法，并對該算法的實時性進行了分析；通過仿真試驗，證明了硬件設計和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性，通過本次的關于防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，希望能對以后的關于汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計起到一定的參考作用和價值。 關鍵詞： 防抱死制動系統(tǒng)；基本組成； 考； II is a to do to a to or It BS in to in to in is of 1 第一章 緒論 汽車防抱死制動系統(tǒng) (制的核心部分是電子控制單元 (個車輪速度信號計算得到 4個輪速 ,在此基礎上 ,進一步計算車輪的加減速度 ,估算汽車車身速度 ,從而得到滑移率 ,進行路面識別等。把這些信號加以分析后 ,從而實現(xiàn)其對制動壓力的調(diào)節(jié)。因此 ,準確的車輪速信號的取得是 效控制的前提和關鍵。本文設計了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時測量還是高速時測量 ,都有比較好的測量精度和實時性?；?處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動系統(tǒng)具有實時性好、可靠性高等特點 ,能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動性能。 抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 置最早應用在飛機和火車上，而在汽車上的應用比較晚。鐵路機車在 制動時如果制動強度過大，車輪就會很容易抱死在平滑的軌道上滑行。由于車輪 和軌道的摩擦，就會在車輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車輪就不能 平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動。 1908 年英國工程師 J. E. 出了“鐵路 車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的 30 年中，包括 “剎車力控制器”、 “液壓剎車安全裝置”與 “車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在 1941 年出版的《汽車科技手 冊》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未 成功，當這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑” ，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等 30 年之久。首先該裝置需要一套系統(tǒng)實 時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成 電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應！等到 統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導體技術有了初步規(guī)模的 1960 年代早期。 精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司 世）研發(fā) 統(tǒng)的起源要追溯到 1936 年，當年 請“機動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。 1964 年（也是集成電路誕生的一年） 司再度開始 研發(fā)計劃，最后有了“通過電子 裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結論，這是 名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 型機于 1966 年出現(xiàn)，向世人證明 “縮短剎車距離”并非不可能完成 2 的任務。因為投入的資金過于龐大， 司從 1970 年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機 —— ，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過 1000 個，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。 1973 年 司購得 50％的 司股權及 域的研發(fā)成 果， 1975 年 統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托 ”在 3 年的努力后誕生！有別于 用模擬式電子組件， 統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進行設計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000 個銳減到 140 個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu) 勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬 于 1978 年底決定將 項高科技系統(tǒng)裝置在 系列車款上。 在誕生的前 3 年中 統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從 1978 到 1980年底， 24000 套 統(tǒng)。 所幸第二年即成長到 76000套。受到市場上的正面響應， 跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。 1983年推出的 S 系統(tǒng)重量由 斤減輕到 斤，控制組件也減少到 70個。到了 1985 年代中期，全球新出廠車輛安裝 統(tǒng)的比例首次超過 1％，通用車 廠也決定把 為旗下主力雪佛蘭車系的標準配備。 也反映了現(xiàn)代汽車制動系向電子化方向發(fā)展?；诨坡实目刂扑惴ㄈ菀讓崿F(xiàn)連 續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實現(xiàn)的 成本問題。隨著體積更小、價格更便宜、可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)， 統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑移率將變得準確而快速。全電制動控制系統(tǒng) 未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動系統(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，縮短制動反應時間，維護簡單，易于改進，為未來的車輛智能控制提供條件。但是，它還有不少問題需要解決，如驅(qū)動能源問題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。目前電制動系統(tǒng)首先用在混合動力制動系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。 防滑控制系統(tǒng)防滑控制系統(tǒng) 稱 為牽引力控制系統(tǒng) 驅(qū)動時防止車輪打滑，使車 輪獲得最大限度的驅(qū) 動力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動機的功耗， 3 增加有效的驅(qū)動牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分 :制動防滑與發(fā)動機牽引力控 制。制動部分是當驅(qū)動輪 (后輪 )在低附著系數(shù)路面工作時，由于驅(qū)動力過大，則產(chǎn)生打滑，當 過傳感器將非驅(qū)動輪及驅(qū)動輪的輪速信號 采集到控制器中， 控制器根據(jù)輪速信號計算出驅(qū)動車輪滑移率及車輪減、加速度，當滑移率或減、加速度超過某一設定閥值時，則控制器打開開關閥，氣壓由儲氣 筒直接進入 制動氣室進行制動，由于三通單向閥的作用氣壓只能進入打滑驅(qū)動輪 的制動氣 室，在低 附著系數(shù)路面上制動時，輪速對壓力十分敏感，壓力稍稍過大， 車輪就會抱死。為此利用 磁閥對制動壓力進行精細的調(diào)節(jié)，即用小步長增 壓或減壓，以達到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動力，也可保持行駛 的穩(wěn)定性。 題研究的內(nèi)容 本次設計主要針對防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，從防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的總體設計出發(fā)，然后具體細化出它的硬件方面的設計以及系統(tǒng)算法的設計和軟件方面的設計，其主要包括以下幾個方面： 1、對 速信號采集處理系統(tǒng)硬件進行設計 2、 速信號采集處理系統(tǒng)算法實現(xiàn) 3、對 速信號采集處理系統(tǒng)軟件進行設計 4、進行仿真實驗 第二章防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 總體設 計 動防抱死系統(tǒng)的基本組成 抱死制動系統(tǒng)的組成 制器 通常， 動壓力調(diào)節(jié)裝置及制動控制電路等組成的，如下圖。制動過程中， 不斷地從傳感器 1 和 5 獲取車 輪速度信號，并加以處理，分析是否有車輪即將抱死拖滑。 如果沒有車輪即將抱死拖滑，制動壓力調(diào)節(jié)裝置 2 不參與工作，制動主缸 7和各制動輪缸 9 相通，制動輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即 4 如果電控單元判斷出某個車輪 (假設為左前輪 )即將抱死拖滑，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關閉制動主缸與左前制動輪缸的通道，使左前制動輪缸的壓力不再增大，此即 若電控單元判斷出左前輪仍趨于抱死拖滑狀態(tài)，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動輪缸與儲液室或儲能器 (圖 中未畫出 )的通道，使左前制動輪缸中的油壓降低，此即 所示： 圖 1 速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器的作用檢測車速，給 于滑 移率控制方式。在汽車制動時，獲得汽車減速度信號。其工作原理為 :感應輪子上面固定的一個點的速度然后反饋給中控系統(tǒng)進行計算從而得出輪子的當前轉(zhuǎn)速也就是車速了。 因為汽車在高附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度大 ,在低附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度小，因而該信號送入 以對路面進行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當判定汽車行駛在雪地、結冰路等易打滑的路面上時，采取相應控制措施，以提高制動性能。多用于四輪驅(qū)動控制系統(tǒng) ,電子控制單元（ 接收輪速、車速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、制動信號、液位等信號，分析 判定 車輪制動狀態(tài)，需要時發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報警、記憶、存儲、自診斷和保護功能。轉(zhuǎn)速傳感器的產(chǎn)品圖和安裝示意圖如下圖 2、 3 所示： 5 圖 2 圖 3 動壓力調(diào)節(jié)器 制動壓力調(diào)節(jié)器是 統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器， 一般都設在制動總泵 (主 缸 )與車輪制動分泵 (輪缸 )之間。 （ 1） 作用： 根據(jù) 控制指令， 自動調(diào)節(jié)制動分泵 (輪缸 )的制動壓力。 6 （ 2）分類 ① 根 據(jù)動力來源分可以分為：氣壓式與液壓式。 氣壓式：主要用在大型客車和載重汽車上。 液壓式：主要用在小轎車和一些輕型載重汽車上。 ② 根據(jù)結構關系分可以分為：分離式與整體式。 分離式：制動壓力調(diào)節(jié)器自成一體，通過制動管路與制動總泵相連。具體的制動壓力調(diào)節(jié)器產(chǎn)品圖片如下圖 4 所示： 圖 4 抱死制動系統(tǒng)的工作原理 汽車防抱死制動系 一定的控制方法， 通過電磁閥調(diào)節(jié)輪缸制動壓力， 以獲得最高的縱向附著系數(shù)和較高的側向 附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動狀態(tài)，由此可知，車輪速度的正確檢測是防抱死制動 系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。發(fā)達國家已普遍使用 輪速信號處理的方法以硬件和軟件 的形式作為 內(nèi)對輪速信 號的處理大多存在可靠性差、輪速識別的門檻值過高的問題。 抱死控制動系統(tǒng)的控制方式 7 參數(shù)控制 雙參數(shù)控制的 車速傳感器 (測速雷達 )、輪速傳感器、控制裝置 (電腦 )和執(zhí)行機構組成。其工作原理是車速傳感器和輪速傳感器，分別將車速和輪速信號輸入電腦，由電腦計算出實際滑移率，并與理想滑移率 15%一 20%作比較，再通過電磁閥增減制動器的制動力。這種曳速傳感器常用多普勒測速雷達。當汽車行駛時，多普勒雷達天線以一定頻率不斷向地面發(fā)射電磁波，同時又接收反射回來的電磁波，測量汽車雷達 發(fā)射與接收的差值，便可以準確計算出汽車車速。而輪速傳感器裝在變速器外殼，由變速器輸出軸驅(qū)動，它是一個脈沖電機，所產(chǎn)生的頻率與輪速成正比。執(zhí)行機構由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調(diào)整制動力，以便保持理想的滑移率。 這種 抱制動性能好，但由于增加了一個測速雷達，因此結構較復雜，成本也較高。 參數(shù)控制 它以控制車輪的角減速度為對象，控制車輪的制動力，實現(xiàn)防抱死制動，其結構主要由輪速傳感器、控制器 (電腦 )及電磁閥組成。為了準確無誤地測量輪速，傳感頭與車輪齒圈間應留有 1為避免水、泥、灰塵對傳感器的影響，安裝前應將傳感器加注黃油。電磁閥用于車輪制動器的壓力調(diào)節(jié)。 對于四通道制動系統(tǒng)，一個車輪圈有一個電磁閥 ;三通道制動系統(tǒng)，每個前輪擁有一個，兩個后輪共用一個。電磁閥有三個液壓孔，分別與制動主缸與車輪制動分缸相連，并能實現(xiàn)壓力升高、壓力保持、壓力降低的調(diào)壓功能。 動系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由 8 個 2 位 2 通調(diào)壓電磁閥、1 個雙聯(lián)式電動液壓柱塞泵、 2 個儲液室、 2 個低壓儲能室、 1 個電動液壓泵和幾個單向閥等組成。電動液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信 號輸入 液壓調(diào)節(jié)閥通過管路與制動主缸和各制動輪缸相連。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖 5 示。 c 8 圖 5 液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖 1 一低壓儲能器： 2－液壓柱塞泵； 3 一電動機： 4－嘴業(yè)動土缸儲液室； 5－制動主缸： 6 一儲液室； 7 一進液電磁閥 （常開）； 8 一出液電磁閥 （常閉） 防抱死制動系統(tǒng)一般由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、 力調(diào)節(jié)器、 輪轉(zhuǎn)速傳感器一般安裝在被控車輪上面，壓力調(diào)節(jié)裝置對制動壓力進行調(diào)節(jié)可以采用流通方式或變?nèi)?方式；電子控制器主要接受車輪轉(zhuǎn)速傳感器和制動燈開關燈輸入的信號，對制動過程中被控車輪的運動狀態(tài)進行檢測，根據(jù)需要對壓力調(diào)節(jié)裝置進行，使壓力調(diào)節(jié)裝置對被控車輪的制動壓力進行保持、減少、和增大調(diào)節(jié)，并根據(jù)反饋信號修正控制指令，另外它還具有對防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行檢測的功能， 障時點亮，向駕駛員發(fā)出警告信號。具體的系統(tǒng)圖如下圖 6 所示：圖 6 抱死系統(tǒng)的制動過程 壓過程 通過真空助力器與制動主缸建立制動壓力。所有電磁閥均不通電制動壓力進入各車輪制動器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時同常規(guī)制動）， 直到電子控制單元(過計算得知車輪有抱死傾向為止。 壓過程 當 讓出液電磁閥繼續(xù)保持關閉狀態(tài)，該制動輪缸中的制動液壓被封閉而使制動壓力保持一定。 壓過程 如果在保壓階段車輪仍有抱死傾向，則 此時 （進液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導通），該制動輪缸中的部分制動液就會通過出液電磁閥流入低壓儲能室，使制動輪缸的制動壓力隨之減小。 與此同時液壓泵也開始工作，把低壓儲能室的制動液重新泵回制動主缸以補償制動踏板行程損失，此時制動踏板出現(xiàn)抖動 （有抬升或反彈感），車輪抱死程 度降低，輪速上升。 此過程結束液壓泵隨之掉電停止運行。 壓過程 10 為了達到最佳制動效果，當車輪轉(zhuǎn)速達到一定值后（與設定的門限值比較）進液電磁閥處于通流狀態(tài)，出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液就會通過進液電磁閥進入制動輪缸，該制動輪缸的制動壓力隨之增大，輪速再次被制動而下降。 通過保壓、降壓、增壓為一個循環(huán)，通常 /秒循環(huán)。 第三章 子控制 單元的組成 目前常見的是由微控制器為 序軟件組成的系統(tǒng)，主要是將獲得的數(shù)字信息計算分析判斷，并發(fā)出指令使伺服電磁閥相應動作。 源電路 電子控制單元的核心是單片機，其對供電電源的要求很高。而蓄電池的電壓 是不穩(wěn)定的，大電感用電器在斷開時會在電路中產(chǎn)生高頻振蕩電磁波，峰值可達 到 280V，同時點火電路造成的負脈沖電壓峰值可達 50～ 100V，并在電氣系統(tǒng)中以 一定頻率出現(xiàn)。因此，設計電源時必須考慮這些問題。系統(tǒng)穩(wěn)壓電源如圖 能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的 24V 電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C 80用的高穩(wěn)定電壓 電壓變換電路采用 78列集成三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓電源輸出 電流為 1003A,穩(wěn)壓系數(shù)為 紋波抑制比為 56～ 68夠較好 的滿足單片機對電壓的需求。圖 7 中， 以防止由于輸入引線較長帶來的電 感效應而產(chǎn)生的自激。 來減小由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。 11 圖 7 門狗電路 設置看門狗電路是為了防止程序運行中進入死循環(huán)，它隨時檢測中央處理器是否正常工作。當需要中央處理器工作時，任何一個模塊都可以通過中斷將其喚醒，從而使系統(tǒng)以最低功耗進行運行。內(nèi)未被觸發(fā)時，計數(shù)器將保持清零，并不級數(shù)，一單觸發(fā)信號產(chǎn)生，計數(shù)器將又開始計數(shù)， 50 納秒脈沖信號即可被檢測到。圖 8 即為本次設計的看門狗電路。 圖 8 輪制動器的選擇 12 汽車用車輪制動器分為鼓式和盤式兩種。它們的區(qū)別在于前者的摩擦副中的 旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其圓柱面為工作面；后者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為圓盤狀制 動盤，其端 面為工作表面。本系統(tǒng)選擇盤式制動器，所以僅對盤式進行纖細介紹。 鉗盤式車輪制動器 鉗盤式車輪制動器廣泛地應用在轎車和輕型貨車上。它 的優(yōu)點是散熱良好，熱衰退小，熱穩(wěn)定性好，最適于對制動性能要求高的轎車前 輪制動器。本系統(tǒng)前后輪均采用鉗盤式制動器。 鉗盤式車輪制動器分固定式制動鉗制動器與浮動式制動鉗制動器，本 系統(tǒng)選用浮動式制動鉗制動器，圖 3浮動式制動器的示意圖。它的特點是制 動鉗體在軸向處于浮動狀態(tài)，輪缸布置在制動鉗的內(nèi)側，且數(shù)目只有固定式的一 半，為單向輪缸。制動時利用內(nèi)摩擦片的反作用力推動制 動鉗體移動，使外側的 摩擦片也繼而壓緊制動盤，以產(chǎn)生制動力。它的外側無液壓件，不會產(chǎn)生氣阻， 且占據(jù)的空間也小，還可以利用內(nèi)側活塞附裝駐車制動機構。但是，其內(nèi)外摩擦 片的磨損速度不一致，內(nèi)片磨損快于外片。 根據(jù)浮動式制動鉗在其支架上滑動支乘面的形式，又可分為滑銷式和滑面式 兩種。因滑銷式制動鉗易實現(xiàn)密封潤滑，蹄盤間隙的回位能力穩(wěn)定，故本系統(tǒng)采 用滑銷式。常見的車輪制動器如下圖 9,圖 10 所示： 13 圖 9 圖 10 第四章 14 常用的輪速計算方法有三種： 法。 測速法是在稍大于規(guī)定時間 的某一時 間 內(nèi)，分別對光電碼盤輸出的脈沖個數(shù) 和高頻時鐘脈沖個數(shù) 進行計數(shù)。如圖 3 所示。于是可求出轉(zhuǎn)速 (a) 光電管輸出 (b) 放大電路輸出 (c) 整形電路輸出 15 其中， 為光電碼 盤轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖數(shù)， 為高頻時鐘脈沖的頻率。的開始的結束都應當正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，這樣就可保證檢測的精度。采用 片機時，可如圖六所示，采用一個 脈沖送至 端， 端輸出的脈沖，寬度為 ，其下降沿及上升沿均和 證在 內(nèi)包含整數(shù)個 速輸入單元 用中斷工作方式，應用適當?shù)闹袛喾粘绦?，得出時間 ， ，利用定時器 2 進行計數(shù)，再通過適當?shù)某绦蛲瓿? 法測速的功能。 16 第五章 速信號處理軟件設計 汽車防抱死制動系統(tǒng)具有其自身的特 點，除汽車本身環(huán)境差要求系統(tǒng)抗干擾 能力及可靠性高以外，一個重要的特點是控制過程要求快速，大部分系統(tǒng)的循環(huán) 都要求毫秒量級，這樣對控制算法有很大的限制，復雜的算法將無法實現(xiàn)?；?qū)? 用系統(tǒng)的硬件成本太高，而太簡單的算法不能滿足控制質(zhì)量要求。高性能的 須確保汽車在各種路況下制動時，均能使車輪獲得盡可能大的縱向制動力和防 側滑力，同時使車輪的制動力矩變化幅度盡可能小。 經(jīng)典控制理論主要以單輸入 — 單輸出的線性系統(tǒng)作為研究對象，以頻率法或 根軌跡法作為系統(tǒng)的分析和設計方法。 控制系統(tǒng)中的被控制對象是汽車的 制動 程，它是一個非線性的多輸入、輸出系統(tǒng)，很難采用以經(jīng)典控制理論為基礎的 制方法。 1936 年德國 司在 統(tǒng)所采用的控制方法是一種基于 經(jīng)驗和邏輯的控制方法，其基本原理是，首先觀察車輪的運動狀態(tài)和控制車輪制 動的控制量 (如油壓等 )之間的經(jīng)驗關系，制訂出能夠使車輪處于最佳運動狀態(tài)的 控制規(guī)則，在制動過程中，以車輪的加減速度值和參考滑移率值及其門限值來代 表車輪的運動狀態(tài)，并根據(jù)所制訂的經(jīng)驗控制規(guī)則來確定控制車輪制動的控制量 的大小，達到控制車輪運動狀態(tài)的目的。 除 了基于車輪加減速度門限值的控制方法外，還有一種基于經(jīng)典控制理論的 制方法。 用于 制系統(tǒng)的 制方法并不是通過建立被控對象的數(shù)學 模型來進行控制的，它也是一種基于經(jīng)驗的控制方式。 制方法以滑移率作為 控制目標，直接得出控制量和控制目標的偏差之間的關系。但 制方法在控 制中需要得到實際的車速信號，車速信號的獲得從目前看還是比較困難的。 現(xiàn)代控制理論能夠利用狀態(tài)空間方法， 通過建立被控對象模型來解決復雜的多 輸入 — 多輸出系統(tǒng)控制問題。 制方法也出現(xiàn)了基于建 立制動過程模型的現(xiàn) 代理論控制方法。最具有代表性的是最優(yōu)控制方法?；驹硎牵o出制動過程 的數(shù)學模型和一個最優(yōu)性能指標， 17 找出一個最優(yōu)控制函數(shù)使系統(tǒng)由初始狀態(tài)到終 止狀態(tài)的過程中性能指標為最小。現(xiàn)代控制理論對被控對象進行控制，要求建立 精確的線性數(shù)學模型。而汽車的制動過程是一個非線性的系統(tǒng)。應用最優(yōu)控制方 法等現(xiàn)代控制理論方法作為 制方法，描述制動過程精確的數(shù)學模型難于建 立，并且控制算法復雜，應用起來有一定的局限性。 滑?？刂剖亲兘Y構系統(tǒng)的特殊情況， 變結構控制是狀態(tài)變量在不同的控制區(qū)域 中采用 不同的控制率，滑模控制方式則是將控制切換開關定義在滑模表面上，一 是狀態(tài)到達滑模表面上，狀態(tài)將保持在它上面 ;二是滑向狀態(tài)的平衡零點，引入開 關函數(shù)，滑模在滑模表面上切換，這時與系統(tǒng)的干擾、系統(tǒng)參數(shù)不確定性無關。 根據(jù)現(xiàn)代控制理論對汽車電子防抱制動的控制， 可以提出多種先進的優(yōu)化控制 方案，如“ 制方式”、“最優(yōu)化控制方式”和“滑模變結構控制方式”等。 根據(jù)對其控制模型的計算分析表明，這些控制方式來實現(xiàn) 統(tǒng)，將具有極其 優(yōu)異的防抱制動性能。然而，為了獲取數(shù)學模型中所需的相關控制參數(shù)及狀態(tài)變 量，均需準確實時地確定車體的運動速度。汽車在運動過程中，車速與輪速并不 相等，通過輪速間接求取車速，在準確性和實時性上都不能滿足這些控制方式的 要求。目前，能夠滿足要求的車速傳感器 (如多卜勒雷達等 )由于成本太高而不能 采用。另外，實現(xiàn)這些控制方案的電伺服機構也比較復雜。因而，品實際應 用上述方案的不多。 速信號中斷處理流程圖的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)速信號中斷處理流程圖如下圖 11 所示： 18 圖 11 通道處理程序流程的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)各通道處理程序流程圖如下圖 12 所示： 19 圖 12 第六章 本次設計的題目是防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，利用 1） 由 3 所示： 20 圖 13 2） 由 4 所示： 圖 14 仿真曲線的對比如下圖 15 所示： 21 圖 15 22 結 論 至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在 學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己還是一名學生，需要學習的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做 了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學學習取得的一點點成果。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 經(jīng)過此次畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學習和補充，這樣，在以后的工作中才能夠克服種種困難，取得一定的成就。 23 致 謝 寫到這里，這次畢業(yè)設計總算快要完成了，通過幾個月的努力和時間的 付出，總算有了這么一點點成就，覺得挺自豪的，同時也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學校學習的知識還遠遠不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導師和同學們的指導和幫助，然后自己查找相關書籍和資料，總算有了論文的初步構思，然后通過這幾個月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了。我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學 的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 24 參考文獻 [1] 鄭淑芳 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 研究與探討 北京：科學出版社， 2] 黃長藝 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社， 3] 周宏甫 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新設計 4] 姜繼海，宋錦春，高常識 . 防抱 死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 工作原理 5] 張春林，曲繼方，張美麟 機械工業(yè)出版社， 6] 錢平 . 加工專機應用技術 機械工業(yè)出版社， 7] 張遼遠 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn) . 機械工業(yè)出版社， 8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010 版本 [9] 黃長藝，嚴普強 機械工業(yè)出版社， 10] 張桓，陳作模 高等教育出版社， 11] 王昆，何 小柏，汪信遠 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 原理 12] 徐錦康 高等教育出版社， 13] 鄧星鐘 華中科技大學出版社， 14] 劉延俊 機械工業(yè)出版社， 15] 章宏甲，黃誼，王積偉 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的逆向設計 16] 胡泓，姚伯威 北京：國防工業(yè)出版社，17] 陳鐵鳴 防抱死制動系統(tǒng)輪速信 號采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新 . 高等教育出版社， 18] 孫靖民 機械工業(yè)出版社， 19] 王勇領 北京 :清華大學出版社， 20]of a 本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計 系 別 機電工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 年級 指導教師 二 O 一五年十二月十七日 目錄 摘要 .............................................................. I ........................................................ 一章 緒論 ........................................................ 1 抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 .............................. 1 題研究的內(nèi)容 .............................................. 2 第二章防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 總體設計 ................. 4 動防抱死系統(tǒng)的基本組成 .................................... 5 抱死制動系統(tǒng)的組成 .................................... 7 制器 .............................................. 9 速傳感器 ......................................... 10 動壓力調(diào)節(jié)器 ..................................... 10 抱死制動系統(tǒng)的工作原理 .............................. 12 抱死控制動系統(tǒng)的控制方式 ................................. 12 參數(shù)控制 ............................................ 13 參數(shù)控制 ............................................ 13 動系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 ....................................... 13 抱死系統(tǒng)的制動過程 ....................................... 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 壓過程 .............................................. 14 第三章 速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 ........................ 15 子控制單元的組成 ......................................... 16 源電路 ................................................... 17 門狗電路 ................................................. 17 輪制動器的選擇 ........................................... 18 第四章 速信號采集處理系統(tǒng)的算法實現(xiàn) ........................ 20 第五章 速信號采集處理系統(tǒng)的硬件設計 ........................ 21 速信號處理軟件設計 ....................................... 22 速信號中斷處理流程圖的確定 ............................... 23 通道處理程序流程的確定 ................................... 24 第六章 速信號采集處理系統(tǒng)的仿真設計 ........................ 25 結論 ............................................................. 26 致謝 ............................................................. 27 參考文獻 ......................................................... 28 I 摘 要 本文介紹了防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展及分類，解釋了系統(tǒng)基本組成與其工作原理，擬設計了汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的硬件和軟件，提出了一種 速采集的算法，并對該算法的實時性進行了分析；通過仿真試驗，證明了硬件設計和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性，通過本次的關于防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，希望能對以后的關于汽車輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計起到一定的參考作用和價值。 關鍵詞： 防抱死制動系統(tǒng)；基本組成； 考； II is a to do to a to or It BS in to in to in is of 1 第一章 緒論 汽車防抱死制動系統(tǒng) (制的核心部分是電子控制單元 (個車輪速度信號計算得到 4個輪速 ,在此基礎上 ,進一步計算車輪的加減速度 ,估算汽車車身速度 ,從而得到滑移率 ,進行路面識別等。把這些信號加以分析后 ,從而實現(xiàn)其對制動壓力的調(diào)節(jié)。因此 ,準確的車輪速信號的取得是 效控制的前提和關鍵。本文設計了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時測量還是高速時測量 ,都有比較好的測量精度和實時性?；?處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動系統(tǒng)具有實時性好、可靠性高等特點 ,能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動性能。 抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 置最早應用在飛機和火車上，而在汽車上的應用比較晚。鐵路機車在 制動時如果制動強度過大，車輪就會很容易抱死在平滑的軌道上滑行。由于車輪 和軌道的摩擦，就會在車輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車輪就不能 平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動。 1908 年英國工程師 J. E. 出了“鐵路 車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的 30 年中，包括 “剎車力控制器”、 “液壓剎車安全裝置”與 “車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在 1941 年出版的《汽車科技手 冊》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未 成功，當這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑” ，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等 30 年之久。首先該裝置需要一套系統(tǒng)實 時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成 電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應！等到 統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導體技術有了初步規(guī)模的 1960 年代早期。 精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司 世）研發(fā) 統(tǒng)的起源要追溯到 1936 年，當年 請“機動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。 1964 年（也是集成電路誕生的一年） 司再度開始 研發(fā)計劃，最后有了“通過電子 裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結論，這是 名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 型機于 1966 年出現(xiàn)，向世人證明 “縮短剎車距離”并非不可能完成 2 的任務。因為投入的資金過于龐大， 司從 1970 年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機 —— ，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過 1000 個，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。 1973 年 司購得 50％的 司股權及 域的研發(fā)成 果， 1975 年 統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托 ”在 3 年的努力后誕生！有別于 用模擬式電子組件， 統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進行設計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000 個銳減到 140 個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu) 勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬 于 1978 年底決定將 項高科技系統(tǒng)裝置在 系列車款上。 在誕生的前 3 年中 統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從 1978 到 1980年底， 24000 套 統(tǒng)。 所幸第二年即成長到 76000套。受到市場上的正面響應， 跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。 1983年推出的 S 系統(tǒng)重量由 斤減輕到 斤，控制組件也減少到 70個。到了 1985 年代中期，全球新出廠車輛安裝 統(tǒng)的比例首次超過 1％，通用車 廠也決定把 為旗下主力雪佛蘭車系的標準配備。 也反映了現(xiàn)代汽車制動系向電子化方向發(fā)展?；诨坡实目刂扑惴ㄈ菀讓崿F(xiàn)連 續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實現(xiàn)的 成本問題。隨著體積更小、價格更便宜、可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)， 統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑移率將變得準確而快速。全電制動控制系統(tǒng) 未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動系統(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，縮短制動反應時間，維護簡單，易于改進，為未來的車輛智能控制提供條件。但是，它還有不少問題需要解決，如驅(qū)動能源問題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。目前電制動系統(tǒng)首先用在混合動力制動系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。 防滑控制系統(tǒng)防滑控制系統(tǒng) 稱 為牽引力控制系統(tǒng) 驅(qū)動時防止車輪打滑，使車 輪獲得最大限度的驅(qū) 動力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動機的功耗， 3 增加有效的驅(qū)動牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分 :制動防滑與發(fā)動機牽引力控 制。制動部分是當驅(qū)動輪 (后輪 )在低附著系數(shù)路面工作時，由于驅(qū)動力過大，則產(chǎn)生打滑，當 過傳感器將非驅(qū)動輪及驅(qū)動輪的輪速信號 采集到控制器中， 控制器根據(jù)輪速信號計算出驅(qū)動車輪滑移率及車輪減、加速度，當滑移率或減、加速度超過某一設定閥值時，則控制器打開開關閥，氣壓由儲氣 筒直接進入 制動氣室進行制動，由于三通單向閥的作用氣壓只能進入打滑驅(qū)動輪 的制動氣 室，在低 附著系數(shù)路面上制動時，輪速對壓力十分敏感，壓力稍稍過大， 車輪就會抱死。為此利用 磁閥對制動壓力進行精細的調(diào)節(jié)，即用小步長增 壓或減壓，以達到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動力，也可保持行駛 的穩(wěn)定性。 題研究的內(nèi)容 本次設計主要針對防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，從防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的總體設計出發(fā)，然后具體細化出它的硬件方面的設計以及系統(tǒng)算法的設計和軟件方面的設計，其主要包括以下幾個方面： 1、對 速信號采集處理系統(tǒng)硬件進行設計 2、 速信號采集處理系統(tǒng)算法實現(xiàn) 3、對 速信號采集處理系統(tǒng)軟件進行設計 4、進行仿真實驗 第二章防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 總體設 計 動防抱死系統(tǒng)的基本組成 抱死制動系統(tǒng)的組成 制器 通常， 動壓力調(diào)節(jié)裝置及制動控制電路等組成的，如下圖。制動過程中， 不斷地從傳感器 1 和 5 獲取車 輪速度信號，并加以處理，分析是否有車輪即將抱死拖滑。 如果沒有車輪即將抱死拖滑，制動壓力調(diào)節(jié)裝置 2 不參與工作，制動主缸 7和各制動輪缸 9 相通，制動輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即 4 如果電控單元判斷出某個車輪 (假設為左前輪 )即將抱死拖滑，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關閉制動主缸與左前制動輪缸的通道，使左前制動輪缸的壓力不再增大，此即 若電控單元判斷出左前輪仍趨于抱死拖滑狀態(tài)，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動輪缸與儲液室或儲能器 (圖 中未畫出 )的通道，使左前制動輪缸中的油壓降低，此即 所示： 圖 1 速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器的作用檢測車速，給 于滑 移率控制方式。在汽車制動時，獲得汽車減速度信號。其工作原理為 :感應輪子上面固定的一個點的速度然后反饋給中控系統(tǒng)進行計算從而得出輪子的當前轉(zhuǎn)速也就是車速了。 因為汽車在高附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度大 ,在低附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度小，因而該信號送入 以對路面進行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當判定汽車行駛在雪地、結冰路等易打滑的路面上時，采取相應控制措施，以提高制動性能。多用于四輪驅(qū)動控制系統(tǒng) ,電子控制單元（ 接收輪速、車速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、制動信號、液位等信號，分析 判定 車輪制動狀態(tài)，需要時發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報警、記憶、存儲、自診斷和保護功能。轉(zhuǎn)速傳感器的產(chǎn)品圖和安裝示意圖如下圖 2、 3 所示： 5 圖 2 圖 3 動壓力調(diào)節(jié)器 制動壓力調(diào)節(jié)器是 統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器， 一般都設在制動總泵 (主 缸 )與車輪制動分泵 (輪缸 )之間。 （ 1） 作用： 根據(jù) 控制指令， 自動調(diào)節(jié)制動分泵 (輪缸 )的制動壓力。 6 （ 2）分類 ① 根 據(jù)動力來源分可以分為：氣壓式與液壓式。 氣壓式：主要用在大型客車和載重汽車上。 液壓式：主要用在小轎車和一些輕型載重汽車上。 ② 根據(jù)結構關系分可以分為：分離式與整體式。 分離式：制動壓力調(diào)節(jié)器自成一體，通過制動管路與制動總泵相連。具體的制動壓力調(diào)節(jié)器產(chǎn)品圖片如下圖 4 所示： 圖 4 抱死制動系統(tǒng)的工作原理 汽車防抱死制動系 一定的控制方法， 通過電磁閥調(diào)節(jié)輪缸制動壓力， 以獲得最高的縱向附著系數(shù)和較高的側向 附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動狀態(tài)，由此可知，車輪速度的正確檢測是防抱死制動 系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。發(fā)達國家已普遍使用 輪速信號處理的方法以硬件和軟件 的形式作為 內(nèi)對輪速信 號的處理大多存在可靠性差、輪速識別的門檻值過高的問題。 抱死控制動系統(tǒng)的控制方式 7 參數(shù)控制 雙參數(shù)控制的 車速傳感器 (測速雷達 )、輪速傳感器、控制裝置 (電腦 )和執(zhí)行機構組成。其工作原理是車速傳感器和輪速傳感器，分別將車速和輪速信號輸入電腦，由電腦計算出實際滑移率，并與理想滑移率 15%一 20%作比較，再通過電磁閥增減制動器的制動力。這種曳速傳感器常用多普勒測速雷達。當汽車行駛時，多普勒雷達天線以一定頻率不斷向地面發(fā)射電磁波，同時又接收反射回來的電磁波，測量汽車雷達 發(fā)射與接收的差值，便可以準確計算出汽車車速。而輪速傳感器裝在變速器外殼，由變速器輸出軸驅(qū)動，它是一個脈沖電機，所產(chǎn)生的頻率與輪速成正比。執(zhí)行機構由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調(diào)整制動力，以便保持理想的滑移率。 這種 抱制動性能好，但由于增加了一個測速雷達，因此結構較復雜，成本也較高。 參數(shù)控制 它以控制車輪的角減速度為對象，控制車輪的制動力，實現(xiàn)防抱死制動，其結構主要由輪速傳感器、控制器 (電腦 )及電磁閥組成。為了準確無誤地測量輪速，傳感頭與車輪齒圈間應留有 1為避免水、泥、灰塵對傳感器的影響，安裝前應將傳感器加注黃油。電磁閥用于車輪制動器的壓力調(diào)節(jié)。 對于四通道制動系統(tǒng)，一個車輪圈有一個電磁閥 ;三通道制動系統(tǒng)，每個前輪擁有一個，兩個后輪共用一個。電磁閥有三個液壓孔，分別與制動主缸與車輪制動分缸相連，并能實現(xiàn)壓力升高、壓力保持、壓力降低的調(diào)壓功能。 動系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由 8 個 2 位 2 通調(diào)壓電磁閥、1 個雙聯(lián)式電動液壓柱塞泵、 2 個儲液室、 2 個低壓儲能室、 1 個電動液壓泵和幾個單向閥等組成。電動液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信 號輸入 液壓調(diào)節(jié)閥通過管路與制動主缸和各制動輪缸相連。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖 5 示。 c 8 圖 5 液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖 1 一低壓儲能器： 2－液壓柱塞泵； 3 一電動機： 4－嘴業(yè)動土缸儲液室； 5－制動主缸： 6 一儲液室； 7 一進液電磁閥 （常開）； 8 一出液電磁閥 （常閉） 防抱死制動系統(tǒng)一般由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、 力調(diào)節(jié)器、 輪轉(zhuǎn)速傳感器一般安裝在被控車輪上面，壓力調(diào)節(jié)裝置對制動壓力進行調(diào)節(jié)可以采用流通方式或變?nèi)?方式；電子控制器主要接受車輪轉(zhuǎn)速傳感器和制動燈開關燈輸入的信號，對制動過程中被控車輪的運動狀態(tài)進行檢測，根據(jù)需要對壓力調(diào)節(jié)裝置進行，使壓力調(diào)節(jié)裝置對被控車輪的制動壓力進行保持、減少、和增大調(diào)節(jié)，并根據(jù)反饋信號修正控制指令，另外它還具有對防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行檢測的功能， 障時點亮，向駕駛員發(fā)出警告信號。具體的系統(tǒng)圖如下圖 6 所示：圖 6 抱死系統(tǒng)的制動過程 壓過程 通過真空助力器與制動主缸建立制動壓力。所有電磁閥均不通電制動壓力進入各車輪制動器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時同常規(guī)制動）， 直到電子控制單元(過計算得知車輪有抱死傾向為止。 壓過程 當 讓出液電磁閥繼續(xù)保持關閉狀態(tài)，該制動輪缸中的制動液壓被封閉而使制動壓力保持一定。 壓過程 如果在保壓階段車輪仍有抱死傾向，則 此時 （進液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導通），該制動輪缸中的部分制動液就會通過出液電磁閥流入低壓儲能室，使制動輪缸的制動壓力隨之減小。 與此同時液壓泵也開始工作，把低壓儲能室的制動液重新泵回制動主缸以補償制動踏板行程損失，此時制動踏板出現(xiàn)抖動 （有抬升或反彈感），車輪抱死程 度降低，輪速上升。 此過程結束液壓泵隨之掉電停止運行。 壓過程 10 為了達到最佳制動效果，當車輪轉(zhuǎn)速達到一定值后（與設定的門限值比較）進液電磁閥處于通流狀態(tài)，出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液就會通過進液電磁閥進入制動輪缸，該制動輪缸的制動壓力隨之增大，輪速再次被制動而下降。 通過保壓、降壓、增壓為一個循環(huán)，通常 /秒循環(huán)。 第三章 子控制 單元的組成 目前常見的是由微控制器為 序軟件組成的系統(tǒng)，主要是將獲得的數(shù)字信息計算分析判斷，并發(fā)出指令使伺服電磁閥相應動作。 源電路 電子控制單元的核心是單片機，其對供電電源的要求很高。而蓄電池的電壓 是不穩(wěn)定的，大電感用電器在斷開時會在電路中產(chǎn)生高頻振蕩電磁波，峰值可達 到 280V，同時點火電路造成的負脈沖電壓峰值可達 50～ 100V，并在電氣系統(tǒng)中以 一定頻率出現(xiàn)。因此，設計電源時必須考慮這些問題。系統(tǒng)穩(wěn)壓電源如圖 能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的 24V 電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C 80用的高穩(wěn)定電壓 電壓變換電路采用 78列集成三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓電源輸出 電流為 1003A,穩(wěn)壓系數(shù)為 紋波抑制比為 56～ 68夠較好 的滿足單片機對電壓的需求。圖 7 中， 以防止由于輸入引線較長帶來的電 感效應而產(chǎn)生的自激。 來減小由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。 11 圖 7 門狗電路 設置看門狗電路是為了防止程序運行中進入死循環(huán)，它隨時檢測中央處理器是否正常工作。當需要中央處理器工作時，任何一個模塊都可以通過中斷將其喚醒，從而使系統(tǒng)以最低功耗進行運行。內(nèi)未被觸發(fā)時，計數(shù)器將保持清零，并不級數(shù)，一單觸發(fā)信號產(chǎn)生，計數(shù)器將又開始計數(shù)， 50 納秒脈沖信號即可被檢測到。圖 8 即為本次設計的看門狗電路。 圖 8 輪制動器的選擇 12 汽車用車輪制動器分為鼓式和盤式兩種。它們的區(qū)別在于前者的摩擦副中的 旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其圓柱面為工作面；后者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為圓盤狀制 動盤，其端 面為工作表面。本系統(tǒng)選擇盤式制動器，所以僅對盤式進行纖細介紹。 鉗盤式車輪制動器 鉗盤式車輪制動器廣泛地應用在轎車和輕型貨車上。它 的優(yōu)點是散熱良好，熱衰退小，熱穩(wěn)定性好，最適于對制動性能要求高的轎車前 輪制動器。本系統(tǒng)前后輪均采用鉗盤式制動器。 鉗盤式車輪制動器分固定式制動鉗制動器與浮動式制動鉗制動器，本 系統(tǒng)選用浮動式制動鉗制動器，圖 3浮動式制動器的示意圖。它的特點是制 動鉗體在軸向處于浮動狀態(tài)，輪缸布置在制動鉗的內(nèi)側，且數(shù)目只有固定式的一 半，為單向輪缸。制動時利用內(nèi)摩擦片的反作用力推動制 動鉗體移動，使外側的 摩擦片也繼而壓緊制動盤，以產(chǎn)生制動力。它的外側無液壓件，不會產(chǎn)生氣阻， 且占據(jù)的空間也小，還可以利用內(nèi)側活塞附裝駐車制動機構。但是，其內(nèi)外摩擦 片的磨損速度不一致，內(nèi)片磨損快于外片。 根據(jù)浮動式制動鉗在其支架上滑動支乘面的形式，又可分為滑銷式和滑面式 兩種。因滑銷式制動鉗易實現(xiàn)密封潤滑，蹄盤間隙的回位能力穩(wěn)定，故本系統(tǒng)采 用滑銷式。常見的車輪制動器如下圖 9,圖 10 所示： 13 圖 9 圖 10 第四章 14 常用的輪速計算方法有三種： 法。 測速法是在稍大于規(guī)定時間 的某一時 間 內(nèi)，分別對光電碼盤輸出的脈沖個數(shù) 和高頻時鐘脈沖個數(shù) 進行計數(shù)。如圖 3 所示。于是可求出轉(zhuǎn)速 (a) 光電管輸出 (b) 放大電路輸出 (c) 整形電路輸出 15 其中， 為光電碼 盤轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖數(shù)， 為高頻時鐘脈沖的頻率。的開始的結束都應當正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，這樣就可保證檢測的精度。采用 片機時，可如圖六所示，采用一個 脈沖送至 端， 端輸出的脈沖，寬度為 ，其下降沿及上升沿均和 證在 內(nèi)包含整數(shù)個 速輸入單元 用中斷工作方式，應用適當?shù)闹袛喾粘绦?，得出時間 ， ，利用定時器 2 進行計數(shù)，再通過適當?shù)某绦蛲瓿? 法測速的功能。 16 第五章 速信號處理軟件設計 汽車防抱死制動系統(tǒng)具有其自身的特 點，除汽車本身環(huán)境差要求系統(tǒng)抗干擾 能力及可靠性高以外，一個重要的特點是控制過程要求快速，大部分系統(tǒng)的循環(huán) 都要求毫秒量級，這樣對控制算法有很大的限制，復雜的算法將無法實現(xiàn)?；?qū)? 用系統(tǒng)的硬件成本太高，而太簡單的算法不能滿足控制質(zhì)量要求。高性能的 須確保汽車在各種路況下制動時，均能使車輪獲得盡可能大的縱向制動力和防 側滑力，同時使車輪的制動力矩變化幅度盡可能小。 經(jīng)典控制理論主要以單輸入 — 單輸出的線性系統(tǒng)作為研究對象，以頻率法或 根軌跡法作為系統(tǒng)的分析和設計方法。 控制系統(tǒng)中的被控制對象是汽車的 制動 程，它是一個非線性的多輸入、輸出系統(tǒng)，很難采用以經(jīng)典控制理論為基礎的 制方法。 1936 年德國 司在 統(tǒng)所采用的控制方法是一種基于 經(jīng)驗和邏輯的控制方法，其基本原理是，首先觀察車輪的運動狀態(tài)和控制車輪制 動的控制量 (如油壓等 )之間的經(jīng)驗關系，制訂出能夠使車輪處于最佳運動狀態(tài)的 控制規(guī)則，在制動過程中，以車輪的加減速度值和參考滑移率值及其門限值來代 表車輪的運動狀態(tài)，并根據(jù)所制訂的經(jīng)驗控制規(guī)則來確定控制車輪制動的控制量 的大小，達到控制車輪運動狀態(tài)的目的。 除 了基于車輪加減速度門限值的控制方法外，還有一種基于經(jīng)典控制理論的 制方法。 用于 制系統(tǒng)的 制方法并不是通過建立被控對象的數(shù)學 模型來進行控制的，它也是一種基于經(jīng)驗的控制方式。 制方法以滑移率作為 控制目標，直接得出控制量和控制目標的偏差之間的關系。但 制方法在控 制中需要得到實際的車速信號，車速信號的獲得從目前看還是比較困難的。 現(xiàn)代控制理論能夠利用狀態(tài)空間方法， 通過建立被控對象模型來解決復雜的多 輸入 — 多輸出系統(tǒng)控制問題。 制方法也出現(xiàn)了基于建 立制動過程模型的現(xiàn) 代理論控制方法。最具有代表性的是最優(yōu)控制方法。基本原理是，給出制動過程 的數(shù)學模型和一個最優(yōu)性能指標， 17 找出一個最優(yōu)控制函數(shù)使系統(tǒng)由初始狀態(tài)到終 止狀態(tài)的過程中性能指標為最小?，F(xiàn)代控制理論對被控對象進行控制，要求建立 精確的線性數(shù)學模型。而汽車的制動過程是一個非線性的系統(tǒng)。應用最優(yōu)控制方 法等現(xiàn)代控制理論方法作為 制方法，描述制動過程精確的數(shù)學模型難于建 立，并且控制算法復雜，應用起來有一定的局限性。 滑模控制是變結構系統(tǒng)的特殊情況， 變結構控制是狀態(tài)變量在不同的控制區(qū)域 中采用 不同的控制率，滑模控制方式則是將控制切換開關定義在滑模表面上，一 是狀態(tài)到達滑模表面上，狀態(tài)將保持在它上面 ;二是滑向狀態(tài)的平衡零點，引入開 關函數(shù)，滑模在滑模表面上切換，這時與系統(tǒng)的干擾、系統(tǒng)參數(shù)不確定性無關。 根據(jù)現(xiàn)代控制理論對汽車電子防抱制動的控制， 可以提出多種先進的優(yōu)化控制 方案，如“ 制方式”、“最優(yōu)化控制方式”和“滑模變結構控制方式”等。 根據(jù)對其控制模型的計算分析表明，這些控制方式來實現(xiàn) 統(tǒng)，將具有極其 優(yōu)異的防抱制動性能。然而，為了獲取數(shù)學模型中所需的相關控制參數(shù)及狀態(tài)變 量，均需準確實時地確定車體的運動速度。汽車在運動過程中，車速與輪速并不 相等，通過輪速間接求取車速，在準確性和實時性上都不能滿足這些控制方式的 要求。目前，能夠滿足要求的車速傳感器 (如多卜勒雷達等 )由于成本太高而不能 采用。另外，實現(xiàn)這些控制方案的電伺服機構也比較復雜。因而，品實際應 用上述方案的不多。 速信號中斷處理流程圖的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)速信號中斷處理流程圖如下圖 11 所示： 18 圖 11 通道處理程序流程的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)各通道處理程序流程圖如下圖 12 所示： 19 圖 12 第六章 本次設計的題目是防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計，利用 1） 由 3 所示： 20 圖 13 2） 由 4 所示： 圖 14 仿真曲線的對比如下圖 15 所示： 21 圖 15 22 結 論 至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在 學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了，我懂得了很多，也成熟了很多，知道自己還是一名學生，需要學習的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng)的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做 了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學學習取得的一點點成果。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 經(jīng)過此次畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學習和補充，這樣，在以后的工作中才能夠克服種種困難，取得一定的成就。 23 致 謝 寫到這里，這次畢業(yè)設計總算快要完成了，通過幾個月的努力和時間的 付出，總算有了這么一點點成就，覺得挺自豪的，同時也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學校學習的知識還遠遠不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導師和同學們的指導和幫助，然后自己查找相關書籍和資料，總算有了論文的初步構思，然后通過這幾個月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了。我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學 的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 24 參考文獻 [1] 鄭淑芳 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 研究與探討 北京：科學出版社， 2] 黃長藝 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社， 3] 周宏甫 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新設計 4] 姜繼海，宋錦春，高常識 . 防抱 死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 工作原理 5] 張春林，曲繼方，張美麟 機械工業(yè)出版社， 6] 錢平 . 加工專機應用技術 機械工業(yè)出版社， 7] 張遼遠 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn) . 機械工業(yè)出版社， 8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010 版本 [9] 黃長藝，嚴普強 機械工業(yè)出版社， 10] 張桓，陳作模 高等教育出版社， 11] 王昆，何 小柏，汪信遠 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 原理 12] 徐錦康 高等教育出版社， 13] 鄧星鐘 華中科技大學出版社， 14] 劉延俊 機械工業(yè)出版社， 15] 章宏甲，黃誼，王積偉 . 防抱死制動系統(tǒng)輪速信號采集處理系統(tǒng) 的逆向設計 16] 胡泓，姚伯威 北京：國防工業(yè)出版社，17] 陳鐵鳴 防抱死制動系統(tǒng)輪速信 號采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新 . 高等教育出版社， 18] 孫靖民 機械工業(yè)出版社， 19] 王勇領 北京 :清華大學出版社， 20]of a