汽車ABS電控系統(tǒng)設(shè)計

1、 研究生課程考試答題冊得分：考試課程 汽車電子及電氣傳動技術(shù) 題 目 汽車ABS電控系統(tǒng)設(shè)計 姓 名 學 號 學 院 指導老師 西北工業(yè)大學研究生院汽車ABS電控系統(tǒng)設(shè)計1 汽車要安裝ABS的必要性 1. 汽車的制動過程1.1汽車的制動性： 汽車制動性：汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力。制動性評價指標：制動效能，制動距離與制動減速度；制動效能的恒定性，抗熱衰退性能；制動時汽車的方向穩(wěn)定性，制動時汽車不發(fā)生跑偏、測滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。1.2汽車制動時的運動 1.2.1 制動時汽車受力分析  汽車在制動的過程中主要受

2、到地面給汽車的作用力、風的阻力和自身重力的作用。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖(1-1)所示。其中Fx為地面作用在每個車輪上的地面制動力，其大小取決于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。Fy為地面作用在每個車輪上的側(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)和車輪所受的載荷，當車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動時，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖1-1(a)所示。若汽車在轉(zhuǎn)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖1-1 (b)所示。圖

3、1.1汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時的平面受力簡圖 汽車單車輪在良好的硬路面上制動時受力狀況如圖(1-2)所示。圖中Tµ是制動器制動盤與制動鉗之間的摩擦力矩；Fxb是輪胎與地面之間作用的地面制動力；G是汽車車體作用于車輪的垂直載荷；Ft是車軸作用于車輪的推力；N是地面對車輪的法向反作用力；是車體速度；是車輪轉(zhuǎn)動角速度；r是車輪半徑。圖1-2 單個車輪在制動時的受力分析Tu車輪制動器中摩擦片與制動鼓相對滑動時的摩擦力矩，單位N.m。Fxb是地面制動力W是車輪垂直載荷。Tp是車軸對車輪的推力。Fz是地面對車輪的法向反作用力 圖1-3 路面制動力、制動器制動力及路面附著

4、力之間的關(guān)系 從圖中可見，當制動管路壓力P或制動踏板力Fp較小，未達到某一極限值時，制動器摩擦力矩不大，路面與輪胎間的摩擦力(路面制動力)足以克服制動器摩擦力矩而使車輪轉(zhuǎn)動，此時路面制動力的值與制動器制動力的值相等，且隨制動踏板力的增長成正比地增長。當制動系管路壓力P上升到某一足夠大的值時，路面制動力達到路面最大附著力，汽車車輪即抱死停轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象，且路面制動力路面附著力之間的關(guān)系動力不再增加，但制動器制動力隨著制動踏板力或制動系統(tǒng)壓力的增加而繼續(xù)增大。  由此可知，汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受地面附著條件的限制。只有當汽車具有足夠的制動器制動力，同時又能提

5、供高的附著力時，才能獲得足夠的路面制動力，保證較高的制動效果。 1.2.2 滑移率定義  如果制動系制動力小于輪胎一道路附著力，則汽車制動時會保持穩(wěn)定狀態(tài)；反之，如果制動系制動力大于輪胎一道路附著力，則汽車制動時會出現(xiàn)車輪抱死和滑移。由于地面制動力受地面附著系數(shù)的制約，當制動器產(chǎn)生的制動系制動力增大到一定值(大于附著力)時，汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移?；扑俣?實際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差值)與實際車速的比值，即滑移率。 滑移率S的定義式為:         

6、;                           （1-1）式中 S滑移率； V汽車的理論速度或車輪中心的速度(m/s)； 汽車車輪的角速度(rad/s)； r汽車車輪的滾動半徑(m)。  由上式可知:當車輪中心的速度(即汽車的實際車速)Vt等于車輪的角速度和車輪滾動半徑r乘積時，滑移率為零(

7、S=0)，車輪為純滾動；當=0時，S=100%，車輪完全抱死而作純滑動；當0<S<100%時，車輪既滾動又滑動。1.2.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系  圖1-4給出車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。從圖中可以看出，如果能將車輪滑移率控制在15%30%的范圍內(nèi)，則既可以使縱向附著系數(shù)接近峰值，同時又可以兼顧到較大的側(cè)向附著系數(shù)。這樣，汽車就能獲得最佳的制動效能和方向穩(wěn)定性。 圖1-4 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系曲線    圖1-5 不同路面縱向橫向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線  圖(1-5

8、)給出了不同類型路面上滑移率與附著系數(shù)之間的關(guān)系。由圖(1-5)可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢是一致的?；坡屎透街禂?shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會不一樣，并且對應(yīng)不同路面類型的滑移率一縱向附著系數(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0.80.9，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至0.10.2。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標和策略。若汽車在同一種類型路面上制動

9、時的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會略有不同，制動時的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。1.3 汽車車輪抱死時運動情況  車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變的很小，這將使汽車制動時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，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。對ABS系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動兩方面簡單討論一下當車輪抱死時汽車的運動情況。 圖1-6 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況      汽車在一種路面上直線運動制動車輪抱

10、死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖1-6所示。圖1-6(a)為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作。駕駛員無法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來避讓前方的障礙物，這時由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來維持方向穩(wěn)定性。圖1-6(b)為只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。汽車不能保持原來的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運動叫外旋轉(zhuǎn))。圖1-6(c)為前后車輪全部抱死時時轉(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、左右輪地面制動力不相等時，即使對汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)

11、力矩，汽車就會產(chǎn)生不規(guī)則運動而處于危險狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動釋放，汽車就會沿著瞬時行駛方向急速駛出，這也是很危險的。  從上面對出現(xiàn)這些危險運動情況的簡單分析可以看出，制動時車輪抱死導致汽車出現(xiàn)各種危險運動情況，實質(zhì)上是汽車因失去相應(yīng)的維持本身方向穩(wěn)定性方向操縱性的側(cè)滑摩擦力而使汽車出現(xiàn)這些運動情況，即車輪抱死導致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。車輪的抱死程度和汽車的地面制動力及汽車的側(cè)滑摩擦力之間存在一定的關(guān)系，ABS之所以能防止汽車制動時出現(xiàn)危險的運動情況，就是根據(jù)這個關(guān)系來調(diào)整車輪的運動狀態(tài)。2 汽車ABS系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 防抱死系統(tǒng)的基本組成 ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子

12、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(2-1)所示。傳感器一般安裝在車輪上以測量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時ECU接收傳感器送來的車輪信號，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)各個車輪的速度來決定對各個車輪的制動液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號給各個車輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號后對車輪分泵的壓力進行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運動情況，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)行機構(gòu)。  輪速傳感器是汽車輪速的檢測元

13、件，它能產(chǎn)生頻率與車輪速度成正比的近似正弦電信號，ABS控制單元根據(jù)處理后的信號計算車輪速度。電子控制單元是整個防抱死制動系統(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，通過計算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動壓力。定性的來說，就是當車輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時，ECU就輸出一個控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，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)，實現(xiàn)汽車的安全、可靠制動。電子控制單元原理圖如圖(2-2)所示。  電磁閥是防抱死制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒有控制信號的情況下，該制動系統(tǒng)相當于常規(guī)制動系統(tǒng)，直接輸出最大制動

14、壓力；當ECU向電磁閥發(fā)出控制信號時，電磁閥動作，對輪缸壓力進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車輪的滑移率，使制動力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動，但又不達到峰值制動力，實現(xiàn)最佳制動效率。  ABS就是在汽車制動過程中不斷檢測車輪速度的變化，按一定的控制方法，通過電磁閥調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，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狀態(tài)。 1.前輪速度傳感器  2.制動輪缸  3.制動壓力調(diào)節(jié)裝置  4.ABS電控單元  5.ABS警示燈  6.后輪速度傳感器  7.停車燈開關(guān)  8.制動主缸  9.比例分

15、配閥  10.蓄電池  11.點火開關(guān) 圖2-1 ABS系統(tǒng)的組成圖圖2-2 電子控制單元原理結(jié)構(gòu)圖 2.2 防抱死制動系統(tǒng)的布置形式  ABS系統(tǒng)中，能夠獨立進行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。如果對某車輪的制動壓力可以進行單獨調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨立控制；如果對兩個(或兩以上)車輪的制動壓力一同進行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制。在兩個車輪的制動壓力進行一同控制時，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動抱死為原則進行制動壓力調(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)生制動抱死

16、為原則進行制動壓力調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為按低選原則一同控制。由于三通道四傳感器式ABS在現(xiàn)在汽車上最常用，故本設(shè)計選三通道四傳感器式ABS即四輪速傳感器，三通道，前輪獨立，后輪低選控制。 （1） （2）圖2-3 三通道四傳感器式ABS及其常用布置形式 四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制，其布置形式見圖2-3。  圖(1)所示的按對角布置的雙管路制動系統(tǒng)中，雖然在通往四個制動輪缸的制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實際上仍是三通道ABS

17、。由于三通道ABS對兩后輪進行一同控制，對于后輪驅(qū)動的汽車可在變速器或主減速器中只設(shè)置一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。.  汽車緊急制動時會發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪附著力比后輪的附著力大很多(前置驅(qū)動汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%80%)。對前輪制動壓力進行獨立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進行制動，有利于縮短制動距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。2.3 防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器選擇 轉(zhuǎn)速傳感器的功用是檢測車輪的速度，并將速度信號輸入ABS的電控單元。下圖圖(2-4)所示為轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置。圖

18、2-4 傳感器在車輪上安裝位置 2.3.1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。傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成，永磁休的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，如圖(2-5)所示。  當齒輪位于圖中(a)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱；而當齒輪位于圖中(b)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強。齒輪轉(zhuǎn)動時，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毫伏(mv)級的準正弦波電壓.此信號還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標準的脈沖電壓?；魻栞喫賯鞲衅骶哂幸韵聝?yōu)點：其一是輸出信號電壓幅值

19、不受轉(zhuǎn)速的影響；其二是頻率響應(yīng)高口其響應(yīng)頻率高達20kHz，相當于車速為1000km/h時所檢測的信號頻率；其三是抗電磁波干擾能力強。因此霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于ABS輪速檢測。 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：隨著輪速的變化，輸出信號的幅值是不變的；頻率響應(yīng)高，響應(yīng)頻率高達20khz，用于ABS系統(tǒng)中可檢測到約1000Km/h速度信號，遠遠滿足使用要求；抗電磁干擾能力強，由于輸出信號在整個輪速范圍內(nèi)不變，而且幅值較高，所以抗電磁干擾能力很強。圖3-5 霍爾輪速傳感器示意圖 鑒于霍爾傳感器的優(yōu)點，本設(shè)計采用霍爾輪速傳感器。圖2-6霍爾開關(guān)型傳感器其結(jié)構(gòu)原

20、理圖及在ABS系統(tǒng)中的接線圖 2.4 電子控制單元設(shè)計  汽車防抱死制動系統(tǒng)是一個典型的計算機控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。它一方面負責將傳感器信號A/D轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)字輸入信號采集到計算機的內(nèi)存中去進行分析處理，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)動作動系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過軟件編程來實現(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，它的實現(xiàn)取決于所選取的計算機的類型。相對于ABS系統(tǒng)，對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是速度脈沖，它由傳感器采集感應(yīng)出正弦信號，經(jīng)過模擬電路的濾波整形修正為標準的系列方波信號，然后通過單片機的

21、定時/計數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機內(nèi)存中去。單片機內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個輪速信號按一定的算法進行計算，如計算車輛參考速度和車輪角減速度，根據(jù)這些值的大小確定出相應(yīng)的控制命令，即壓力增加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號通過數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過模擬電路的驅(qū)動功率放大就可以直接驅(qū)動電磁閥，進而控制制動壓力；同時輸出的信號中還包括報警指示等。 2.4.1 80C196KC最小系統(tǒng)簡介  本文中單片機選用MCS系列產(chǎn)品中的80C196KC。80C196高性能16位單片機是INTEL公司繼8096KC后最新推出的CHMOS型16位高性能單片機，它特別適合要

22、求很高的實時控制場合。目前，已成功地應(yīng)用于汽車上，諸如點火燃料等控制系統(tǒng)。  CHMOS芯片耗電少，除正常工作外還可工作于兩種節(jié)電方式：待機方式和掉電方式，進一步減少了芯片的功耗，MC-96家族中的全部成員都享用一套指令系統(tǒng)，有一個共同的CPU組織結(jié)構(gòu)。80C196KC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，相當于有256字節(jié)內(nèi)部寄存器。在ABS的主控系統(tǒng)設(shè)計的軟件編制中，就充分利用了其內(nèi)部的通用寄存器。因為ABS系統(tǒng)作為一種實時控制，而整個制動過程在短短的幾秒鐘內(nèi)必須完成，因此它對時間要求非常高；通過對所需采集數(shù)據(jù)

23、分析，發(fā)現(xiàn)幾種參數(shù)數(shù)量級分布較為集中，只需將每類參數(shù)量綱擴大100倍，放入通用寄存器中供分析、計算，這樣不但能保證控制參數(shù)的準確性(小數(shù)點后2位)，而且避免調(diào)用冗繁的四則運算子程序，使其算法更簡潔，實時響應(yīng)速度更快，更具合理性。圖2-7為80C196KC單片機引腳圖。圖2-7 80C196K單片機引腳圖2.4.1.1高速輸入HSI部件  HSI有四個輸入端HSI.0HSI.3。變換檢測器在HSI_MODE寄存器控制下，可檢測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用定時器T1作事件記錄變化的時間基準源，把各個輸入端的變化時刻記錄在FIFO中。保

24、持寄存器與FIFO相連，通過FIFO把事件的時間值送入HSI_ TIME中。這樣，對HSI_STATUS和HSI_TIME寄存器的訪問就能讀取事件變化狀態(tài)和發(fā)生時刻。  HSI_MODE寄存器控制變換檢測器檢測事件的方式。每兩位組成一個方式控制。 HSI_STATUS寄存器表示HSL.0HSL.3的四個輸入端的狀態(tài)，每兩位表示一個輸入端： 低位 1：事件出現(xiàn)過；0：沒出現(xiàn)。  高位 1：從HIS_TIME讀取的事件，此時的輸入端為高電平；      0：從HIS_TIME讀取的事件，此

25、時的輸入端為低電平。  通常，對脈沖信號的記數(shù)就利用了檢測HSI_STATUSZH狀態(tài)變化次數(shù)的辦法。而ABS系統(tǒng)中，使用了另一種方法:定時器T2也可看作一個16位的事件計數(shù)器，其時鐘源來自引腳HSI.1，當HSI.1引腳有跳變(包括正跳變和負跳變)時，其計數(shù)值加1。定時器2與HSO單元配合使用，作為事件觸發(fā)的時間基準，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。當由輪速傳感器送入的信號經(jīng)輸入級電路處理后，作為脈沖信號輸入時，T2就能對其進行記數(shù)，在中斷服務(wù)程序中讀取記數(shù)寄存器的值，便能測出車輪轉(zhuǎn)速。  在實際應(yīng)用中，汽車有四個輪速信號同時輸

26、入，數(shù)字控制器中沒有足夠多的計數(shù)器，就需要擴展一塊8253芯片。8253具有三個功能相同的16位減計數(shù)器，每個計數(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，設(shè)定好記數(shù)處值和方式控制字，在中斷服務(wù)程序中就能同時讀取四輪的輪速信號，因為每條指令占用時間非常短暫(以微秒計)，相對于中斷時間(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四輪信號的同步測速。 2.4.1.2 中斷系統(tǒng)  MCS_96給用戶提供了八種型式的中斷源，每種中斷源都有相對應(yīng)的中斷向量與之對應(yīng)。中斷向量單元中存放的是中斷服務(wù)程序的入口地址，當允許中斷時，任何一個中斷源發(fā)出的中斷

27、請求，將迫使程序轉(zhuǎn)至由對應(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對中斷控制是通過對中斷的特殊功能寄存器和總中斷允許位的控制實現(xiàn)的。當跳變檢測器檢測到一個硬件中斷時，則置位中斷登記寄存器TNT_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間里哪個中斷源發(fā)出中斷；而每個中斷源都可以通過對中斷屏蔽寄存器INT_MASK相應(yīng)位的置位和復位而開放或禁止中斷。即某一位為1則開放相應(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中斷源的位置是一樣的，其各位定義如下：0：定時器溢出 4：HSO.0 1：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 5：

28、軟件定時器2：HSI數(shù)據(jù)有效 6：串行口 3：HSO事件 7：外部中斷 一個中斷請求能被響應(yīng)，必須具備以下的條件：首先用E1指令開放全部中斷；中斷登記/屏蔽寄存器對應(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指令將斷點地址送回。 2.4.1.3高速輸出HSO部件  高速輸出HSO的功能是能夠在預定的時刻觸發(fā)某一事件。這些事件包括:改變6條輸出線(HSO. 0HSO. 5)上的電平信號、啟動A/D轉(zhuǎn)換、使定時器2復位以及觸發(fā)4個軟件定時器中斷等。由于HSO主要由專門的硬件來實現(xiàn)對事件的觸發(fā)，因此，與普通輸出端比，具有占用CPU開銷少、

29、速度高、使用靈活方便等特點。  HSO的輸出引腳共有6條即HSO.0HSO.5，HSO.4和HSO.5為雙向引腳，分別與HSI.2和HSI.3復用，此兩條引線可同時設(shè)置為HSI輸入允許和HSO輸出允許。與HSO相關(guān)的特殊功能寄存器有：定時器T1，定時器T2,HSO時間寄存器等。本文，結(jié)合上面介紹的中斷原理，利用HSO產(chǎn)生軟件定時中斷，以下將著重介紹命令和時間寄存器的使用。命令寄存器各位定義如下： CAM LOCK：鎖定CAM事件      TMR2/TMR1：定時器1/定時器2 SET/CLEA

30、R：置位/清除HSO腳    INT/INT：中斷/不中斷 CHANNEL：00000101分別為HSO.0HSO.5輸出；0110為HSO.0和HSO.1同時輸出；0111為HSO.2和HSO.3同時輸出；10001011為定時器T0T3；11001101保留；1110為復位定時器2；1111為啟動A/D轉(zhuǎn)換 HSO時間寄存器HSO-TIME用來放在所設(shè)置事件觸發(fā)時刻值。值得注意的是使用HSO-TIME時，即使需立即觸發(fā)事件，也立考慮硬件執(zhí)行時間，因此，送往HSO-TIME中的立即數(shù)最小都應(yīng)為0003H。 2.4.2 時鐘

31、電路和復位電路設(shè)計 2.4.2.1 時鐘電路設(shè)計  時鐘頻率是單片機器各個部分運行的基準，它使各部分有條不紊的按節(jié)奏工作。時鐘電路直接影響單片機運行的速率，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 時鐘狀態(tài)周期：        (2-1) 圖2-8 時鐘電路圖                  

32、               圖2-9復位電路圖2.4.2.2 復位電路設(shè)計  復位是單片機的初始化操作，在復位引腳RST加上大于2個機器周期的低電平就可使單片機復位。單片機復位有3種情況：上電復位，定時器溢出和執(zhí)行復位信號。型單片采用74HC09集電極開路的與門電路(OC門)，其優(yōu)點是能在脫機狀態(tài)下依然仍準確輸出高低電平信號；同時輸出端可以直接接負載。 2.4.3 電源設(shè)計 電子控制單元的核心是

33、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50l00V，并在電氣系統(tǒng)中以一定頻率出現(xiàn)。因此，設(shè)計電源時必須考慮這些問題，圖(2-10)為電源電路。 圖2-10 為電源電路 它能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的24V電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C80C196KC使用的高穩(wěn)定電壓4.55.5V。此電壓變換電路采用H7805集成三端穩(wěn)壓器和H8715穩(wěn)壓模塊。三端穩(wěn)壓電源輸出電流為100mA-3A，穩(wěn)壓系數(shù)為0.005%0.02%，紋波抑制比為5668dB，能夠較好的滿足單片機對電

34、壓的需求。給CPU供電，需要5V，而外部供的是24V，需要變換。電是從JP1這個座上供進來。一進來后， JP2這個座接地，是24V的負端我們在24V到地之間接了一個電容，其作用是如果供電的這兩根線可能距離比較長，有可能會受到外界50HZ工頻電。然后，經(jīng)過了D3這個二極管供到了C6這個電容。這個D3二極管起的作用是，如果供電時將不小心將電源接反了，不會傷害后面的線路。在C6電容兩端這個電大約是23.3V，假定這個二極管管壓降是0.7V。然后是用R24和C12，C7進行串聯(lián)構(gòu)造了一個RC濾波器。R24因為給CPU供的電都要從這個電阻上流過，所以專門選了一個功率比較大的2W5O。然后RC濾波中選用了

35、一個電解電容C7和獨石電容C12并聯(lián)，電解電容的容量比較大是100微法，而這個獨石電容容量比較小是104的（10*104PF）。為什么用兩個電容并聯(lián)？電解電容能提供較大的容量，但它的高頻響應(yīng)性不好，當信號波動達到1KHZ后，它就有點反應(yīng)不過來了，如果我們把電解電容也用等效電路來代替時，發(fā)現(xiàn)它已不是一個電容，里邊也是有電感電阻的，不是一個純電容。而獨石電容就能在很寬的范圍內(nèi)比方說幾MHZ范圍內(nèi)，低于10MHZ以下都會表現(xiàn)為純電容，它的高頻響應(yīng)性較好。那么我們就把高頻的獨石電容和大容量的電解電容進行并聯(lián)，這樣我們可以獲得又有很好的高頻響應(yīng)性，又有很大的容量。在頻率不是特別高時可以獲取這樣的特性，使

36、得這個RC濾波范圍很寬。否則，如果去掉獨石電容，僅R24與C7電解電容構(gòu)成一個濾波，但由于電解電容不是一個的純粹的電容，所以濾波性能不是很好。經(jīng)過了RC后，接下來U16這個器件叫做7815三端穩(wěn)壓器，它可以產(chǎn)生一個15V，即從18或24伏產(chǎn)生一個15V的輸出。使用這樣一個芯片，我們可以把24伏變到15伏或5伏， 可以給CPU供電了。為什么圖中先產(chǎn)生一個15伏呢？這個15伏是先給我們那個驅(qū)動片供電的，MOS管工作需15伏的電，而CPU只能輸出5伏，得有一個15伏的電源。這邊輸出用了三個電容，其中兩個是大容量的，一個是高頻的，理由同上。D4二極管的作用。數(shù)據(jù)手冊中并未畫這個二極管，但我們會在數(shù)據(jù)手

37、冊中看到一個推薦使用方式。這個二極管的作用是如果C6電容這個地方的電突然掉了，變成了0伏，由于輸出端有很多的電容，輸出這邊掉電后仍是15伏，輸出變成了0伏，這時會損壞這個7815芯片，如果裝了這個D4。則出現(xiàn)以上情況時，輸出電容上的電會全部通過此二極管泄放掉，這個二極管會保證7815的三號腿比這個一號腿的電壓最多高0.7伏，如果比0.7伏大則通過二極管泄放掉。放過來后，會避免操作7815芯片。產(chǎn)生了15伏后，又用了一個R25,2W5OM的功率電阻，這個功率電阻的作用 ：一方面與后面的一個獨石電容和一個電解電容組成的濾波網(wǎng)絡(luò)，即這個15伏可能有一個干擾，因為驅(qū)動芯片要用到這個15伏，而驅(qū)動芯片與

38、功率器件密切相關(guān)，會有一個功率器件的干擾傳到15伏上，傳到15伏后，再往后傳時就可以通過這個RC濾波。另一方面，這個R25功率電阻(與剛才的R24一樣有的作用)，對于7805，輸入是15伏，輸出是VDD 5伏，那么7805要隨10伏的壓降，10就比較厲害了，如果用100毫安的電，乘10伏即1瓦，發(fā)熱量比較大。在這兒裝一個5歐的電阻后，如果還是100毫安的電流，會在這個5歐姆也要穿過100毫安，那就是0.1安乘5歐，即0.5伏，到7805輸入端就不是15伏，而是14.5伏，所以7805本身只需要消耗9.5伏，而不是10伏的壓降了。當然，我們的系統(tǒng)設(shè)計時可能按300毫安設(shè)計，因為7805能輸出1安

39、培，我現(xiàn)在降額到0.3安，也滿足降額。則0.3乘以10伏，就是3瓦，而在輸入端的功率電阻上就可以消耗掉1.5伏壓降，則7805就只需承擔13.5伏了。因為7805的輸入是15伏的一個穩(wěn)壓值，而不是有5%或10%精度的一個電壓值，它是一個穩(wěn)定的電壓。D5這個二極管的工作原理同7815上面的泄放二極管一樣。這個板子就只使用兩種電源15伏和5伏。2.4.5 信號輸入電路設(shè)計  車輪輪速是ABS系統(tǒng)的主要輸入信號，該信號的采集、處理對于整個系統(tǒng)的控制至關(guān)重要。為了使采集到的輪速信號能被單片機正確識別，本系統(tǒng)采用的霍爾傳感器它是將傳感器與信號處理電路制成一體，由于他能直接輸出標準方波

40、信號，非常適合于HSI高速通道采集，80C196KC的四個HSI口可以直接接受四個輪速傳感器的脈沖信號，并可以同時記錄某一時間觸發(fā)時的狀態(tài)和時刻。  它們與普通的輸入端口有三方面主要差別：  (1) HSI不僅能檢測某個輸入線上的狀態(tài)變化，而且能同時記錄狀態(tài)發(fā)生的時刻。  (2) HSI內(nèi)部設(shè)有FIFO寄存器，它和保持器一起可同時記錄多達8個事件由CPU在適當?shù)臅r候讀取和處理。 (3) HSI可通過它的4條輸入線檢測多種方式的狀態(tài)變化。  輪速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)光電耦合器進行電平轉(zhuǎn)換和信號隔離，緩沖器

41、整形，輸入到80C196KC的高速輸入端，對輸入信號進行邏輯運算和處理。 它們之間的信號聯(lián)系參照下圖所示： 圖3-11 輪速信號輸入電路方框圖輸入電路的連線圖：圖2-11 輪速信號輸入電路圖 2.4.6 電磁閥驅(qū)動電路  CPU輸出的信號非常小，而ABS的作動電流則為12A，所以每個輸出信號要經(jīng)放大后才能驅(qū)動相應(yīng)的電磁閥。目前多采用的方法是利用P1口把不占空比的脈沖信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)幅值的電壓信號用以控制2位2通電磁閥，通過2位2通電磁閥位置的改變接通不同的管路來達到增壓、保壓、減壓的目的。這種方法動態(tài)響應(yīng)快，操作簡便，需專用的2位2電磁

42、通閥，而且工藝要求高，開發(fā)成本高。同時限于現(xiàn)在的知識水平，本文采用另一種方法達到所需經(jīng)濟適用要求。  本設(shè)計使用P1口輸出高低電平組合成為不同的狀態(tài)，來控制油路的通斷實現(xiàn)增壓、保壓、減壓的目的。80C196KC的P1口作為準雙向的輸入輸出口，由緩沖器內(nèi)部口鎖存器，內(nèi)部寄存器和輸出緩沖器和輸出緩沖器的構(gòu)成，輸出緩沖器和輸出緩沖器構(gòu)成，輸出緩沖器內(nèi)部具有上拉電阻結(jié)構(gòu)當端口數(shù)據(jù)由0變1時，它能在短時間內(nèi)產(chǎn)生更強的上拉作用以加速轉(zhuǎn)變過程：輸出時，具有鎖存作用，即對端口重寫數(shù)據(jù)前保持不變。  對壓力的控制歸結(jié)為對P1.0和P1.1, P1.2和P1.3, P1.4

43、和Pl.5的輸出狀態(tài)的控制，其邏輯關(guān)系表為：表2-1 P1口與電磁動作邏輯關(guān)系表   由邏輯關(guān)系表可以看到如果系統(tǒng)需要對電磁閥進行不同的控制只要對P1口輸出不同的字便可。電磁閥驅(qū)動電路如圖(2-12)所示。  緩沖單元的設(shè)計：圖中的74LS06是集電極開路六反相緩沖器，添加它的目的是加大輸出電路的帶負載的能力，使傳輸通道與單片機接口的電氣匹配為合理。  光電耦合器單元：輸出接口隔離技術(shù)在開關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反竄到控制系統(tǒng)，一般需采用通道隔離技術(shù)，光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它使信息發(fā)生端與接收斷電氣絕緣電阻可

44、達幾百兆歐姆以上，從而對地電位差干擾和電磁干擾有很強的抑制能力，光電耦合的實質(zhì)是對于干擾噪聲的隔離和對有用信號形成通道，是抗干擾措施的重要方法之一，并且信號傳輸速度高、價格低、接口簡單，故在輸出端設(shè)計了光電耦合電路。圖2-12電磁閥驅(qū)動電路 輸出通道的隔離及保護措施一方面防止了最小系統(tǒng)干擾信號沿正向通路的傳輸，同時也隔離了驅(qū)動電路運行過程中產(chǎn)生的干擾脈沖對前向通道原件的影響，所以隔離保護作用是雙向的。  驅(qū)動電路單元：構(gòu)成驅(qū)動電路的主要器件是功率晶體管、晶閘管、繼電器或者是功率集成電路，從電路結(jié)構(gòu)的復雜性、器件功能、可靠性以及價格等因素考慮，晶體管放大電路有共基、共集和共射級三種電路

45、形式，其中共射極放大電路具有較好的功率放大能力，故此采用共射極放大電路作為ABS系統(tǒng)的驅(qū)動環(huán)節(jié)的基本形式。  光電耦合器的最大輸出電流為15mA，電磁閥的工作電流為1. 53A。所以每個輸出控制信號要經(jīng)過功率放大后才能驅(qū)動相應(yīng)的電磁閥?？紤]到實際應(yīng)用中的影響，選擇為1.5倍，則電磁閥的三極管的電流的放大倍數(shù)為：  據(jù)此本系統(tǒng)選擇了2SD880三極管來驅(qū)動ABS電磁閥，其最大允許通過電流為3A，放大倍數(shù)是60300。2.4.7 泵電機驅(qū)動電路的設(shè)計  根據(jù)ABS系統(tǒng)對電動泵的驅(qū)動要求，泵驅(qū)動電動機在管路減壓時將對蓄能器供油以保證它的高壓狀態(tài)。系統(tǒng)

46、選用了用直流電磁式繼電器來控制電動機的工作與停止。  當P1.7端輸出高電平時，繼電器吸合，P1.7端輸出低電平時，繼電器斷開。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復位或單片機受控復位時不吸合。  繼電器的選型：根據(jù)泵驅(qū)動電動機的工作電壓和工作電流的大小，選擇了型號為：J2C-21F/012的繼電器，其電參數(shù)為：額定工作電壓12V (DC)，線圈電阻為400，吸合電壓為9. 8V，線圈消耗的功率為0.36W。接點負荷電壓28V，電流為3A，其電路圖如下，根據(jù)繼電器的額定工作電壓和額定工作電流，可以確定繼電器的工作電流為3A，74LS06 可以向光

47、電耦合器輸入1015mA，光電耦合器的TIL117的電流傳輸比為50%，所以它的輸出電流為5mA15mA，經(jīng)過晶體管的電流放大就可以滿足電流驅(qū)動要求。圖2-13泵電機驅(qū)動電路  二極管D1的作用是保護晶體管T，當繼電器7吸合時，二極管D1截止，不影響電路工作繼電器釋放時由于繼電器線圈存在電感這時晶體管已經(jīng)截止，所以會在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，這個感應(yīng)電壓的極性是上負下正，正端接在T的集電極上，當電感電壓與VC之和大于晶體管TD的集電極反向電壓時，晶體管可能會損壞，加入二極管D后繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管D流過，因此不會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，晶體管得到保護。2.4.8 ABS系統(tǒng)報警LED燈設(shè)計  LED是計算機控制系統(tǒng)常用的顯示器，一般其正向壓降為1.22.5V，通過LED的電流的強弱決定了LED的發(fā)光強度，其驅(qū)動電路圖如下：圖2-14 LED報警燈驅(qū)動電路  74LS06為輸出反相緩存器，當Pl.6為高電平時，74LS06輸出低電平，LED發(fā)光。當單片機的Pl.6為低電平時74LS06沒有電流流過，LED不發(fā)光，其限流電阻的計算如下：式中 Vcc 為電源電壓； VD LED正向壓降； VCS LED驅(qū)動器的壓降； ID LED