abs課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、汽車電子控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目防抱死制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系另U系動(dòng)化系專業(yè)名稱自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)姓XX郵電大學(xué)移通學(xué)院自動(dòng)化系制2013年12月摘要ABS是目前世界上普遍公認(rèn)的提高汽車安全性的有效措施之一，可以提高汽車制動(dòng)過程中的操縱穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離。汽車檢測(cè)行業(yè)在近年來隨著汽車制造技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，也不斷發(fā)展壯大，在汽車運(yùn)行管理部門動(dòng)態(tài)監(jiān)督汽車技術(shù)狀況方面發(fā)揮著極其重要的作用。特別是隨著我國(guó)公路建設(shè)和道路運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，道路交通安全問題也越來越突出，要求進(jìn)一步重視和加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車輛安全技術(shù)狀況檢測(cè)已成為維護(hù)社會(huì)安定的一個(gè)重要課題。本文涉及的ABS性能的檢測(cè)，分軟件和硬件兩個(gè)部分，相輔相成共同完成檢測(cè)

2、。對(duì)一臺(tái)裝備了ABS的汽車進(jìn)行制動(dòng)效果，ABS性能的評(píng)價(jià)和分析。計(jì)算機(jī)基于VisualBasic編譯開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序。檢測(cè)裝備傳感器安裝在一臺(tái)具有ABS的實(shí)驗(yàn)汽車汽車?yán)锊⒄{(diào)試，完成對(duì)車輛行駛各種信息的采集。軟件完成數(shù)據(jù)的收集和處理通過人機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)對(duì)該ABS性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。隨著高等級(jí)公路的不斷增加，車輛平均行駛速度有了顯著提高。一方面車輛技術(shù)向高速性趨勢(shì)發(fā)展，但另一方面汽車保有量的迅速增加導(dǎo)致了行車密度的加大。因此，人們對(duì)汽車行駛安全性提出越來越高的要求。作為主動(dòng)安全系統(tǒng)代表車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS是在這種背景提出和發(fā)展起來的。這種先進(jìn)的汽的氣塾吻聲盼”動(dòng)系繽協(xié)矍卿是在這種背景提出和發(fā)展起

3、來的。這種汽車電子控制制動(dòng)可以提高車輛制動(dòng)過程中的操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)強(qiáng)度，改善車輛高速行駛的安全性，減少交通事故的發(fā)生。車輛ABS電子控制系統(tǒng)的開發(fā)，涉及到機(jī)械、電子、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件開發(fā)，以及試驗(yàn)技術(shù)等方面。-|ZpjOM.目錄第一章1.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理21.1制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)21.1.1制動(dòng)時(shí)汽車受力分析21.1.2車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情況31.2滑移率定義51.3滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系61.4制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程8第二章2.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)92.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成92.1.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式92.1.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成102.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速

4、傳感器選擇122.2.1霍爾傳感器的設(shè)計(jì)132.2.2霍爾開關(guān)電路的選擇142.3電源設(shè)計(jì)162.4信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)172.5車輪制動(dòng)器的選擇17第三章3.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)193.1控制方案和控制參數(shù)的選取193.2控制參數(shù)及其計(jì)算193.2.1門限減速度的求取193.2.2門限加速度的求取203.2.3車身參考速度的確定21第四章4.總結(jié)24第五章5.參考文獻(xiàn)25防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理1.1制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)1.1.1制動(dòng)時(shí)汽車受力分析汽車在制動(dòng)的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。地面對(duì)汽車的作用力乂分為：作用在車輪上垂直丁地面的支承力和作用在車輪上平行丁地面的

5、力。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(shí)所受到地面給汽車的力如圖2-1所示。其中Fx為地面作用在每個(gè)車輪上的地面制動(dòng)力,他的大小決定丁路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車的總的地面制動(dòng)力，他是使汽車在制動(dòng)時(shí)減速并停止的主要作用力。Fy為地面作用在每個(gè)車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決丁側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動(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，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖2-1(a)圖2-1汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖所示。若汽

6、車在轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)或在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖2-1(b斷示。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)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力和汽車的方向操縱性有關(guān)，它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向；側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車的行進(jìn)方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，能夠有效地使汽車停下。制動(dòng)強(qiáng)度過大，是汽車發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的主要原因。因此，汽車行駛時(shí)，要根據(jù)冰路、雪路、砂石路、壞路、水濕路、十路、直路、彎曲

7、路等道路條件，根據(jù)汽車速度、方向轉(zhuǎn)角等行駛條件進(jìn)行制動(dòng)操作，必須時(shí)常注意不能讓車輪完全抱死。1.1.2車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情況車輪抱死時(shí)汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會(huì)變的很小，這將使汽車制動(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)來說，就是要防止這些危險(xiǎn)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(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況。(1)汽車在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車輪抱死時(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

8、車的運(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(shí)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)定性使汽車側(cè)滑。汽車不能保持原來的行駛方向，由丁離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn))。圖2-2(c的前后車輪全部抱死時(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)汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而處丁危險(xiǎn)狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動(dòng)釋放，汽車

9、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)汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(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)車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)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(yùn)動(dòng)情況，即車輪抱死導(dǎo)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(dòng)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(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)系來調(diào)整車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。圖2-2汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)

10、情況圖2-3汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況1.2滑移率定義通常,汽車在制動(dòng)過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)盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力，這種阻力稱為制動(dòng)系統(tǒng)的阻力，由丁它提供制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力，因此也稱為制動(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，也稱為地面制動(dòng)力。地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎-道路附著力，大小等丁地面對(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)力小丁輪胎-道路附著力，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)，反之，如果制動(dòng)系制動(dòng)力大丁輪胎-道路附著力，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)車輪抱死和滑移。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

11、制動(dòng)系制動(dòng)力增大到一定值（大丁附著力）時(shí)，汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。汽車的實(shí)際車速與車輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率?；坡蔛的定義式為:(2-3)式中:S滑移率；Vt一汽車的理論速度（車輪中心的速度）；3一汽車車輪的角速度；r一汽車車輪的滾動(dòng)半徑。由上式可知：當(dāng)車輪中心的速度(即汽車的實(shí)際車速)Vt等丁車輪的角速度3和車輪滾動(dòng)半徑r乘積時(shí)，滑移率為零(S=0)，車輪為純滾動(dòng)；當(dāng)3=0時(shí),S=100%車輪完全抱死而作純滑動(dòng)；當(dāng)0<S<100%時(shí)，車輪既滾動(dòng)乂滑動(dòng)。1.3滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系圖2-4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。當(dāng)輪胎

12、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)乂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(dòng)效能和方向穩(wěn)定性。ABS即是基丁這一原理而研制的。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

13、不同類型路面上滑移率-縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系于林ITWIT拍療圖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-阿以看出，各種路面上的變化的總體趨勢(shì)是一致的?；坡屎涂v向附著系數(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(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類型的滑移率-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、瀝宵路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá)0.8-0.。而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至0.1-02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(jì)ABS系統(tǒng)控制方法時(shí)，就必須考慮到隨路面類型的

14、不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。若汽車在同一種類型路面上制動(dòng)時(shí)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(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車輪的附著系數(shù)-滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化?？傊?，對(duì)丁在一種路面上制動(dòng)的汽車,車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是決定汽車制動(dòng)性能的主要因素。實(shí)際上，汽車的制動(dòng)過程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動(dòng)過程是一種非線性的制動(dòng)過程。制動(dòng)時(shí)汽車通過制動(dòng)系統(tǒng)改變車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動(dòng)過程。1

15、.4制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程制動(dòng)過程單輪受力如圖2-6所示圖2-6制動(dòng)過程車輪受力簡(jiǎn)圖制動(dòng)車輪軸荷與支撐力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,通常與車輪制動(dòng)壓力成正比系數(shù)K,則有地面制動(dòng)力Fb,緊急制動(dòng)不計(jì)滑動(dòng)阻力。則有I=F土（s）（2S）制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力遠(yuǎn)大丁空氣阻力和滾動(dòng)阻力,b*,Fb2r,分別為右側(cè)前后輪制動(dòng)力，汽車初速為V。，質(zhì)量為m（重力G）,質(zhì)心c到前后軸距離kh,軸距L,輪距B,質(zhì)心高h(yuǎn)g,汽車制動(dòng)減速為聽5強(qiáng)隊(duì)+喝+喝26）It前軸載荷<2-7后軸載荷（2-0）制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩"一F.K.F*.EF,:卜.F，"

16、一¥=%+聘1(2-1。)從式(2-4河知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化：從式(2-10計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車速V，可計(jì)算各車輪滑移率，從式(2-7)(2-8四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)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)碩件設(shè)計(jì)2.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成2.1.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道。如果對(duì)某車輪的制動(dòng)壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨(dú)立控制；如果對(duì)兩個(gè)(或兩以上)車輪的制動(dòng)壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制

17、。在兩個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行一同控制時(shí)，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為按高選原則一同控制；如果以保證附著力較小的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為按彳氐選原則一同控制。(1)三通道ABS四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制，其布置形式見圖3-1(c(d)、(e)。(C)(d)控制通道輪速傳夠器圖3-1©(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

18、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。由丁三通道ABS對(duì)兩后輪進(jìn)行一同控制，對(duì)丁后輪驅(qū)動(dòng)的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器來檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。汽車緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動(dòng)汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%80%)。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，有利丁縮短制動(dòng)距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。本設(shè)計(jì)就是為三通道ABS。2.1.2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

19、，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輪上以測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時(shí)ECU接收傳感器送來的車輪信號(hào)，一般為符合ECU電壓要求的矩形電壓波，然后固化在ECU中的程序根據(jù)各個(gè)車輪的速度來決定對(duì)各個(gè)車輪的制動(dòng)液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給各個(gè)車輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號(hào)后對(duì)車輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運(yùn)動(dòng)情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序?qū)嶋H上是ABS的控制方法，而液壓控制單兀是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、A

20、BS電控單元4、ABS警告燈5、后輪速度傳感器6、停車燈開關(guān)7、制動(dòng)主缸8、比例分配閥9、制動(dòng)輪缸1口蓄電池11、點(diǎn)火開關(guān)電子控制畢-元ECU左輪通度住感嘩酣用心輪制動(dòng)Is*邑磁的A制以1輪LlA»電碑峋制功輪ir扃軸占:松埋職傳瞠眼后柄布輪3-2(b)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖圖3-2ABS系統(tǒng)的組成2.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速傳感器選擇(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，永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，如圖3-7所示圖3-7霍爾輪速傳感器示意1、磁體2、霍爾元件3、齒圈當(dāng)齒輪位丁圖中(a所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力

21、線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱；而當(dāng)齒輪位丁圖中(b)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏(mV)級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。此信號(hào)還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓。霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響。；其二是頻率響應(yīng)高。其響應(yīng)頻率高達(dá)20kHz,相當(dāng)丁車速為1000km/h時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)頻率；其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用丁ABS輪速檢測(cè)，也廣泛應(yīng)用丁其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。霍爾式輪速傳感器與電磁感應(yīng)式輪速傳感器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 隨著輪速的

22、變化，輸出信號(hào)的幅值是不變的。(2) 頻率響應(yīng)高，響應(yīng)頻率高達(dá)20khz,用丁ABS系統(tǒng)中可檢測(cè)到約1000Km/h速度信號(hào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用要求。(3)抗電磁十?dāng)_能力強(qiáng)，由于輸出信號(hào)在整個(gè)輪速范圍內(nèi)不變，而且幅值較高,所以抗電磁十?dāng)_能力很強(qiáng)。鑒于霍爾傳感器的比較優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用霍爾輪速傳感器。2.2.1霍爾傳感器的設(shè)計(jì)霍爾輪速傳感器要包括開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種。集成霍爾傳感器是在制造硅集成電路的同時(shí)，在硅片上制造具有傳感器功能的霍爾效應(yīng)器件，因此使集成電路具有對(duì)磁場(chǎng)敏感的特性?；魻栭_關(guān)電路乂稱霍爾數(shù)字電路，乂穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。在外磁場(chǎng)的作

23、用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閥時(shí)，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平，之后，B增加，仍保持導(dǎo)通。若外加磁場(chǎng)的B值降低到BRP2,輸出管截止，輸出高電平。我們稱BOP為工作點(diǎn),BRP釋放點(diǎn)。BOP-BRP=BH稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗十?dāng)_能力增強(qiáng)。本系統(tǒng)采用的是三通道四傳感器布置形式，需要四個(gè)傳感器?；魻杺鞲衅鞯慕M成：傳感頭，齒圈。傳感頭由永磁體霍爾元件和電子電路組成。2.2.2霍爾開關(guān)電路的選擇霍爾輪速傳感器的關(guān)鍵元件是霍爾元件，要求它能夠輸出較大的霍爾電壓，而溫度漂移要盡可能小，并且要求它后面的電路盡可能的簡(jiǎn)單一些，這樣可以使體積減小提。高可靠性。本系統(tǒng)選用XX中旭電子公司生產(chǎn)的CS31

24、21型霍爾開關(guān)電路。這種開關(guān)電路由電壓調(diào)整電路、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器、反向電壓保護(hù)器、溫度補(bǔ)償電路及集電極開關(guān)輸出極組成能將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字電壓輸出，對(duì)溫度和電壓的變化更加穩(wěn)定。其應(yīng)用參數(shù)是：電壓電源范圍寬VCC4.5V30V;工作溫度范圍寬-40125攝氏度；電壓極性反向保護(hù)器，無觸點(diǎn)、快速響應(yīng)性好，頻率高，壽命長(zhǎng)，可直接同TTL、MOS等邏輯電路接口，體積小，安裝方便。經(jīng)過霍爾元件中的信號(hào)變化過程:本系統(tǒng)選擇霍爾開關(guān)型傳感器其結(jié)構(gòu)原理圖為:VCC圖3-8霍爾開關(guān)電路原理圖1引腳接5v電源；2引腳接地；3接輸出霍爾傳感器在ABS系統(tǒng)中的接線圖為：圖3-9霍爾傳感器在AB

25、S系統(tǒng)中的接線圖霍爾元件與永磁鐵封裝在一起，經(jīng)過TTL電路緩沖可以直接傳送到單片機(jī)的高速輸入端口。車輪輪速傳感器乂齒圈和霍爾傳感頭兩部分組成，齒圈安裝在隨車輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如半軸套筒，轉(zhuǎn)向節(jié)，制動(dòng)底盤。為了保證輪速傳感器無錯(cuò)誤信號(hào)輸出，安裝輪速傳感器時(shí)應(yīng)使傳感頭精確地對(duì)準(zhǔn)齒圈，應(yīng)保證它們之間有適當(dāng)?shù)目諝忾g隙，并要求安裝牢固。只有這樣才能保證汽車在制動(dòng)過程中的振動(dòng)不會(huì)干擾和影響傳感信號(hào)，做到無誤的輸出。為了避免灰塵和濺泥、水，應(yīng)適當(dāng)?shù)拿芊夂蜐?rùn)滑措施。在確定了傳感器的安裝方案和選擇好傳感器之后，根據(jù)安裝的位置，安裝的空間的大小以及所用的傳感器的技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速傳感器的目標(biāo)齒盤。對(duì)齒盤的設(shè)計(jì)應(yīng)

26、當(dāng)有這樣的要求：齒盤的設(shè)計(jì)應(yīng)保證產(chǎn)生的車速信號(hào)的頻率在傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)；車速測(cè)量的誤差要??；使輸出的脈沖信號(hào)有合適的占空比；便丁加工，穩(wěn)定性好。2.3電源設(shè)計(jì)電子控制單元的核心是單片機(jī)，其對(duì)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(shí)會(huì)在電路中產(chǎn)生高頻振蕩電磁波，峰值可達(dá)到280V,同時(shí)點(diǎn)火電路造成的負(fù)脈沖電壓峰值可達(dá)50100V,并在電氣系統(tǒng)中以一定頻率出現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)電源時(shí)必須考慮這些問題。系統(tǒng)穩(wěn)壓電源如圖3-9.它能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的24V電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C(jī)80C196KC使用的高穩(wěn)定電壓4.55.5V。此電壓變換電路采用78XX系列集成三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓電

27、源輸出電流為100mA3A,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(jī)對(duì)電壓的需求。圖3-12中，C1可以防止由丁輸入引線較長(zhǎng)帶來的電感效應(yīng)而產(chǎn)生的自激。C2用來減小由丁負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。圖3-12電源電路2.4信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)車輪輪速是ABS系統(tǒng)的主要輸入信號(hào)，該信號(hào)的采集、處理對(duì)丁整個(gè)系統(tǒng)的控制至關(guān)重要。為了使采集到的輪速信號(hào)能被單片機(jī)正確識(shí)別，本系統(tǒng)采用的霍爾傳感器它是將傳感器與信號(hào)處理電路制成一體，由丁他能直接輸出標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，非常適合丁HIS高速通道采集，80c196kc的四個(gè)HIS口可以直接接受四個(gè)輪速傳感器的脈沖信號(hào)，并可以同

28、時(shí)記錄某一時(shí)間觸發(fā)時(shí)的狀態(tài)和時(shí)刻。它們之間的信號(hào)聯(lián)系參照下圖所示：圖3-13輪速信號(hào)輸入電路方框圖輸入電路的連線圖:圖3-14輪速信號(hào)輸入電路圖2.5車輪制動(dòng)器的選擇汽車用車輪制動(dòng)器分為鼓式和盤式兩種。它們的區(qū)別在丁前者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)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(dòng)盤，其端面為工作表面。本系統(tǒng)選擇盤式制動(dòng)器圖3-21浮動(dòng)式制動(dòng)鉗示意圖1、摩擦塊2、密封圈3、鉗體4、活塞5、滑銷6、支架7、制動(dòng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1控制方案和控制參數(shù)的選取防抱死制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展至今，大多數(shù)產(chǎn)品都采用加、減速度門限控制，并附加一些輔助門限，并不涉及具體系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這對(duì)非

29、線性系統(tǒng)的控制，是一種有效的方法，但系統(tǒng)的控制邏輯比較復(fù)雜，波動(dòng)大。考慮到控制精度、實(shí)時(shí)性、設(shè)計(jì)成本等要求，本ABS設(shè)計(jì)方案擬采用門限控制方法。表4-1邊界條件遷稅條件下次控制氓程1樂mcnVY2to>+«?¥保壓誠(chéng)壓3保壓增壓本系統(tǒng)的預(yù)選條件是角減速度低丁門限減速度，選擇的復(fù)選條件是角加速度大丁門限加速度。3.2控制參數(shù)及其計(jì)算3.2.1門限減速度的求取在車輪制動(dòng)過程的開始，主要是對(duì)車輪施加壓力，計(jì)算出車輪的角減速度值，并集合滑移率和車輪的制動(dòng)的制動(dòng)速度等因素來對(duì)其產(chǎn)生的輪減速度值進(jìn)行修正，將得出的參數(shù)作為門限值，假定路面的狀況一定，則無論車輪的滑移率在任何范圍內(nèi)變

30、化，其路面附著系數(shù)都不會(huì)超過某一定值，即制動(dòng)力總是滿足：Fbpmg(41)當(dāng)車輪的減速度超過路面所提供的最大附著力,車輪可能出現(xiàn)抱死傾向,丁是得到的最簡(jiǎn)單的ABS邏輯：pg/r(42)從這一個(gè)最原始的控制邏輯出發(fā)，并考慮了對(duì)p值產(chǎn)生影響的主要參數(shù)-滑移率，制動(dòng)過程中的輪速，初始采集到的減速度值進(jìn)行修正。滑移率對(duì)峰值附著系數(shù)的影響:附著系數(shù)一一滑移率關(guān)系曲線線性如圖24所示。由關(guān)系圖我們得到以下峰值附著系數(shù)隨滑移率變化的關(guān)系式:(43)(44)上式中Sr最佳滑移率；一一附著系數(shù)S車輪滑移率；一一滑移率為1時(shí)的附著系數(shù)p峰值附著系數(shù)車輪速度對(duì)峰值附著系數(shù)的影響：輪胎滾動(dòng)速度對(duì)附著系數(shù)有較大的影響，

31、一般的近似表達(dá)式為：0.80.005r(45)不同路面應(yīng)設(shè)置不同的減速度門限值，在高附著系數(shù)路面制動(dòng)時(shí)，所達(dá)到的峰值附著系數(shù)的輪角減速度小，因而在其他條件都相同時(shí)高附著系數(shù)應(yīng)具有較大減速度門限值，而低附著系數(shù)路面應(yīng)當(dāng)有較小的門限值，防抱死控制要形成循環(huán)，則應(yīng)使防抱死的控制狀態(tài)運(yùn)行到輪胎特性曲線的不穩(wěn)定區(qū)，所以門限值要大丁達(dá)到峰值附著系數(shù)時(shí)的角減速度值即：3.2.2門限加速度的求取加速度門限值決定著車輛速度的恢復(fù)，如果設(shè)置的門限值太大，車輪可能無法達(dá)到這以門限值。在這種情況下就有可能出現(xiàn)失控是車速一直處丁恢復(fù)的狀態(tài)，如果設(shè)置的門限值太小則車輪沒有充分恢復(fù)就進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。這樣產(chǎn)生逐漸抱死的趨勢(shì)。

32、所以在實(shí)際的設(shè)定中，要綜合考慮各種因素的影響，根據(jù)不同的車型和路面狀況進(jìn)行大量的試驗(yàn)來確定所選的加速度和減速度的門限值3.2.3車身參考速度的確定目前測(cè)定參考速度的方法有兩種，一種是使用多普勒雷達(dá)，另一種是采用五輪儀。多普勒雷達(dá)價(jià)格較高在實(shí)際應(yīng)用中不現(xiàn)實(shí)，五輪儀的外觀乂不能滿足人們的期望，因此汽車一般不采用直接測(cè)量的方法獲得實(shí)際的車速，而是采用簡(jiǎn)介的方法油車輪的角速度和附加速度構(gòu)成車輪的參考速度。本系統(tǒng)輪速脈沖輸入信號(hào)的頻率、周期的確定：輪速計(jì)算公式：(47)取r=0.3m,z=100，車輪的控制范圍為：5Km/h300Km/h則信號(hào)頻率范圍為：fN2r300100fmin4423Hz23.1

33、40.33.6翌0073.7Hz23.140.33.6信號(hào)周期范圍為:Tmax13.5msTmin225.6s則每個(gè)脈沖信號(hào)的高低電平持續(xù)的最短事件是113s.系統(tǒng)采用16MHz晶振頻率，由丁每8個(gè)狀態(tài)周期記數(shù)一次，所以系統(tǒng)每1s對(duì)HIS引腳采樣一次。113s»1s。所以能夠滿足系統(tǒng)的對(duì)脈沖寬度的要求。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集的精度將極大影響控制效果。所以提高輪速信號(hào)的采樣精度就變得非常重要。對(duì)丁車速的測(cè)量，有兩種方法:直接送計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)電路，從而得到輪速；有:頻率法、周期法、多倍周期法、精度自適應(yīng)法。先進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換，再送計(jì)算機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換而得到輪速。對(duì)丁輪速低頻測(cè)量，周期法精度較高；對(duì)丁輪速高頻測(cè)量，頻率法精度較高。如果把周期法和頻率法結(jié)合起來，采用輪速脈沖周期倍乘措施，可以擴(kuò)展輪速測(cè)量范圍，提高測(cè)量精度。但是，由