abs汽車防抱死制動系統(tǒng)設計—畢業(yè)設計-資料下載頁

【導讀】動距離，是一種新型的汽車電子控制產(chǎn)品，并得到了越來越廣泛的應用。本文以轎車為研究對象，展開對汽車ABS的研究。通過對單個車輪時的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素；計了霍爾效應式輪速傳感器；實時控制系統(tǒng)，包括信號輸入電路、控制輸出電路、驅動電路等硬件部分；度和滑移率的組合作為控制參數(shù)。采用事件門限來計算車輪的轉速。本文通過學習比較根據(jù)所學只是設計了ABS控制系統(tǒng)。從理論上實現(xiàn)了ABS. 的控制功能，完成了設計要求。在設計過程中對汽車制動理論和制動裝置有了較。為深入的了解，擴大了自己的知識面，自己解決問題的能力也得到了提高。

　　

【正文】 。同時輸出的信號中還包括報警指示等。 就目前而言，實現(xiàn)汽車的控制系統(tǒng)一般采用單片計算機，在開發(fā)階段也有采用通用 CPU 的，采用 CPU 在于可以利用 CPU 強大的軟、硬件資源以及網(wǎng)絡功能實現(xiàn)復雜的控制算法、高效的編程手段以及高速的運算速度。但作為研制的最終產(chǎn)品，無一例外都采用單片機作為電子控制單元的核心。 由于單片機體積小，重量輕，高可靠性，價格低廉，使用方便，因此十分適用于開發(fā)汽車電子系統(tǒng)。早期的汽車控制系統(tǒng)采用八位單片機，目前已過渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動機管理系統(tǒng)已開發(fā)采用 32 位 CPU。目前防抱死系統(tǒng)采用較多的單片機是摩托羅拉 (Motorola)、英特爾 (Intel)、德州儀器 (TI)公司及西門子 (Siemens) 16 位單片機。 選用單片機要充分利用各種外部端口的資源，同時要利用內部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運算速度，應根據(jù)以下幾個原則選擇 ABS 控制的單片機。 （ 1） CPU的運算速度 CPU 的時間一般消耗在數(shù)學運算過程中，特別是 32 位的浮點數(shù)計算，計算時間 成倍的增加，一般情況下應避免采用浮點數(shù)計算，因為 ABS 系統(tǒng)要求計算頻率非常高，一般 5 毫秒到 10 毫秒之間， CPU 要完成各種計算，例如加減速度、參考滑移率等，這種計算都是實時完成的。 （ 2） 內外部存貯器 同樣的 CPU 類型其內、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、外部存貯器，同時編程時要提高內存利用率，多用通用的變量，少定義專用的變量，以節(jié)省內存。目前 ABS 系統(tǒng)的程序容量一般在8K32K 之間，內存數(shù)據(jù)儲存器在 256 個字節(jié)以上。進入 90 年代，已大批量使用帶有 ROM, EPROM, EEPROM, FLASH EEPROM 和一次寫入 (OPT 型 )的單片機。它真正符合了單片機的小型、簡單、可靠、廉價的設計初衷。 （ 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了資源，外部總線 8 位單片機 u0 資源太少，無法用于 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 簡介 本文中單片機選用了 MCS%系列產(chǎn)品中的 80C196KCo 80C196 高性能 16位單片機是 Intel 公司繼 80%之后推出的一系列高性能 CHMOS16 位單片機，它特別適合要 本科生畢業(yè)設計 第 30 頁 求很 高的實時控制場合，目前，已成功地應用于汽車上，諸如點火，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 :待機方式和掉電方式，進一步減少了芯片的功耗 .MC196 家族中的全部成員都享用一套指令系統(tǒng)，有一個共同的 CPU 組織結構。根據(jù)不同的應用場合，在單片機內部 “ 嵌入 ” 了以往被認為是 “ 外圍設備 ” 的各種電路，于是形成了各種不同型號的單片機。 8OC196KC 的內部 EPROM/ROM 為 8K 字節(jié)，內部 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)內部寄存器。在 ABS的主控系統(tǒng)設計的軟件編制中，就充分利用了其內部的通用寄存器。因為 ABS 作為一種實時控制，而整個制動過程在短短的幾秒鐘內必須完成，因此它對時間要求非常高 。通過對所需采集數(shù)據(jù)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 )， .而且避免調用冗繁的四則運算子程序，使其算法更簡潔，實時響應速度更快，更具合理性。 高速輸入 HSI 部件 : HSI 有四個輸入端 。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 HSIJIME 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字 HSI_ STATUS 寄存器表示 , 的四個輸入端的狀態(tài)，每兩位表示一個輸入端： 本科生畢業(yè)設計 第 31 頁 低位 1: 事件出現(xiàn)過； 0: 沒出現(xiàn) 高位 1: 從 HISTIME 讀取的事件，此時的輸入端為高電平 0: 從 HISIME 讀取的事件，此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 ，當 HS 工 .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)，在中斷服務程序中讀取記數(shù)寄存器的值，便能測出車輪轉速。 在實際應用中，汽車有四個輪速信號同時輸入，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，設定好記數(shù)處值和方式控制字，在中斷服務程序中 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。 中斷系統(tǒng) : MCS96 給用戶提供了八種型式的中斷源，每種中斷源都有相對應的中斷向量與之對應。中斷向量單元中存放的是中斷服務程序的入口地址，當允許中斷時，任何一個中斷源發(fā)出的中斷請求，將迫使程序轉至由對應的向 t 地址單元的內容所決定的起始地址去執(zhí)行中斷服務程序。 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 INT_ PEND 中相應的位，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工 INT_MASK 相應位的置位和復位而開放或禁止中斷。即某一位為則開放相應的中斷源 。為 0 則禁止相應的中斷源。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 : 本科生畢業(yè)設計 第 32 頁 一個中斷請求能被響應，必須具備以下的條件 :首先用 El指令開放全部中斷 。中斷登 ia/屏蔽寄存器對應位置 1 。 CPU 響應完中斷，執(zhí)行中斷 服務程序后，用 POPF或 RET 指令將斷點地址送回。 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 ( )上的電平信號、啟動 A/D 轉換、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，與普通的輸出端口相比，具有占用 CPU 開銷少、速度高、使用靈活方便等特點。 HSO 的輸出引腳共有 6條即 , HSOA 和 為雙向引線，分別與 復用，此兩條 引線可同時設置為 HIS 輸入允許和 HSO 輸出允許。 與HSO 相關的特殊功能寄存器有 :定時器 T1，定時器 T2, HSO 命令寄存器， 寄存器等。本文，結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 : 本科生畢業(yè)設計 第 33 頁 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)的基準時鐘源，為 1選擇 T2，為 0 選擇 Ti。 D5 位用來設置事件觸發(fā)時所選中通道 (07 通道 )的電平狀態(tài) (高或低電平 )， 1 為高電平， 0為低電平 。D4 位用來決定事件觸發(fā)時是否產(chǎn)生中斷，為 1 則申請中斷，為 0不產(chǎn)生中斷 。D3 至 DO 位用來選擇觸發(fā)事件對應的通道號。 HSO 時間寄存器 HSOTIME 用來放在所設置事件觸發(fā)時刻值。值得注意的是使用 HSOTIME 時，即使需立即觸發(fā)事件，也應考慮硬件執(zhí)行時間，因此，送往HSOTIME 中的立即數(shù)最小都應為 0003H。 本文的主控軟件程序流程主要就是基于 HSO 產(chǎn)生軟件定時中斷這一思想。首先確定中斷向量 :GSEG AT 200AH。定時器 T1 作為系統(tǒng)實時時鐘源，每過 8 個狀態(tài)周期，其記數(shù)值加 1，每記數(shù)一次時間間隔為（ 8M 晶振 ): 。 假定中斷時間為 T，那么中斷時間初值 時鐘電路設計 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 本科生畢業(yè)設計 第 34 頁 作。時鐘電路直接影響單片機運行的速率，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 34 時鐘電路連線圖 時鐘狀態(tài)周期為： 612 1 0 0 .1 2 516ST ??? ? ? ? 防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器 選擇 轉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 35）所示為轉速傳感器在車輪上的安裝位置。 圖 35 轉速傳感器在車輪上的安裝位置 （ 1）電磁式轉速傳感器結構 本科生畢業(yè)設計 第 35 頁 傳感頭的結構如下圖（圖 36）所示，它由永磁體 極軸 5和感應線圈 4等組成 ,極軸頭部結構有鑿式和柱式兩種。 圖 36 車輪轉速傳感器剖視圖 齒圈 6 旋轉時，齒頂和齒隙交替對向極軸。在齒圈旋轉過程中，感應線圈內部的磁通量交替變化從而產(chǎn)生感應電動勢，此信號通過感應線圈末端的電纜 1 輸入ABS 的電 控單元。當齒圈的轉速發(fā)生變化時，感應電動勢的頻率也變化。 ABS 電控單元通過檢測感應電動勢的頻率來檢測車輪轉速。 電磁式輪速傳感器結構簡單、成本低，但存在下述缺點：一是其輸出信號的幅值隨轉速的變化而變化。若車速過慢，其輸出信號低于 1V，電控單元就無法檢測；二是響應頻率不高。當轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國內外 ABS 系統(tǒng)的控制速度范圍一般為 15～ 160km/h，今后要求控制速度范圍擴大到 8～ 260km/h以至更大，顯然電磁感應式輪速傳感器很難適應。 （ 2）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 37 所示。 本科生畢業(yè)設計 第 36 頁 圖 37 霍爾輪速傳感器示意圖 磁體 霍爾元件 齒圈 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換成標準的脈沖電壓 。 霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點：其一是輸出信號電壓幅值不受轉速的影響。；其二是頻率響應高。其響應頻率高達 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，霍爾傳感器不僅廣泛應用于 ABS輪速檢測，也廣泛應用于其控制系統(tǒng)的轉速檢測。 霍爾式輪速傳感器與電磁感應式輪速傳感器比較具有以下優(yōu)點： （ 1）隨著輪速的變化，輸出信號的幅值是不變的。 （ 2）頻率響應高，響應頻率高達 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。 （ 3）抗電磁干擾能 力強，由于輸出信號在整個輪速范圍內不變，而且幅值較高，所以抗電磁干擾能力很強。 鑒于霍爾傳感器的比較優(yōu)點，本設計采用霍爾輪速傳感器。 本科生畢業(yè)設計 第 37 頁 霍爾傳感器的設計 霍爾輪速傳感器要包括開關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，在硅片上制造具有傳感器功能的霍爾效應器件，因此使集成電路具有對磁場敏感的特性。霍爾開關電路又稱霍爾數(shù)字電路，又穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級組成。在外磁場的作用下，當磁感應強度超過導通閥時，霍爾電路輸出管導通，輸出低 電平，之后， B 增加，仍保持導通。若外加磁場的 B 值降低到 BRP2，輸出管截止，輸出高電平。我們稱 BOP 為工作點， BRP 釋放點。 BOPBRP=BH 稱為回差 。回差的存在使開關電路的抗干擾能力增強。 本系統(tǒng)采用的是三通道四傳感器布置形式，需要四個傳感器。霍爾傳感器的組成：傳感頭，齒圈。傳感頭由永磁體霍爾元件和電子電路組成。 霍爾開關電路的選擇