防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【4張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

29頁 10000字?jǐn)?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(hào)中斷處理流程圖.DWG

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書.doc

目錄

摘要 I

Abstract II

第一章緒論 1

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

  1.2課題研究的內(nèi)容 2

第二章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4

  2.1制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的基本組成 5

    2.1.1防抱死制動(dòng)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(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 10

     2.1.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 12

  2.2防抱死控制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 13

  2.4防抱死系統(tǒng)的制動(dòng)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(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 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(dòng)器的選擇 18

第四章ABS輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn) 20

第五章ABS輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 21

  4.1轉(zhuǎn)速信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì) 22

  4.2轉(zhuǎn)速信號(hào)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(hào)采集處理系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 25

結(jié)論 26

致謝 27

參考文獻(xiàn) 28

摘 要

    本文介紹了防抱死制動(dòng)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(shè)計(jì)了汽車輪速信號(hào)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(duì)該算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析；通過仿真試驗(yàn)，證明了硬件設(shè)計(jì)和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，通過本次的關(guān)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望能對(duì)以后的關(guān)于汽車輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到一定的參考作用和價(jià)值。 

關(guān)鍵詞：防抱死制動(dòng)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(dòng)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(gè)車輪速度信號(hào)計(jì)算得到4個(gè)輪速,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步計(jì)算車輪的加減速度,估算汽車車身速度,從而得到滑移率,進(jìn)行路面識(shí)別等。把這些信號(hào)加以分析后,ECU對(duì)壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令,從而實(shí)現(xiàn)其對(duì)制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)。因此,準(zhǔn)確的車輪速信號(hào)的取得是ABS實(shí)現(xiàn)有效控制的前提和關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時(shí)測(cè)量還是高速時(shí)測(cè)量,都有比較好的測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性?；贛CS-96微處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn),能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動(dòng)性能。

 結(jié) 論

    至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)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(xué)生，需要學(xué)習(xí)的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)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?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)學(xué)習(xí)取得的一點(diǎn)點(diǎn)成果。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。

    經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學(xué)習(xí)和補(bǔ)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(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)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?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。

參考文獻(xiàn)

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[20]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 指導(dǎo)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(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) .............................. 1 題研究的內(nèi)容 .............................................. 2 第二章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) ................. 4 動(dòng)防抱死系統(tǒng)的基本組成 .................................... 5 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成 .................................... 7 制器 .............................................. 9 速傳感器 ......................................... 10 動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 ..................................... 10 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 .............................. 12 抱死控制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式 ................................. 12 參數(shù)控制 ............................................ 13 參數(shù)控制 ............................................ 13 動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 ....................................... 13 抱死系統(tǒng)的制動(dòng)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(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................ 15 子控制單元的組成 ......................................... 16 源電路 ................................................... 17 門狗電路 ................................................. 17 輪制動(dòng)器的選擇 ........................................... 18 第四章 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn) ........................ 20 第五章 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................ 21 速信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì) ....................................... 22 速信號(hào)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(hào)采集處理系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) ........................ 25 結(jié)論 ............................................................. 26 致謝 ............................................................. 27 參考文獻(xiàn) ......................................................... 28 I 摘 要 本文介紹了防抱死制動(dòng)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(shè)計(jì)了汽車輪速信號(hào)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(duì)該算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析；通過仿真試驗(yàn)，證明了硬件設(shè)計(jì)和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，通過本次的關(guān)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望能對(duì)以后的關(guān)于汽車輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到一定的參考作用和價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 防抱死制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng) (制的核心部分是電子控制單元 (個(gè)車輪速度信號(hào)計(jì)算得到 4個(gè)輪速 ,在此基礎(chǔ)上 ,進(jìn)一步計(jì)算車輪的加減速度 ,估算汽車車身速度 ,從而得到滑移率 ,進(jìn)行路面識(shí)別等。把這些信號(hào)加以分析后 ,從而實(shí)現(xiàn)其對(duì)制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)。因此 ,準(zhǔn)確的車輪速信號(hào)的取得是 效控制的前提和關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時(shí)測(cè)量還是高速時(shí)測(cè)量 ,都有比較好的測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性。基于 處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn) ,能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動(dòng)性能。 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 置最早應(yīng)用在飛機(jī)和火車上，而在汽車上的應(yīng)用比較晚。鐵路機(jī)車在 制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過大，車輪就會(huì)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(huì)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(dòng)。 1908 年英國工程師 J. E. 出了“鐵路 車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無法將它實(shí)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(cè)》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險(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(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)沒有集成 電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到 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(dāng)年 請(qǐng)“機(jī)動(dòng)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(jì)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(jié)論，這是 名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 型機(jī)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(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y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(jī) —— ，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 1000 個(gè)，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(quán)及 域的研發(fā)成 果， 1975 年 統(tǒng)的開發(fā)計(jì)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(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)。兩家德國車廠奔馳與寶馬 于 1978 年底決定將 項(xiàng)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(chǎng)。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(chǎng)上的正面響應(yīng)， 跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)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(gè)。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(biāo)準(zhǔn)配備。 也反映了現(xiàn)代汽車制動(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 成本問題。隨著體積更小、價(jià)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(zhǔn)確而快速。全電制動(dòng)控制系統(tǒng) 未來制動(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(dòng)能源問題，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)車輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)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(dòng)時(shí)防止車輪打滑，使車 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， 3 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)力過大，則產(chǎn)生打滑，當(dāng) 過傳感器將非驅(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)車輪滑移率及車輪減、加速度，當(dāng)滑移率或減、加速度超過某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開開關(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，壓力稍稍過大， 車輪就會(huì)抱死。為此利用 磁閥對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長增 壓或減壓，以達(dá)到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動(dòng)力，也可保持行駛 的穩(wěn)定性。 題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)出發(fā)，然后具體細(xì)化出它的硬件方面的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)和軟件方面的設(shè)計(jì)，其主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì) 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì) 2、 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn) 3、對(duì) 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì) 4、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) 第二章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 總體設(shè) 計(jì) 動(dòng)防抱死系統(tǒng)的基本組成 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成 制器 通常， 動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置及制動(dòng)控制電路等組成的，如下圖。制動(dòng)過程中， 不斷地從傳感器 1 和 5 獲取車 輪速度信號(hào)，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(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 2 不參與工作，制動(dòng)主缸 7和各制動(dòng)輪缸 9 相通，制動(dòng)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(gè)車輪 (假設(shè)為左前輪 )即將抱死拖滑，它即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動(dòng)主缸與左前制動(dòng)輪缸的通道，使左前制動(dòng)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(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動(dòng)輪缸與儲(chǔ)液室或儲(chǔ)能器 (圖 中未畫出 )的通道，使左前制動(dòng)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(cè)車速，給 于滑 移率控制方式。在汽車制動(dòng)時(shí)，獲得汽車減速度信號(hào)。其工作原理為 :感應(yīng)輪子上面固定的一個(gè)點(diǎn)的速度然后反饋給中控系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算從而得出輪子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速也就是車速了。 因?yàn)槠囋诟吒街禂?shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度大 ,在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度小，因而該信號(hào)送入 以對(duì)路面進(jìn)行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當(dāng)判定汽車行駛在雪地、結(jié)冰路等易打滑的路面上時(shí)，采取相應(yīng)控制措施，以提高制動(dòng)性能。多用于四輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) ,電子控制單元（ 接收輪速、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、液位等信號(hào)，分析 判定 車輪制動(dòng)狀態(tài)，需要時(shí)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報(bào)警、記憶、存儲(chǔ)、自診斷和保護(hù)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(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是 統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器， 一般都設(shè)在制動(dòng)總泵 (主 缸 )與車輪制動(dòng)分泵 (輪缸 )之間。 （ 1） 作用： 根據(jù) 控制指令， 自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)分泵 (輪缸 )的制動(dòng)壓力。 6 （ 2）分類 ① 根 據(jù)動(dòng)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(jié)構(gòu)關(guān)系分可以分為：分離式與整體式。 分離式：制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器自成一體，通過制動(dòng)管路與制動(dòng)總泵相連。具體的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器產(chǎn)品圖片如下圖 4 所示： 圖 4 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 汽車防抱死制動(dòng)系 一定的控制方法， 通過電磁閥調(diào)節(jié)輪缸制動(dòng)壓力， 以獲得最高的縱向附著系數(shù)和較高的側(cè)向 附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動(dòng)狀態(tài)，由此可知，車輪速度的正確檢測(cè)是防抱死制動(dòng) 系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。發(fā)達(dá)國家已普遍使用 輪速信號(hào)處理的方法以硬件和軟件 的形式作為 內(nèi)對(duì)輪速信 號(hào)的處理大多存在可靠性差、輪速識(shí)別的門檻值過高的問題。 抱死控制動(dòng)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(cè)速雷達(dá) )、輪速傳感器、控制裝置 (電腦 )和執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hào)輸入電腦，由電腦計(jì)算出實(shí)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(dòng)器的制動(dòng)力。這種曳速傳感器常用多普勒測(cè)速雷達(dá)。當(dāng)汽車行駛時(shí)，多普勒雷達(dá)天線以一定頻率不斷向地面發(fā)射電磁波，同時(shí)又接收反射回來的電磁波，測(cè)量汽車?yán)走_(dá) 發(fā)射與接收的差值，便可以準(zhǔn)確計(jì)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(dòng)，它是一個(gè)脈沖電機(jī)，所產(chǎn)生的頻率與輪速成正比。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調(diào)整制動(dòng)力，以便保持理想的滑移率。 這種 抱制動(dòng)性能好，但由于增加了一個(gè)測(cè)速雷達(dá)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。 參數(shù)控制 它以控制車輪的角減速度為對(duì)象，控制車輪的制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由輪速傳感器、控制器 (電腦 )及電磁閥組成。為了準(zhǔn)確無誤地測(cè)量輪速，傳感頭與車輪齒圈間應(yīng)留有 1為避免水、泥、灰塵對(duì)傳感器的影響，安裝前應(yīng)將傳感器加注黃油。電磁閥用于車輪制動(dòng)器的壓力調(diào)節(jié)。 對(duì)于四通道制動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)車輪圈有一個(gè)電磁閥 ;三通道制動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)前輪擁有一個(gè)，兩個(gè)后輪共用一個(gè)。電磁閥有三個(gè)液壓孔，分別與制動(dòng)主缸與車輪制動(dòng)分缸相連，并能實(shí)現(xiàn)壓力升高、壓力保持、壓力降低的調(diào)壓功能。 動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡(jiǎn)稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由 8 個(gè) 2 位 2 通調(diào)壓電磁閥、1 個(gè)雙聯(lián)式電動(dòng)液壓柱塞泵、 2 個(gè)儲(chǔ)液室、 2 個(gè)低壓儲(chǔ)能室、 1 個(gè)電動(dòng)液壓泵和幾個(gè)單向閥等組成。電動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信 號(hào)輸入 液壓調(diào)節(jié)閥通過管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)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(chǔ)能器： 2－液壓柱塞泵； 3 一電動(dòng)機(jī)： 4－嘴業(yè)動(dòng)土缸儲(chǔ)液室； 5－制動(dòng)主缸： 6 一儲(chǔ)液室； 7 一進(jìn)液電磁閥 （常開）； 8 一出液電磁閥 （常閉） 防抱死制動(dòng)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(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)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(dòng)燈開關(guān)燈輸入的信號(hào)，對(duì)制動(dòng)過程中被控車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)需要對(duì)壓力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行，使壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)被控車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行保持、減少、和增大調(diào)節(jié)，并根據(jù)反饋信號(hào)修正控制指令，另外它還具有對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的功能， 障時(shí)點(diǎn)亮，向駕駛員發(fā)出警告信號(hào)。具體的系統(tǒng)圖如下圖 6 所示：圖 6 抱死系統(tǒng)的制動(dòng)過程 壓過程 通過真空助力器與制動(dòng)主缸建立制動(dòng)壓力。所有電磁閥均不通電制動(dòng)壓力進(jìn)入各車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時(shí)同常規(guī)制動(dòng)）， 直到電子控制單元(過計(jì)算得知車輪有抱死傾向?yàn)橹埂? 壓過程 當(dāng) 讓出液電磁閥繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，該制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液壓被封閉而使制動(dòng)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(shí) （進(jìn)液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導(dǎo)通），該制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)通過出液電磁閥流入低壓儲(chǔ)能室，使制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之減小。 與此同時(shí)液壓泵也開始工作，把低壓儲(chǔ)能室的制動(dòng)液重新泵回制動(dòng)主缸以補(bǔ)償制動(dòng)踏板行程損失，此時(shí)制動(dòng)踏板出現(xiàn)抖動(dòng) （有抬升或反彈感），車輪抱死程 度降低，輪速上升。 此過程結(jié)束液壓泵隨之掉電停止運(yùn)行。 壓過程 10 為了達(dá)到最佳制動(dòng)效果，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后（與設(shè)定的門限值比較）進(jìn)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(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液就會(huì)通過進(jìn)液電磁閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸，該制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之增大，輪速再次被制動(dòng)而下降。 通過保壓、降壓、增壓為一個(gè)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(jì)算分析判斷，并發(fā)出指令使伺服電磁閥相應(yīng)動(dòng)作。 源電路 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) 50～ 100V，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 能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的 24V 電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C(jī) 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(jī)對(duì)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(yīng)而產(chǎn)生的自激。 來減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。 11 圖 7 門狗電路 設(shè)置看門狗電路是為了防止程序運(yùn)行中進(jìn)入死循環(huán)，它隨時(shí)檢測(cè)中央處理器是否正常工作。當(dāng)需要中央處理器工作時(shí)，任何一個(gè)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(jìn)行運(yùn)行。內(nèi)未被觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)器將保持清零，并不級(jí)數(shù)，一單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，計(jì)數(shù)器將又開始計(jì)數(shù)， 50 納秒脈沖信號(hào)即可被檢測(cè)到。圖 8 即為本次設(shè)計(jì)的看門狗電路。 圖 8 輪制動(dòng)器的選擇 12 汽車用車輪制動(dòng)器分為鼓式和盤式兩種。它們的區(qū)別在于前者的摩擦副中的 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，所以僅對(duì)盤式進(jìn)行纖細(xì)介紹。 鉗盤式車輪制動(dòng)器 鉗盤式車輪制動(dòng)器廣泛地應(yīng)用在轎車和輕型貨車上。它 的優(yōu)點(diǎn)是散熱良好，熱衰退小，熱穩(wěn)定性好，最適于對(duì)制動(dòng)性能要求高的轎車前 輪制動(dòng)器。本系統(tǒng)前后輪均采用鉗盤式制動(dòng)器。 鉗盤式車輪制動(dòng)器分固定式制動(dòng)鉗制動(dòng)器與浮動(dòng)式制動(dòng)鉗制動(dòng)器，本 系統(tǒng)選用浮動(dòng)式制動(dòng)鉗制動(dòng)器，圖 3浮動(dòng)式制動(dòng)器的示意圖。它的特點(diǎn)是制 動(dòng)鉗體在軸向處于浮動(dòng)狀態(tài)，輪缸布置在制動(dòng)鉗的內(nèi)側(cè)，且數(shù)目只有固定式的一 半，為單向輪缸。制動(dòng)時(shí)利用內(nèi)摩擦片的反作用力推動(dòng)制 動(dòng)鉗體移動(dòng)，使外側(cè)的 摩擦片也繼而壓緊制動(dòng)盤，以產(chǎn)生制動(dòng)力。它的外側(cè)無液壓件，不會(huì)產(chǎn)生氣阻， 且占據(jù)的空間也小，還可以利用內(nèi)側(cè)活塞附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(dòng)式制動(dòng)鉗在其支架上滑動(dòng)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(dòng)鉗易實(shí)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(dòng)器如下圖 9,圖 10 所示： 13 圖 9 圖 10 第四章 14 常用的輪速計(jì)算方法有三種： 法。 測(cè)速法是在稍大于規(guī)定時(shí)間 的某一時(shí) 間 內(nèi)，分別對(duì)光電碼盤輸出的脈沖個(gè)數(shù) 和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù) 進(jìn)行計(jì)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(shí)鐘脈沖的頻率。的開始的結(jié)束都應(yīng)當(dāng)正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，這樣就可保證檢測(cè)的精度。采用 片機(jī)時(shí)，可如圖六所示，采用一個(gè) 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(gè) 速輸入單元 用中斷工作方式，應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹袛喾?wù)程序，得出時(shí)間 ， ，利用定時(shí)器 2 進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過適當(dāng)?shù)某绦蛲瓿? 法測(cè)速的功能。 16 第五章 速信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì) 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有其自身的特 點(diǎn)，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(gè)重要的特點(diǎn)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(jí)，這樣對(duì)控制算法有很大的限制，復(fù)雜的算法將無法實(shí)現(xiàn)?；?qū)? 用系統(tǒng)的硬件成本太高，而太簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)，均能使車輪獲得盡可能大的縱向制動(dòng)力和防 側(cè)滑力，同時(shí)使車輪的制動(dòng)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(duì)象，以頻率法或 根軌跡法作為系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。 控制系統(tǒng)中的被控制對(duì)象是汽車的 制動(dòng) 程，它是一個(gè)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(chǔ)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(yàn)和邏輯的控制方法，其基本原理是，首先觀察車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和控制車輪制 動(dòng)的控制量 (如油壓等 )之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，制訂出能夠使車輪處于最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 控制規(guī)則，在制動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)所制訂的經(jīng)驗(yàn)控制規(guī)則來確定控制車輪制動(dòng)的控制量 的大小，達(dá)到控制車輪運(yùn)動(dòng)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(duì)象的數(shù)學(xué) 模型來進(jìn)行控制的，它也是一種基于經(jīng)驗(yàn)的控制方式。 制方法以滑移率作為 控制目標(biāo)，直接得出控制量和控制目標(biāo)的偏差之間的關(guān)系。但 制方法在控 制中需要得到實(shí)際的車速信號(hào)，車速信號(hào)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(duì)象模型來解決復(fù)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(dòng)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?，給出制動(dòng)過程 的數(shù)學(xué)模型和一個(gè)最優(yōu)性能指標(biāo)， 17 找出一個(gè)最優(yōu)控制函數(shù)使系統(tǒng)由初始狀態(tài)到終 止?fàn)顟B(tài)的過程中性能指標(biāo)為最小?，F(xiàn)代控制理論對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，要求建立 精確的線性數(shù)學(xué)模型。而汽車的制動(dòng)過程是一個(gè)非線性的系統(tǒng)。應(yīng)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(dòng)過程精確的數(shù)學(xué)模型難于建 立，并且控制算法復(fù)雜，應(yīng)用起來有一定的局限性。 滑?？刂剖亲兘Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特殊情況， 變結(jié)構(gòu)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?？刂品绞絼t是將控制切換開關(guān)定義在滑模表面上，一 是狀態(tài)到達(dá)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(diǎn)，引入開 關(guān)函數(shù)，滑模在滑模表面上切換，這時(shí)與系統(tǒng)的干擾、系統(tǒng)參數(shù)不確定性無關(guān)。 根據(jù)現(xiàn)代控制理論對(duì)汽車電子防抱制動(dòng)的控制， 可以提出多種先進(jìn)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(jié)構(gòu)控制方式”等。 根據(jù)對(duì)其控制模型的計(jì)算分析表明，這些控制方式來實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)，將具有極其 優(yōu)異的防抱制動(dòng)性能。然而，為了獲取數(shù)學(xué)模型中所需的相關(guān)控制參數(shù)及狀態(tài)變 量，均需準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地確定車體的運(yùn)動(dòng)速度。汽車在運(yùn)動(dòng)過程中，車速與輪速并不 相等，通過輪速間接求取車速，在準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)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(dá)等 )由于成本太高而不能 采用。另外，實(shí)現(xiàn)這些控制方案的電伺服機(jī)構(gòu)也比較復(fù)雜。因而，品實(shí)際應(yīng) 用上述方案的不多。 速信號(hào)中斷處理流程圖的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)速信號(hào)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(shè)計(jì)的題目是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用 1） 由 3 所示： 20 圖 13 2） 由 4 所示： 圖 14 仿真曲線的對(duì)比如下圖 15 所示： 21 圖 15 22 結(jié) 論 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在 學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)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(xué)生，需要學(xué)習(xí)的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)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?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做 了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)學(xué)習(xí)取得的一點(diǎn)點(diǎn)成果。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學(xué)習(xí)和補(bǔ)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(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的 付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)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?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué) 的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 24 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 研究與探討 北京：科學(xué)出版社， 2] 黃長藝 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 3] 周宏甫 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 4] 姜繼海，宋錦春，高常識(shí) . 防抱 死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 工作原理 5] 張春林，曲繼方，張美麟 機(jī)械工業(yè)出版社， 6] 錢平 . 加工專機(jī)應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社， 7] 張遼遠(yuǎn) . 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 8] 基恩士傳感器選擇手冊(cè) 2010 版本 [9] 黃長藝，嚴(yán)普強(qiáng) 機(jī)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(yuǎn) . 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)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(xué)出版社， 14] 劉延俊 機(jī)械工業(yè)出版社， 15] 章宏甲，黃誼，王積偉 . 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 的逆向設(shè)計(jì) 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(dòng)系統(tǒng)輪速信 號(hào)采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新 . 高等教育出版社， 18] 孫靖民 機(jī)械工業(yè)出版社， 19] 王勇領(lǐng) 北京 :清華大學(xué)出版社， 20]of a 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 指導(dǎo)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(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) .............................. 1 題研究的內(nèi)容 .............................................. 2 第二章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) ................. 4 動(dòng)防抱死系統(tǒng)的基本組成 .................................... 5 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成 .................................... 7 制器 .............................................. 9 速傳感器 ......................................... 10 動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 ..................................... 10 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 .............................. 12 抱死控制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式 ................................. 12 參數(shù)控制 ............................................ 13 參數(shù)控制 ............................................ 13 動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 ....................................... 13 抱死系統(tǒng)的制動(dòng)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(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................ 15 子控制單元的組成 ......................................... 16 源電路 ................................................... 17 門狗電路 ................................................. 17 輪制動(dòng)器的選擇 ........................................... 18 第四章 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn) ........................ 20 第五章 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................ 21 速信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì) ....................................... 22 速信號(hào)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(hào)采集處理系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) ........................ 25 結(jié)論 ............................................................. 26 致謝 ............................................................. 27 參考文獻(xiàn) ......................................................... 28 I 摘 要 本文介紹了防抱死制動(dòng)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(shè)計(jì)了汽車輪速信號(hào)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(duì)該算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析；通過仿真試驗(yàn)，證明了硬件設(shè)計(jì)和軟件算法的正確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，通過本次的關(guān)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望能對(duì)以后的關(guān)于汽車輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到一定的參考作用和價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 防抱死制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng) (制的核心部分是電子控制單元 (個(gè)車輪速度信號(hào)計(jì)算得到 4個(gè)輪速 ,在此基礎(chǔ)上 ,進(jìn)一步計(jì)算車輪的加減速度 ,估算汽車車身速度 ,從而得到滑移率 ,進(jìn)行路面識(shí)別等。把這些信號(hào)加以分析后 ,從而實(shí)現(xiàn)其對(duì)制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)。因此 ,準(zhǔn)確的車輪速信號(hào)的取得是 效控制的前提和關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)了輪速采集的軟硬件提出的輪速算法無論在低速時(shí)測(cè)量還是高速時(shí)測(cè)量 ,都有比較好的測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性?；?處理器開發(fā)的嵌入式防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn) ,能在很大程度上提高控制器的可靠性和車輛的制動(dòng)性能。 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 置最早應(yīng)用在飛機(jī)和火車上，而在汽車上的應(yīng)用比較晚。鐵路機(jī)車在 制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過大，車輪就會(huì)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(huì)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(dòng)。 1908 年英國工程師 J. E. 出了“鐵路 車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無法將它實(shí)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(cè)》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險(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(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)沒有集成 電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到 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(dāng)年 請(qǐng)“機(jī)動(dòng)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(jì)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(jié)論，這是 名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 型機(jī)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(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y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(jī) —— ，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 1000 個(gè)，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(quán)及 域的研發(fā)成 果， 1975 年 統(tǒng)的開發(fā)計(jì)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(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)。兩家德國車廠奔馳與寶馬 于 1978 年底決定將 項(xiàng)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(chǎng)。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(chǎng)上的正面響應(yīng)， 跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)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(gè)。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(biāo)準(zhǔn)配備。 也反映了現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展?；诨坡实目刂扑惴ㄈ菀讓?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 成本問題。隨著體積更小、價(jià)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(zhǔn)確而快速。全電制動(dòng)控制系統(tǒng) 未來制動(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(dòng)能源問題，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)車輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)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(dòng)時(shí)防止車輪打滑，使車 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， 3 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)力過大，則產(chǎn)生打滑，當(dāng) 過傳感器將非驅(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)車輪滑移率及車輪減、加速度，當(dāng)滑移率或減、加速度超過某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開開關(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，壓力稍稍過大， 車輪就會(huì)抱死。為此利用 磁閥對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長增 壓或減壓，以達(dá)到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動(dòng)力，也可保持行駛 的穩(wěn)定性。 題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)出發(fā)，然后具體細(xì)化出它的硬件方面的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)和軟件方面的設(shè)計(jì)，其主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì) 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì) 2、 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn) 3、對(duì) 速信號(hào)采集處理系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì) 4、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) 第二章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 總體設(shè) 計(jì) 動(dòng)防抱死系統(tǒng)的基本組成 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成 制器 通常， 動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置及制動(dòng)控制電路等組成的，如下圖。制動(dòng)過程中， 不斷地從傳感器 1 和 5 獲取車 輪速度信號(hào)，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(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 2 不參與工作，制動(dòng)主缸 7和各制動(dòng)輪缸 9 相通，制動(dòng)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(gè)車輪 (假設(shè)為左前輪 )即將抱死拖滑，它即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動(dòng)主缸與左前制動(dòng)輪缸的通道，使左前制動(dòng)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(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動(dòng)輪缸與儲(chǔ)液室或儲(chǔ)能器 (圖 中未畫出 )的通道，使左前制動(dòng)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(cè)車速，給 于滑 移率控制方式。在汽車制動(dòng)時(shí)，獲得汽車減速度信號(hào)。其工作原理為 :感應(yīng)輪子上面固定的一個(gè)點(diǎn)的速度然后反饋給中控系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算從而得出輪子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速也就是車速了。 因?yàn)槠囋诟吒街禂?shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度大 ,在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度小，因而該信號(hào)送入 以對(duì)路面進(jìn)行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當(dāng)判定汽車行駛在雪地、結(jié)冰路等易打滑的路面上時(shí)，采取相應(yīng)控制措施，以提高制動(dòng)性能。多用于四輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) ,電子控制單元（ 接收輪速、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、液位等信號(hào)，分析 判定 車輪制動(dòng)狀態(tài)，需要時(shí)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報(bào)警、記憶、存儲(chǔ)、自診斷和保護(hù)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(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是 統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器， 一般都設(shè)在制動(dòng)總泵 (主 缸 )與車輪制動(dòng)分泵 (輪缸 )之間。 （ 1） 作用： 根據(jù) 控制指令， 自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)分泵 (輪缸 )的制動(dòng)壓力。 6 （ 2）分類 ① 根 據(jù)動(dòng)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(jié)構(gòu)關(guān)系分可以分為：分離式與整體式。 分離式：制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器自成一體，通過制動(dòng)管路與制動(dòng)總泵相連。具體的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器產(chǎn)品圖片如下圖 4 所示： 圖 4 抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 汽車防抱死制動(dòng)系 一定的控制方法， 通過電磁閥調(diào)節(jié)輪缸制動(dòng)壓力， 以獲得最高的縱向附著系數(shù)和較高的側(cè)向 附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動(dòng)狀態(tài)，由此可知，車輪速度的正確檢測(cè)是防抱死制動(dòng) 系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。發(fā)達(dá)國家已普遍使用 輪速信號(hào)處理的方法以硬件和軟件 的形式作為 內(nèi)對(duì)輪速信 號(hào)的處理大多存在可靠性差、輪速識(shí)別的門檻值過高的問題。 抱死控制動(dòng)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(cè)速雷達(dá) )、輪速傳感器、控制裝置 (電腦 )和執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hào)輸入電腦，由電腦計(jì)算出實(shí)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(dòng)器的制動(dòng)力。這種曳速傳感器常用多普勒測(cè)速雷達(dá)。當(dāng)汽車行駛時(shí)，多普勒雷達(dá)天線以一定頻率不斷向地面發(fā)射電磁波，同時(shí)又接收反射回來的電磁波，測(cè)量汽車?yán)走_(dá) 發(fā)射與接收的差值，便可以準(zhǔn)確計(jì)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(dòng)，它是一個(gè)脈沖電機(jī)，所產(chǎn)生的頻率與輪速成正比。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調(diào)整制動(dòng)力，以便保持理想的滑移率。 這種 抱制動(dòng)性能好，但由于增加了一個(gè)測(cè)速雷達(dá)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。 參數(shù)控制 它以控制車輪的角減速度為對(duì)象，控制車輪的制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由輪速傳感器、控制器 (電腦 )及電磁閥組成。為了準(zhǔn)確無誤地測(cè)量輪速，傳感頭與車輪齒圈間應(yīng)留有 1為避免水、泥、灰塵對(duì)傳感器的影響，安裝前應(yīng)將傳感器加注黃油。電磁閥用于車輪制動(dòng)器的壓力調(diào)節(jié)。 對(duì)于四通道制動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)車輪圈有一個(gè)電磁閥 ;三通道制動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)前輪擁有一個(gè)，兩個(gè)后輪共用一個(gè)。電磁閥有三個(gè)液壓孔，分別與制動(dòng)主缸與車輪制動(dòng)分缸相連，并能實(shí)現(xiàn)壓力升高、壓力保持、壓力降低的調(diào)壓功能。 動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)圖的確定 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡(jiǎn)稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由 8 個(gè) 2 位 2 通調(diào)壓電磁閥、1 個(gè)雙聯(lián)式電動(dòng)液壓柱塞泵、 2 個(gè)儲(chǔ)液室、 2 個(gè)低壓儲(chǔ)能室、 1 個(gè)電動(dòng)液壓泵和幾個(gè)單向閥等組成。電動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信 號(hào)輸入 液壓調(diào)節(jié)閥通過管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)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(chǔ)能器： 2－液壓柱塞泵； 3 一電動(dòng)機(jī)： 4－嘴業(yè)動(dòng)土缸儲(chǔ)液室； 5－制動(dòng)主缸： 6 一儲(chǔ)液室； 7 一進(jìn)液電磁閥 （常開）； 8 一出液電磁閥 （常閉） 防抱死制動(dòng)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(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)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(dòng)燈開關(guān)燈輸入的信號(hào)，對(duì)制動(dòng)過程中被控車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)需要對(duì)壓力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行，使壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)被控車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行保持、減少、和增大調(diào)節(jié)，并根據(jù)反饋信號(hào)修正控制指令，另外它還具有對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的功能， 障時(shí)點(diǎn)亮，向駕駛員發(fā)出警告信號(hào)。具體的系統(tǒng)圖如下圖 6 所示：圖 6 抱死系統(tǒng)的制動(dòng)過程 壓過程 通過真空助力器與制動(dòng)主缸建立制動(dòng)壓力。所有電磁閥均不通電制動(dòng)壓力進(jìn)入各車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時(shí)同常規(guī)制動(dòng)）， 直到電子控制單元(過計(jì)算得知車輪有抱死傾向?yàn)橹埂? 壓過程 當(dāng) 讓出液電磁閥繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，該制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液壓被封閉而使制動(dòng)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(shí) （進(jìn)液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導(dǎo)通），該制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)通過出液電磁閥流入低壓儲(chǔ)能室，使制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之減小。 與此同時(shí)液壓泵也開始工作，把低壓儲(chǔ)能室的制動(dòng)液重新泵回制動(dòng)主缸以補(bǔ)償制動(dòng)踏板行程損失，此時(shí)制動(dòng)踏板出現(xiàn)抖動(dòng) （有抬升或反彈感），車輪抱死程 度降低，輪速上升。 此過程結(jié)束液壓泵隨之掉電停止運(yùn)行。 壓過程 10 為了達(dá)到最佳制動(dòng)效果，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后（與設(shè)定的門限值比較）進(jìn)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(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液就會(huì)通過進(jìn)液電磁閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸，該制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之增大，輪速再次被制動(dòng)而下降。 通過保壓、降壓、增壓為一個(gè)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(jì)算分析判斷，并發(fā)出指令使伺服電磁閥相應(yīng)動(dòng)作。 源電路 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) 50～ 100V，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 能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的 24V 電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱C(jī) 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(jī)對(duì)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(yīng)而產(chǎn)生的自激。 來減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。 11 圖 7 門狗電路 設(shè)置看門狗電路是為了防止程序運(yùn)行中進(jìn)入死循環(huán)，它隨時(shí)檢測(cè)中央處理器是否正常工作。當(dāng)需要中央處理器工作時(shí)，任何一個(gè)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(jìn)行運(yùn)行。內(nèi)未被觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)器將保持清零，并不級(jí)數(shù)，一單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，計(jì)數(shù)器將又開始計(jì)數(shù)， 50 納秒脈沖信號(hào)即可被檢測(cè)到。圖 8 即為本次設(shè)計(jì)的看門狗電路。 圖 8 輪制動(dòng)器的選擇 12 汽車用車輪制動(dòng)器分為鼓式和盤式兩種。它們的區(qū)別在于前者的摩擦副中的 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，所以僅對(duì)盤式進(jìn)行纖細(xì)介紹。 鉗盤式車輪制動(dòng)器 鉗盤式車輪制動(dòng)器廣泛地應(yīng)用在轎車和輕型貨車上。它 的優(yōu)點(diǎn)是散熱良好，熱衰退小，熱穩(wěn)定性好，最適于對(duì)制動(dòng)性能要求高的轎車前 輪制動(dòng)器。本系統(tǒng)前后輪均采用鉗盤式制動(dòng)器。 鉗盤式車輪制動(dòng)器分固定式制動(dòng)鉗制動(dòng)器與浮動(dòng)式制動(dòng)鉗制動(dòng)器，本 系統(tǒng)選用浮動(dòng)式制動(dòng)鉗制動(dòng)器，圖 3浮動(dòng)式制動(dòng)器的示意圖。它的特點(diǎn)是制 動(dòng)鉗體在軸向處于浮動(dòng)狀態(tài)，輪缸布置在制動(dòng)鉗的內(nèi)側(cè)，且數(shù)目只有固定式的一 半，為單向輪缸。制動(dòng)時(shí)利用內(nèi)摩擦片的反作用力推動(dòng)制 動(dòng)鉗體移動(dòng)，使外側(cè)的 摩擦片也繼而壓緊制動(dòng)盤，以產(chǎn)生制動(dòng)力。它的外側(cè)無液壓件，不會(huì)產(chǎn)生氣阻， 且占據(jù)的空間也小，還可以利用內(nèi)側(cè)活塞附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(dòng)式制動(dòng)鉗在其支架上滑動(dòng)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(dòng)鉗易實(shí)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(dòng)器如下圖 9,圖 10 所示： 13 圖 9 圖 10 第四章 14 常用的輪速計(jì)算方法有三種： 法。 測(cè)速法是在稍大于規(guī)定時(shí)間 的某一時(shí) 間 內(nèi)，分別對(duì)光電碼盤輸出的脈沖個(gè)數(shù) 和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù) 進(jìn)行計(jì)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(shí)鐘脈沖的頻率。的開始的結(jié)束都應(yīng)當(dāng)正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，這樣就可保證檢測(cè)的精度。采用 片機(jī)時(shí)，可如圖六所示，采用一個(gè) 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(gè) 速輸入單元 用中斷工作方式，應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹袛喾?wù)程序，得出時(shí)間 ， ，利用定時(shí)器 2 進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過適當(dāng)?shù)某绦蛲瓿? 法測(cè)速的功能。 16 第五章 速信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì) 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有其自身的特 點(diǎn)，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(gè)重要的特點(diǎn)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(jí)，這樣對(duì)控制算法有很大的限制，復(fù)雜的算法將無法實(shí)現(xiàn)。或?qū)? 用系統(tǒng)的硬件成本太高，而太簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)，均能使車輪獲得盡可能大的縱向制動(dòng)力和防 側(cè)滑力，同時(shí)使車輪的制動(dòng)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(duì)象，以頻率法或 根軌跡法作為系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。 控制系統(tǒng)中的被控制對(duì)象是汽車的 制動(dòng) 程，它是一個(gè)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(chǔ)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(yàn)和邏輯的控制方法，其基本原理是，首先觀察車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和控制車輪制 動(dòng)的控制量 (如油壓等 )之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，制訂出能夠使車輪處于最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 控制規(guī)則，在制動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)所制訂的經(jīng)驗(yàn)控制規(guī)則來確定控制車輪制動(dòng)的控制量 的大小，達(dá)到控制車輪運(yùn)動(dòng)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(duì)象的數(shù)學(xué) 模型來進(jìn)行控制的，它也是一種基于經(jīng)驗(yàn)的控制方式。 制方法以滑移率作為 控制目標(biāo)，直接得出控制量和控制目標(biāo)的偏差之間的關(guān)系。但 制方法在控 制中需要得到實(shí)際的車速信號(hào)，車速信號(hào)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(duì)象模型來解決復(fù)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(dòng)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(dòng)過程 的數(shù)學(xué)模型和一個(gè)最優(yōu)性能指標(biāo)， 17 找出一個(gè)最優(yōu)控制函數(shù)使系統(tǒng)由初始狀態(tài)到終 止?fàn)顟B(tài)的過程中性能指標(biāo)為最小?，F(xiàn)代控制理論對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，要求建立 精確的線性數(shù)學(xué)模型。而汽車的制動(dòng)過程是一個(gè)非線性的系統(tǒng)。應(yīng)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(dòng)過程精確的數(shù)學(xué)模型難于建 立，并且控制算法復(fù)雜，應(yīng)用起來有一定的局限性。 滑?？刂剖亲兘Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特殊情況， 變結(jié)構(gòu)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?？刂品绞絼t是將控制切換開關(guān)定義在滑模表面上，一 是狀態(tài)到達(dá)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(diǎn)，引入開 關(guān)函數(shù)，滑模在滑模表面上切換，這時(shí)與系統(tǒng)的干擾、系統(tǒng)參數(shù)不確定性無關(guān)。 根據(jù)現(xiàn)代控制理論對(duì)汽車電子防抱制動(dòng)的控制， 可以提出多種先進(jìn)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(jié)構(gòu)控制方式”等。 根據(jù)對(duì)其控制模型的計(jì)算分析表明，這些控制方式來實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)，將具有極其 優(yōu)異的防抱制動(dòng)性能。然而，為了獲取數(shù)學(xué)模型中所需的相關(guān)控制參數(shù)及狀態(tài)變 量，均需準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地確定車體的運(yùn)動(dòng)速度。汽車在運(yùn)動(dòng)過程中，車速與輪速并不 相等，通過輪速間接求取車速，在準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)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(dá)等 )由于成本太高而不能 采用。另外，實(shí)現(xiàn)這些控制方案的電伺服機(jī)構(gòu)也比較復(fù)雜。因而，品實(shí)際應(yīng) 用上述方案的不多。 速信號(hào)中斷處理流程圖的確定 根據(jù)分析，得出轉(zhuǎn)速信號(hào)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(shè)計(jì)的題目是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用 1） 由 3 所示： 20 圖 13 2） 由 4 所示： 圖 14 仿真曲線的對(duì)比如下圖 15 所示： 21 圖 15 22 結(jié) 論 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在 學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)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(xué)生，需要學(xué)習(xí)的地方還有很多。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)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?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做 了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)學(xué)習(xí)取得的一點(diǎn)點(diǎn)成果。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，有很多地方需要學(xué)習(xí)和補(bǔ)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(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的 付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)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?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué) 的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 24 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 研究與探討 北京：科學(xué)出版社， 2] 黃長藝 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 3] 周宏甫 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 4] 姜繼海，宋錦春，高常識(shí) . 防抱 死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 工作原理 5] 張春林，曲繼方，張美麟 機(jī)械工業(yè)出版社， 6] 錢平 . 加工專機(jī)應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社， 7] 張遼遠(yuǎn) . 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速信號(hào)采集處理系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 8] 基恩士傳感器選擇手冊(cè) 2010 版本 [9] 黃長藝，嚴(yán)普強(qiáng) 機(jī)械工業(yè)出版社， 10] 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