《汽车ABS电控系统设计教案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车ABS电控系统设计教案.pdf（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、汽 车 A B S 电 控 系 统 设 计 教 案(总2 0 页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-研究生课程考试答题册研究生课程考试答题册考试课程汽车电子及电气传动技术题目汽车 ABS 电控系统设计姓名学号学院指导老师得分：西北工业大学研究生院2汽车汽车 ABS 电控系统设计电控系统设计一汽车要安装 ABS 的必要性1.汽车的制动过程汽车的制动性：汽车制动性：汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。制动性评价指标：制动效能，制动距离与制动减速度；制动效能的恒定性，抗热衰退性能；制动时汽车的方向稳定性，制动时
2、汽车不发生跑偏、测滑以及失去转向能力的性能。汽车制动时的运动制动时汽车受力分析汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力的作用。汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转弯时所受到地面给汽车的力如图(1-1)所示。其中 Fx 为地面作用在每个车轮上的地面制动力，其大小取决于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。Fy 为地面作用在每个车轮上的侧滑摩擦力，侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷，当车轮抱死时，侧滑摩擦力将变得很小，几乎为零。汽车直线制动时，若受到横向干扰力的作用，如横向风力或路面不平，汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向，如图 1-1(a)
3、所示。若汽车在转弯时制动或在制动时转弯，也将产生侧滑摩擦力使汽车能够转向，如图 1-1(b)所示。图汽车直线和转弯制动时的平面受力简图汽车单车轮在良好的硬路面上制动时受力状况如图(1-2)所示。图中 T是制动器制动盘与制动钳之间的摩擦力矩；Fxb 是轮胎与地面之间作用的地面制动力；G 是汽车车体作用于车轮的垂直载荷；Ft 是车轴作用于车轮的推力；N是地面对车轮的法向反作用力；是车体速度；是车轮转动角速度；r 是车轮半径。3图 1-2单个车轮在制动时的受力分析Tu 车轮制动器中摩擦片与制动鼓相对滑动时的摩擦力矩，单位。Fxb 是地面制动力W 是车轮垂直载荷。Tp 是车轴对车轮的推力。Fz 是地面
4、对车轮的法向反作用力图 1-3路面制动力、制动器制动力及路面附着力之间的关系从图中可见，当制动管路压力 P 或制动踏板力 Fp 较小，未达到某一极限值时，制动器摩擦力矩不大，路面与轮胎间的摩擦力(路面制动力)足以克服制动器摩擦力矩而使车轮转动，此时路面制动力的值与制动器制动力的值相等，且随制动踏板力的增长成正比地增长。当制动系管路压力 P 上升到某一足够大的值时，路面制动力达到路面最大附着力，汽车车轮即抱死停转而出现拖滑现象，且路面制动力路面附着力之间的关系动力不再增加，但制动器制动力随着制动踏板力或制动系统压力的增加而继续增大。由此可知，汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面
5、附着条件的限制。只有当汽车具有足够的制动器制动力，同时又能提供高的附着力时，才能获得足够的路面制动力，保证较高的制动效果。4滑移率定义如果制动系制动力小于轮胎一道路附着力，则汽车制动时会保持稳定状态；反之，如果制动系制动力大于轮胎一道路附着力，则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。由于地面制动力受地面附着系数的制约，当制动器产生的制动系制动力增大到一定值(大于附着力)时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。滑移速度(实际车速与车轮滚动的圆周速度之间的差值)与实际车速的比值，即滑移率。滑移率 S 的定义式为:V-VwrwS 1-（1-1）VV式中S滑移率；V汽车的理论速度或车轮中心的速度(m/s)；汽车车轮
6、的角速度(rad/s)；r汽车车轮的滚动半径(m)。由上式可知:当车轮中心的速度(即汽车的实际车速)Vt 等于车轮的角速度和车轮滚动半径 r 乘积时，滑移率为零(S=0)，车轮为纯滚动；当=0 时，S=100%，车轮完全抱死而作纯滑动；当 0S100%时，车轮既滚动又滑动。滑移率与附着系数的关系图 1-4 给出车轮与路面纵向附着系数和横向附着系数随滑移率变化的典型曲线。从图中可以看出，如果能将车轮滑移率控制在 15%30%的范围内，则既可以使纵向附着系数接近峰值，同时又可以兼顾到较大的侧向附着系数。这样，汽车就能获得最佳的制动效能和方向稳定性。图 1-4滑移率与附着系数关系曲线图 1-5不同路
7、面纵向横向附着系数与滑移率的关系曲线5图(1-5)给出了不同类型路面上滑移率与附着系数之间的关系。由图(1-5)可以看出，各种路面上的变化的总体趋势是一致的。滑移率和附着系数之间的关系曲线随路面类型的不同，出现峰值的滑移率的取值也会不一样，并且对应不同路面类型的滑移率一纵向附着系数曲线在峰值附着系数后曲线下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在湿滑的路面上略微有些下降。一般干燥洁净的平整水泥、沥青路面纵向峰值附着系数高达，而冰雪路面的纵向峰值附着系数低至。如果这种差别随路面类型的不同变化比较明显，则在设计 ABS 系统控制方法时，就必须考虑到随路面类型的不同而采取不同的控制目标和策略。
8、若汽车在同一种类型路面上制动时的初速度不一样，车轮的纵向附着系数和滑移率之间的关系曲线也会略有不同，制动时的车速越高，车轮的纵向附着系数越低。汽车车轮抱死时运动情况车轮抱死时汽车所受到的侧滑摩擦力将会变的很小，这将使汽车制动时保持方向操纵性和方向稳定性的转弯力和侧向力变的很小，使汽车在制动时出现一些危险的运动情况。对 ABS 系统来说，就是要防止这些危险情况的出现。下面从汽车在一种路面上直线和转弯制动两方面简单讨论一下当车轮抱死时汽车的运动情况。图 1-6汽车直线制动车轮抱死时的运动情况6汽车在一种路面上直线运动制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 1-6所示。图 1-6(a)为只有前轮抱死时
9、，由于前轮的转弯力基本为零，无法进行正常的转向操作。驾驶员无法控制汽车的方向使汽车转向来避让前方的障碍物，这时由于汽车后轮不抱死，所以汽车仍具有侧向力来维持方向稳定性。图 1-6(b)为只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，汽车仍具有方向操纵性，但会因后轮抱死而失去方向稳定性使汽车侧滑。汽车不能保持原来的行驶方向，由于离心力和前轮转向力的作用，汽车将一面旋转一面沿曲线行驶(这种运动叫外旋转)。图 1-6(c)为前后车轮全部抱死时时转弯力和侧向力都为零，这种状态很不稳定，路面不均匀、左右轮地面制动力不相等时，即使对汽车施加很小的偏转力矩，汽车就会产生不规则运动而处于危险状态，在不规则旋转的过程中
10、将制动释放，汽车就会沿着瞬时行驶方向急速驶出，这也是很危险的。从上面对出现这些危险运动情况的简单分析可以看出，制动时车轮抱死导致汽车出现各种危险运动情况，实质上是汽车因失去相应的维持本身方向稳定性方向操纵性的侧滑摩擦力而使汽车出现这些运动情况，即车轮抱死导致汽车的侧滑摩擦力为零。车轮的抱死程度和汽车的地面制动力及汽车的侧滑摩擦力之间存在一定的关系，ABS 之所以能防止汽车制动时出现危险的运动情况，就是根据这个关系来调整车轮的运动状态。二汽车二汽车 ABSABS 系统的硬件设计系统的硬件设计防抱死系统的基本组成 ABS 系统主要由传感器、电子控制单元(ECU)和电磁阀三部分组成，其系统原理结构组
11、成图如图(2-1)所示。传感器一般安装在车轮上以测量车轮的转速，传感器一般为磁电感应式。ABS 工作时 ECU 接收传感器送来的车轮信号，一般为符合 ECU 电压要求的矩形电压波，然后固化在 ECU 中的程序根据各个车轮的速度来决定对各个车轮的制动液压力如何调节，并输出相应的控制信号给各个车轮的液压控制单元。液压控制单元接收到信号后对车轮分泵的压力进行调节。传感器的作用是为 ECU 提供车轮的运动情况，ECU 是 ABS 系统的控制中心，ECU 中固化的程序实际上是 ABS 的控制方法，而液压控制单元是 ABS 控制方法的执行机构。轮速传感器是汽车轮速的检测元件，它能产生频率与车轮速度成正比的
12、近似正弦电信号，ABS 控制单元根据处理后的信号计算车轮速度。电子控制单元是整个防抱死制动系统的核心控制部件，它接受车轮速度传感器送来的频率信号，通过计算与逻辑判断产生相应的控制电信号，操纵电磁阀去调节制动压力。定性的来说，就是当车轮的滑移率不在控制范围之内时，ECU 就输出一个控制信号，命令电磁阀打开或闭合，从而调节制动轮缸压力，使轮速上升或下降，将汽车车轮滑移率控制在一定范围之内，实现汽车的安全、可靠制动。电子控制单元原理图如图(2-2)所示。电磁阀是防抱死制动系统的执行部件，在没有控制信号的情况下，该制动系统相当于常规制动系统，直接输出最大制动压力；当 ECU 向电磁阀发出控制信号时，电
13、磁阀动作，对轮缸压力进行调节，从而调节车轮的滑移率，使制动力在接近峰值区域内波动，但又不达到峰值制动力，实现最佳制动效率。7 ABS 就是在汽车制动过程中不断检测车轮速度的变化，按一定的控制方法，通过电磁阀调节制动轮缸压力，以获得最高的纵向附着系数，使车轮始终处于较好的制动状态。1.前轮速度传感器2.制动轮缸 3.制动压力调节装置电控单元警示灯6.后轮速度传感器 7.停车灯开关8.制动主缸 9.比例分配阀 10.蓄电池 11.点火开关图 2-1ABS 系统的组成图图 2-2电子控制单元原理结构图防抱死制动系统的布置形式 ABS 系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。如果对某车
14、轮的制动压力可以进行单独调节，称这种控制方式为独立控制；如果对两个(或两以上)车轮的制动压力一同进行调节，则称这种控制方式为一同控制。在两个车轮的制动压力进行一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这种控制方式为按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，8则称这种控制方式为按低选原则一同控制。由于三通道四传感器式 ABS 在现在汽车上最常用，故本设计选三通道四传感器式 ABS 即四轮速传感器，三通道，前轮独立，后轮低选控制。（1）（2）图 2-3三通道四传感器式 ABS 及其常用布置形式四轮 ABS 大多为三通道系
15、统，而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制，其布置形式见图 2-3。图(1)所示的按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的，实际上仍是三通道 ABS。由于三通道 ABS 对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。.汽车紧急制动时会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加，后轴荷减小)，使得前轮附着力比后轮的附着力大很多(前置驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的 70%80%)。对前轮制动
16、压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。防抱死制动系统轮速传感器选择转速传感器的功用是检测车轮的速度，并将速度信号输入 ABS 的电控单元。下图图(2-4)所示为转速传感器在车轮上的安装位置。图 2-4传感器在车轮上安装位置霍尔轮速传感器9霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成，永磁休的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如图(2-5)所示。当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮
17、转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mv)级的准正弦波电压.此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高口其响应频率高达 20kHz，相当于车速为 1000km/h 时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此霍尔传感器广泛应用于 ABS 轮速检测。霍尔式轮速传感器与电磁感应式轮速传感器比较具有以下优点：随着轮速的变化，输出信号的幅值是不变的；频率响应高，响应频率高达 20khz，用于ABS 系统中可检测到约 1000Km/h 速度信号，远远满足使用要
18、求；抗电磁干扰能力强，由于输出信号在整个轮速范围内不变，而且幅值较高，所以抗电磁干扰能力很强。图 3-5霍尔轮速传感器示意图鉴于霍尔传感器的优点，本设计采用霍尔轮速传感器。图 2-6 霍尔开关型传感器其结构原理图及在 ABS 系统中的接线图电子控制单元设计汽车防抱死制动系统是一个典型的计算机控制系统，其核心部分是电子控制单元。它一方面负责将传感器信号 A/D 转换或将数字输入信号采集到计算机的内存中去进行分析处理，另一方面要将控制命令通过 D/A 转换或数字输出去驱动作动系统，而电子控制单元内部 CPU 通过软件编程来实现各种控制算法，10所以电子控制单元是控制系统的关键，它的实现取决于所选取
19、的计算机的类型。相对于 ABS 系统，对基于车轮滑移率的控制方式而言，输入电子控制单元的信号是速度脉冲，它由传感器采集感应出正弦信号，经过模拟电路的滤波整形修正为标准的系列方波信号，然后通过单片机的定时/计数器端口或数字输入端口输入到单片机内存中去。单片机内部的微处理芯片将输入的各个轮速信号按一定的算法进行计算，如计算车辆参考速度和车轮角减速度，根据这些值的大小确定出相应的控制命令，即压力增加、压力减小及压力保持，然后将控制信号通过数字输出端口输出，经过模拟电路的驱动功率放大就可以直接驱动电磁阀，进而控制制动压力；同时输出的信号中还包括报警指示等。80C196KC 最小系统简介本文中单片机选用
20、 MCS 系列产品中的 80C196KC。80C196 高性能 16 位单片机是 INTEL 公司继 8096KC 后最新推出的 CHMOS 型 16 位高性能单片机，它特别适合要求很高的实时控制场合。目前，已成功地应用于汽车上，诸如点火燃料等控制系统。CHMOS 芯片耗电少，除正常工作外还可工作于两种节电方式：待机方式和掉电方式，进一步减少了芯片的功耗，MC-96 家族中的全部成员都享用一套指令系统，有一个共同的 CPU 组织结构。80C196KC 的内部 EPROM/ROM 为 8K 字节，内部 RAM 为 232 字节，都可作为通用寄存器使用，加上 24 字节专用寄存器，相当于有 256
21、 字节内部寄存器。在 ABS 的主控系统设计的软件编制中，就充分利用了其内部的通用寄存器。因为 ABS 系统作为一种实时控制，而整个制动过程在短短的几秒钟内必须完成，因此它对时间要求非常高；通过对所需采集数据分析，发现几种参数数量级分布较为集中，只需将每类参数量纲扩大100 倍，放入通用寄存器中供分析、计算，这样不但能保证控制参数的准确性(小数点后 2 位)，而且避免调用冗繁的四则运算子程序，使其算法更简洁，实时响应速度更快，更具合理性。图 2-7 为 80C196KC 单片机引脚图。11图 2-7 80C196K 单片机引脚图高速输入 HSI 部件 HSI 有四个输入端。变换检测器在 HSI
22、_MODE 寄存器控制下，可检测四种事件变化的方式，并把各输入端的状态寄存在 HSI_STATUS 寄存器中；HSI 用定时器 T1 作事件记录变化的时间基准源，把各个输入端的变化时刻记录在 FIFO中。保持寄存器与 FIFO 相连，通过 FIFO 把事件的时间值送入 HSI_TIME 中。这样，对 HSI_STATUS 和 HSI_TIME 寄存器的访问就能读取事件变化状态和发生时刻。HSI_MODE 寄存器控制变换检测器检测事件的方式。每两位组成一个方式控制。HSI_STATUS 寄存器表示的四个输入端的状态，每两位表示一个输入端：低位1：事件出现过；0：没出现。高位1：从 HIS_TIM
23、E 读取的事件，此时的输入端为高电平；0：从 HIS_TIME 读取的事件，此时的输入端为低电平。通常，对脉冲信号的记数就利用了检测 HSI_STATUSZH 状态变化次数的办法。而 ABS 系统中，使用了另一种方法:定时器 T2 也可看作一个 16 位的事件计12数器，其时钟源来自引脚，当引脚有跳变(包括正跳变和负跳变)时，其计数值加 1。定时器 2 与 HSO 单元配合使用，作为事件触发的时间基准，T2 的记数值存放在地址 OCH(低 8 位)和 ODH(高 8 位)的特殊功能寄存器中。当由轮速传感器送入的信号经输入级电路处理后，作为脉冲信号输入时，T2 就能对其进行记数，在中断服务程序中
24、读取记数寄存器的值，便能测出车轮转速。在实际应用中，汽车有四个轮速信号同时输入，数字控制器中没有足够多的计数器，就需要扩展一块 8253 芯片。8253 具有三个功能相同的 16 位减计数器，每个计数器的工作方式及记数常数分别由软件编程选择。这样，程序初始化时，设定好记数处值和方式控制字，在中断服务程序中就能同时读取四轮的轮速信号，因为每条指令占用时间非常短暂(以微秒计)，相对于中断时间(一般为几十毫秒)几乎可以忽略。因此，采用这种方式能够做到对四轮信号的同步测速。中断系统 MCS_96 给用户提供了八种型式的中断源，每种中断源都有相对应的中断向量与之对应。中断向量单元中存放的是中断服务程序的
25、入口地址，当允许中断时，任何一个中断源发出的中断请求，将迫使程序转至由对应的向 t 地址单元的内容所决定的起始地址去执行中断服务程序。CPU 对中断控制是通过对中断的特殊功能寄存器和总中断允许位的控制实现的。当跳变检测器检测到一个硬件中断时，则置位中断登记寄存器 TNT_PEND中相应的位，通过读寄存器 INT_PEND，能确定在任意给定的时间里哪个中断源发出中断；而每个中断源都可以通过对中断屏蔽寄存器 INT_MASK 相应位的置位和复位而开放或禁止中断。即某一位为 1 则开放相应的中断源；为 0 则禁止相应的中断源。中断登记寄存器和中断屏蔽寄存器中各个中断源的位置是一样的，其各位定义如下：
26、0：定时器溢出 4：1：A/D 转换结束 5：软件定时器2：HSI 数据有效 6：串行口 3：HSO 事件 7：外部中断一个中断请求能被响应，必须具备以下的条件：首先用 E1 指令开放全部中断；中断登记/屏蔽寄存器对应位置 1。CPU 响应完中断，执行中断服务程序后，用 POPF 或 RET 指令将断点地址送回。高速输出 HSO 部件高速输出 HSO 的功能是能够在预定的时刻触发某一事件。这些事件包括:改变 6 条输出线(HSO.0HSO.5)上的电平信号、启动 A/D 转换、使定时器 2复位以及触发 4 个软件定时器中断等。由于 HSO 主要由专门的硬件来实现对事件的触发，因此，与普通输出端
27、比，具有占用 CPU 开销少、速度高、使用灵活13方便等特点。HSO 的输出引脚共有 6 条即，和为双向引脚，分别与和复用，此两条引线可同时设置为 HSI 输入允许和 HSO 输出允许。与 HSO 相关的特殊功能寄存器有：定时器 T1，定时器 T2,HSO 时间寄存器等。本文，结合上面介绍的中断原理，利用 HSO 产生软件定时中断，以下将着重介绍命令和时间寄存器的使用。命令寄存器各位定义如下：CAMLOCK：锁定 CAM 事件TMR2/TMR1：定时器 1/定时器2SET/CLEAR：置位/清除 HSO 脚INT/INT：中断/不中断CHANNEL：00000101 分别为输出；0110 为和
28、同时输出；0111 为和同时输出；10001011 为定时器 T0T3；11001101 保留；1110 为复位定时器 2；1111 为启动 A/D 转换 HSO 时间寄存器 HSO-TIME 用来放在所设置事件触发时刻值。值得注意的是使用 HSO-TIME 时，即使需立即触发事件，也立考虑硬件执行时间，因此，送往HSO-TIME 中的立即数最小都应为 0003H。时钟电路和复位电路设计时钟电路设计时钟频率是单片机器各个部分运行的基准，它使各部分有条不紊的按节奏工作。时钟电路直接影响单片机运行的速率，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。时钟状态周期：T 21)110-6 0.125us
29、 (2-16图2-8时钟电路图图 2-9 复位电路图14复位电路设计复位是单片机的初始化操作，在复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期的低电平就可使单片机复位。单片机复位有 3 种情况：上电复位，定时器溢出和执行复位信号。型单片采用 74HC09 集电极开路的与门电路(OC 门)，其优点是能在脱机状态下依然仍准确输出高低电平信号；同时输出端可以直接接负载。电源设计电子控制单元的核心是单片机，其对供电电源的要求很高。而蓄电池的电压是不稳定的，大电感用电器在断开时会在电路中产生高频振荡电磁波，峰值可达到 280V，同时点火电路造成的负脉冲电压峰值可达 50l00V，并在电气系统中以一定频率出现
30、。因此，设计电源时必须考虑这些问题，图(2-10)为电源电路。图 2-10为电源电路它能把蓄电池提供的不稳定的 24V 电压变为可供单片机 80C196KC 使用的高稳定电压。此电压变换电路采用 H7805 集成三端稳压器和 H8715 稳压模块。三端稳压电源输出电流为 100mA-3A，稳压系数为%，纹波抑制比为 5668dB，能够较好的满足单片机对电压的需求。给 CPU 供电，需要 5V，而外部供的是 24V，需要变换。电是从 JP1 这个座上供进来。一进来后，JP2 这个座接地，是 24V 的负端我们在 24V 到地之间接了一个电容，其作用是如果供电的这两根线可能距离比较长，有可能会受到
31、外界 50HZ 工频电。然后，经过了 D3这个二极管供到了 C6 这个电容。这个 D3 二极管起的作用是，如果供电时将不小心将电源接反了，不会伤害后面的线路。在 C6 电容两端这个电大约是，假定这个二极管管压降是。然后是用 R24 和 C12，C7 进行串联构造了一个 RC 滤波器。R24 因为给 CPU 供的电都要从这个电阻上流过，所以专门选了一个功率比较大的 2W5O。然后 RC 滤波中选用了一个电解电容 C7 和独石电容 C12 并联，电解电容的容量比较大是 100 微法，而这个独石电容容量比较小是 104 的（10*104PF）。为什么用两个电容并联？电解电容能提供较大的容量，但它的高
32、频响应性不好，当信号波动达到 1KHZ 后，它就有点反应不过来了，如果我们把电解电容也用等效电路来代替时，发现它已不是一个电容，里边也是有电感电阻的，不是一个纯电容。而独石电容就能在很宽的范围内比方说几 MHZ 范围内，低于 10MHZ 以下都会表现为纯电容，它的高频响应性较好。那么我们就把高频的独石电容和大容量的电解电容进行并联，这样我们可以获得又有很好的高频响应性，又有很大的容量。在频率不是特别高时可以获取这样的特性，使15得这个 RC 滤波范围很宽。否则，如果去掉独石电容，仅 R24 与 C7 电解电容构成一个滤波，但由于电解电容不是一个的纯粹的电容，所以滤波性能不是很好。经过了 RC
33、后，接下来 U16 这个器件叫做 7815 三端稳压器，它可以产生一个 15V，即从 18 或 24 伏产生一个 15V 的输出。使用这样一个芯片，我们可以把 24 伏变到 15 伏或 5 伏，可以给 CPU 供电了。为什么图中先产生一个 15 伏呢？这个 15 伏是先给我们那个驱动片供电的，MOS 管工作需 15 伏的电，而 CPU 只能输出 5 伏，得有一个 15 伏的电源。这边输出用了三个电容，其中两个是大容量的，一个是高频的，理由同上。D4 二极管的作用。数据手册中并未画这个二极管，但我们会在数据手册中看到一个推荐使用方式。这个二极管的作用是如果 C6 电容这个地方的电突然掉了，变成了
34、 0 伏，由于输出端有很多的电容，输出这边掉电后仍是 15 伏，输出变成了 0 伏，这时会损坏这个 7815 芯片，如果装了这个 D4。则出现以上情况时，输出电容上的电会全部通过此二极管泄放掉，这个二极管会保证 7815 的三号腿比这个一号腿的电压最多高伏，如果比伏大则通过二极管泄放掉。放过来后，会避免操作 7815 芯片。产生了 15 伏后，又用了一个 R25,2W5OM 的功率电阻，这个功率电阻的作用：一方面与后面的一个独石电容和一个电解电容组成的滤波网络，即这个15 伏可能有一个干扰，因为驱动芯片要用到这个 15 伏，而驱动芯片与功率器件密切相关，会有一个功率器件的干扰传到 15 伏上，
35、传到 15 伏后，再往后传时就可以通过这个 RC 滤波。另一方面，这个 R25 功率电阻(与刚才的 R24 一样有的作用)，对于 7805，输入是 15 伏，输出是 VDD 5 伏，那么 7805 要随 10 伏的压降，10 就比较厉害了，如果用 100 毫安的电，乘 10 伏即 1 瓦，发热量比较大。在这儿装一个 5 欧的电阻后，如果还是 100 毫安的电流，会在这个 5 欧姆也要穿过 100 毫安，那就是安乘 5 欧，即伏，到 7805 输入端就不是 15 伏，而是伏，所以 7805 本身只需要消耗伏，而不是 10 伏的压降了。当然，我们的系统设计时可能按 300 毫安设计，因为 7805
36、 能输出 1 安培，我现在降额到安，也满足降额。则乘以 10 伏，就是 3 瓦，而在输入端的功率电阻上就可以消耗掉伏压降，则 7805 就只需承担 13.5 伏了。因为 7805 的输入是 15 伏的一个稳压值，而不是有 5%或 10%精度的一个电压值，它是一个稳定的电压。D5 这个二极管的工作原理同 7815 上面的泄放二极管一样。这个板子就只使用两种电源 15伏和 5 伏。信号输入电路设计车轮轮速是 ABS 系统的主要输入信号，该信号的采集、处理对于整个系统的控制至关重要。为了使采集到的轮速信号能被单片机正确识别，本系统采用的霍尔传感器它是将传感器与信号处理电路制成一体，由于他能直接输出标
37、准方波信号，非常适合于 HSI 高速通道采集，80C196KC 的四个 HSI 口可以直接接受四个轮速传感器的脉冲信号，并可以同时记录某一时间触发时的状态和时刻。它们与普通的输入端口有三方面主要差别：(1)HSI 不仅能检测某个输入线上的状态变化，而且能同时记录状态发生的时刻。(2)HSI 内部设有 FIFO 寄存器，它和保持器一起可同时记录多16达 8 个事件由 CPU 在适当的时候读取和处理。(3)HSI 可通过它的 4 条输入线检测多种方式的状态变化。轮速传感器输出的脉冲信号经光电耦合器进行电平转换和信号隔离，缓冲器整形，输入到 80C196KC 的高速输入端，对输入信号进行逻辑运算和处
38、理。它们之间的信号联系参照下图所示：图 3-11输入电路的连线图：轮速信号输入电路方框图图 2-11轮速信号输入电路图电磁阀驱动电路 CPU 输出的信号非常小，而 ABS 的作动电流则为 12A，所以每个输出信号要经放大后才能驱动相应的电磁阀。目前多采用的方法是利用 P1 口把不占空比的脉冲信号转化为相应幅值的电压信号用以控制 2 位 2 通电磁阀，通过 2 位 2通电磁阀位置的改变接通不同的管路来达到增压、保压、减压的目的。这种方法动态响应快，操作简便，需专用的 2 位 2 电磁通阀，而且工艺要求高，开发成本高。同时限于现在的知识水平，本文采用另一种方法达到所需经济适用要求。本设计使用 P1
39、 口输出高低电平组合成为不同的状态，来控制油路的通断实现增压、保压、减压的目的。80C196KC 的 P1 口作为准双向的输入输出口，由缓冲器内部口锁存器，内部寄存器和输出缓冲器和输出缓冲器的构成，输出缓冲器和输出缓冲器构成，输出缓冲器内部具有上拉电阻结构当端口数据由 0 变1 时，它能在短时间内产生更强的上拉作用以加速转变过程：输出时，具有锁存作用，即对端口重写数据前保持不变。对压力的控制归结为对和,和,和的输出状态的控制，其逻辑关系表为：表 2-1P1 口与电磁动作逻辑关系表17由逻辑关系表可以看到如果系统需要对电磁阀进行不同的控制只要对 P1 口输出不同的字便可。电磁阀驱动电路如图(2-
40、12)所示。缓冲单元的设计：图中的 74LS06 是集电极开路六反相缓冲器，添加它的目的是加大输出电路的带负载的能力，使传输通道与单片机接口的电气匹配为合理。光电耦合器单元：输出接口隔离技术在开关量输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反窜到控制系统，一般需采用通道隔离技术，光电耦合器以光电转换原理传输信息，它使信息发生端与接收断电气绝缘电阻可达几百兆欧姆以上，从而对地电位差干扰和电磁干扰有很强的抑制能力，光电耦合的实质是对于干扰噪声的隔离和对有用信号形成通道，是抗干扰措施的重要方法之一，并且信号传输速度高、价格低、接口简单，故在输出端设计了光电耦合电路。图 2-12 电磁阀驱
41、动电路输出通道的隔离及保护措施一方面防止了最小系统干扰信号沿正向通路的传输，同时也隔离了驱动电路运行过程中产生的干扰脉冲对前向通道原件的影响，所以隔离保护作用是双向的。18驱动电路单元：构成驱动电路的主要器件是功率晶体管、晶闸管、继电器或者是功率集成电路，从电路结构的复杂性、器件功能、可靠性以及价格等因素考虑，晶体管放大电路有共基、共集和共射级三种电路形式，其中共射极放大电路具有较好的功率放大能力，故此采用共射极放大电路作为 ABS 系统的驱动环节的基本形式。光电耦合器的最大输出电流为 15mA，电磁阀的工作电流为 1.53A。所以每个输出控制信号要经过功率放大后才能驱动相应的电磁阀。考虑到实
42、际应用中的影响，选择为倍，则电磁阀的三极管的电流的放大倍数为：K 1.51.51000 15015据此本系统选择了 2SD880 三极管来驱动 ABS 电磁阀，其最大允许通过电流为 3A，放大倍数是 60300。泵电机驱动电路的设计根据 ABS 系统对电动泵的驱动要求，泵驱动电动机在管路减压时将对蓄能器供油以保证它的高压状态。系统选用了用直流电磁式继电器来控制电动机的工作与停止。当端输出高电平时，继电器吸合，端输出低电平时，继电器断开。采用这种控制逻辑可以使继电器在上电复位或单片机受控复位时不吸合。继电器的选型：根据泵驱动电动机的工作电压和工作电流的大小，选择了型号为：J2C-21F/012
43、的继电器，其电参数为：额定工作电压 12V(DC)，线圈电阻为 400，吸合电压为 9.8V，线圈消耗的功率为。接点负荷电压 28V，电流为 3A，其电路图如下，根据继电器的额定工作电压和额定工作电流，可以确定继电器的工作电流为 3A，74LS06可以向光电耦合器输入 1015mA，光电耦合器的 TIL117 的电流传输比为 50%，所以它的输出电流为 5mA15mA，经过晶体管的电流放大就可以满足电流驱动要求。图 2-13 泵电机驱动电路二极管 D1 的作用是保护晶体管 T，当继电器 7 吸合时，二极管 D1 截止，不影响电路工作继电器释放时由于继电器线圈存在电感这时晶体管已经截止，所以会在
44、线圈的两端产生较高的感应电压，这个感应电压的极性是上负下正，正端接在 T 的集电极上，当电感电压与 VC 之和大于晶体管 TD 的集电极反向电19压时，晶体管可能会损坏，加入二极管 D 后继电器线圈产生的感应电流由二极管 D 流过，因此不会产生较高的感应电动势，晶体管得到保护。ABS 系统报警 LED 灯设计 LED 是计算机控制系统常用的显示器，一般其正向压降为，通过 LED 的电流的强弱决定了 LED 的发光强度，其驱动电路图如下：图 2-14LED 报警灯驱动电路 74LS06 为输出反相缓存器，当为高电平时，74LS06 输出低电平，LED 发光。当单片机的为低电平时 74LS06 没
45、有电流流过，LED 不发光，其限流电阻的计算如下：R VCC（-VDVCS）ID式中Vcc为电源电压；VDLED 正向压降；VCSLED 驱动器的压降；IDLED 的工作电流。取 Vcc=5V，VD=2V，VCS=，ID=10mA。R 5（-20.3）270-310因此选择 300以使更有效的限流。故障诊断硬件电路设计汽车电控系统日趋复杂，给汽车维修工作带来了越来越多的困难，对汽车维修技术人员的要求越来越高，电子控制系统的安全容易错误处理，汽车不能因为电子控制系统自身的突发故障导致汽车失控和不能运行。针对这种情况，在进行汽车电子控制系统设计的同时，增加了故障自诊断功能模块。它能够在汽车运行过程
46、中不断监测电子控制系统各组成部分的工作情况，如有异常，根据特定的算法判断出具体的故障，并以代码形式存储下来，维修人员可以利用汽车故障自诊断功能调出故障码，快速对故障进行定位和修复。因此，从安全性和维修便利的角度来看，汽车电控系统都应配备故障自诊断功能。20汽车正常运行时，ECU 的输入、输出信号的电压值都有一定变化范围。当某一信号的电压值超出了这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，ECU便判断为这部分出现故障，ECU 把这故障以代码的形式(此代码为设计时已经约定好的)存入 flash 存储器，同时，通过故障指示灯提醒驾驶员和维修人员电控系统中出现故障。(1)传感器的故障由于传感器本身就是
47、产生电信号的，因此，对传感器齿圈的故障诊断不需要专门的线路，而只需要在软件中，编制传感器输入信号故障识别程序，判断车轮脉冲个数是否基本相同，即可实现对传感器齿圈故障的诊断。对于传感器断路与短路故障的诊断，就需要附加额外的电路。轮速传感器电阻值为 1.27K，R 标准电阻选为 510，电阻值选的偏低，电路用于传感器短路故障测量。图 2-15 传感器故障检测由电路图(2-15)可知，在传感器没有断路或短路故障时，送至 A/D 转换入口的电压值为：U 3.31.27 2.35V1.270.51取电压值作为传感器线圈部分短路基准值(完全短路 U 为 0)，小于此电压值即判断传感器有短路故障。取(2.9
48、7V)电压值作为传感器线圈断路基准值(完全断路 U 为 3.3V)，大于此电压值即判断传感器有断路故障。(2)电子控制单元 ECU 故障对于 CPU 内部的程序跑飞这一可能故障，采用内部 CPU 如果发生故障，控制程序就不可能正常运行常工作状态序进行监测一旦程序跑飞，在WATCH_DOG 定时时间到后，CPU 就会复位，重新对自己及其外部电路进行初始化对于由于电压不稳定而造成的 CPU 故障，利用 IMP811 设置了电压监测电路，当 CPU 电压低于 1.1V 时，产生一次非屏蔽中断，对故障代码进行存储。外部中断又分为非屏蔽中断和可屏蔽中断。可屏蔽中断产生中断请求时，CPU 的IF=0(禁止
49、中断)，则 CPU 将不响应这类中断。而非屏蔽中断是不受 IF 限制的，不论 IF 是什么，CPU 一定要响应。硬件抗干扰设计21汽车防抱死制动系统的工作环境比较复杂，其应用的电磁兼容性、可靠性就成为一个非常突出的问题。影响系统可靠运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，以及系统结构设计、元器件选择、安装和外部环境条件等。这些因素对制动系统造成的干扰后果主要表现为数据采集误差加大、控制状态失灵、数据受干扰发生变化和程序运行失常等。对汽车防抱死制动控制盒的设计势必要考虑电磁兼容的设计。所谓电磁兼容性(简称 EMC，俗称抗电磁干扰)是指电子装置在预定的工作环境条件下，既不受周围电磁场的影响，也不影响周围环境，不发生性能变异或误动作，而按设计要求正常工作的能力。单片机系统常用的抗电磁千扰的硬件措施有采用 RC 高通滤波器、配置去耦电容、屏蔽和隔离技术、接地技术和印刷电路板技术等。22