本科生毕业论文（设计） 题 目 防抱死制动系统轮速信号采集处理系统的设计 系 别 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 指导教师 二O一五年十二月十七日 目录 摘要IAbstractII第一章绪论1 1.1防抱死制动系统的发展现状及趋势1 1.2课题研究的内容2第二章防抱死制动系统轮速信号采集处理系统总体设计4 2.1制动防抱死系统的基本组成5 2.1.1防抱死制动系统的组成7 2.1.1.1控制器9 2.1.1.2转速传感器10 2.1.1.3制动压力调节器10 2.1.2防抱死制动系统的工作原理12 2.2防抱死控制动系统的控制方式12 2.2.1双参数控制13 2.2.2单参数控制13 2.3制动系统系统图的确定13 2.4防抱死系统的制动过程14 2.4.1建压过程14 2.4.2保压过程14 2.4.3减压过程14 2.4.4增压过程14第三章ABS轮速信号采集处理系统的硬件设计15 3.1电子控制单元的组成16 3.2电源电路17 3.3看门狗电路17 3.4车轮制动器的选择18第四章ABS轮速信号采集处理系统的算法实现20第五章ABS轮速信号采集处理系统的硬件设计21 4.1转速信号处理软件设计22 4.2转速信号中断处理流程图的确定23 4.3各通道处理程序流程的确定24第六章ABS轮速信号采集处理系统的仿真设计25结论26致谢27参考文献28 摘 要 本文介绍了防抱死制动系统的发展及分类，解释了系统基本组成与其工作原理，拟设计了汽车轮速信号采集处理系统的硬件和软件，提出了一种ABS轮速采集的算法，并对该算法的实时性进行了分析；通过仿真试验，证明了硬件设计和软件算法的正确性以及系统的稳定性和实时性，通过本次的关于防抱死制动系统轮速信号采集处理系统的设计，希望能对以后的关于汽车轮速信号采集处理系统的设计起到一定的参考作用和价值。 关键词：防抱死制动系统；基本组成；ABS；参考； 3 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 2第一章 绪论 汽车防抱死制动系统(ABS)控制的核心部分是电子控制单元(ECU),ECU通过采集4个车轮速度信号计算得到4个轮速,在此基础上,进一步计算车轮的加减速度,估算汽车车身速度,从而得到滑移率,进行路面识别等。把这些信号加以分析后,ECU对压力调节器发出控制指令,从而实现其对制动压力的调节。因此,准确的车轮速信号的取得是ABS实现有效控制的前提和关键。本文设计了轮速采集的软硬件提出的轮速算法无论在低速时测量还是高速时测量,都有比较好的测量精度和实时性。基于MCS-96微处理器开发的嵌入式防抱死制动系统具有实时性好、可靠性高等特点,能在很大程度上提高控制器的可靠性和车辆的制动性能。1.1防抱死制动系统的发展现状及趋势 ABS 装置最早应用在飞机和火车上，而在汽车上的应用比较晚。铁路机车在 制动时如果制动强度过大，车轮就会很容易抱死在平滑的轨道上滑行。由于车轮 和轨道的摩擦，就会在车轮外圆上磨出一些小平面，小平面产生后，车轮就不能 平稳地行驶，产生噪声和挣动。1908 年英国工程师 J. E. Francis 提出了“铁路 车辆车轮抱死滑动控制器”理论，但却无法将它实用化。接下来的 30 年中，包括 Karl Wessel 的“刹车力控制器”、Werner Mhl 的“液压刹车安全装置”与 Richard Trappe 的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。在 1941 年出版的汽车科技手 册中写到：“到现在为止，任何通过机械装置防止车轮抱死危险的尝试皆尚未 成功，当这项装置成功的那一天，即是交通安全史上的一个重要里程碑”，可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等 30 年之久。首先该装置需要一套系统实 时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小，在那个没有集成 电路与计算机的年代，没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应！等到 ABS 系 统的诞生露出一线曙光时，已经是半导体技术有了初步规模的 1960 年代早期。 精于汽车电子系统的德国公司 Bosch（博世）研发 ABS 系统的起源要追溯到 1936 年，当年 Bosch 申请“机动车辆防止刹车抱死装置”的专利。1964 年（也是集成电路诞生的一年）Bosch 公司再度开始 ABS 的研发计划，最后有了“通过电子 装置控制来防止车轮抱死是可行的”结论，这是 ABS（Antilock Braking System） 名词在历史上第一次出现！世界上第一具 ABS 原型机于 1966 年出现，向世人证明 “缩短刹车距离”并非不可能完成的任务。因为投入的资金过于庞大，ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。Teldix GmbH 公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机ABS 1，该系统已具备量产基础，但可靠性不足，而且控制单元内的组件超过 1000 个，不但成本过高也很容易发生故障。1973 年 Bosch 公司购得 50的 Teldix GmbH 公司股权及 ABS 领域的研发成 果，1975 年 AEG、eldix 与 Bosch达成协议， ABS 系统的开发计划完全委托 Bosch将公司整合执行。“ABS 2”在 3 年的努力后诞生！有别于ABS1采用模拟式电子组件，ABS2系统完全以数字式组件进行设计，不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个，而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优 势。两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。 在诞生的前3年中ABS 系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。从1978到1980年底，Bosch公司总共才售出 24000套 ABS 系统。 所幸第二年即成长到76000套。受到市场上的正面响应，Bosch开始 TCS 循迹控制系统的研发计划。1983年推出的 ABS 2S 系统重量由5.5公斤减轻到 4.3 公斤，控制组件也减少到70个。到了 1985 年代中期，全球新出厂车辆安装 ABS 系统的比例首次超过 1，通用车 厂也决定把AB 列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。ABS本身控制技术的提高现代制动防抱死装置多是电子计算机控制，这 也反映了现代汽车制动系向电子化方向发展。基于滑移率的控制算法容易实现连 续控制，且有十分明确的理论加以指导，但目前制约其发展的瓶颈主要是实现的 成本问题。随着体积更小、价格更便宜、可靠性更高的车速传感器的出现，ABS 系 统中增加车速传感器成为可能，确定车轮滑移率将变得准确而快速。全电制动控制系统 BBW (Brake-By-Wire)是未来制动控制系统的发展方向之一。它不同于传统的制动系统，其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间，维护简单，易于改进，为未来的车辆智能控制提供条件。但是，它还有不少问题需要解决，如驱动能源问题，控制系统失效处理，抗干扰处理等。目前电制动系统首先用在混合动力制动系统车辆上，采用液压制动和电制动两种制动系统。 防滑控制系统防滑控制系统 ASR (Acceleration Slip Regulation)或称 为牵引力控制系统 TCS(Traction Control System)是驱动时防止车轮打滑，使车 轮获得最大限度的驱动力，并具有行驶稳定性，减少轮胎磨损和发动机的功耗， 增加有效的驱动牵引力。防滑控制系统包括两部分:制动防滑与发动机牵引力控 制。制动部分是当驱动轮 (后轮)在低附着系数路面工作时，由于驱动力过大，则产生打滑，当ASR制动部分工作时，通过传感器将非驱动轮及驱动轮的轮速信号 采集到控制器中， 控制器根据轮速信号计算出驱动车轮滑移率及车轮减、加速度，当滑移率或减、加速度超过某一设定阀值时，则控制器打开开关阀，气压由储气 筒直接进入 制动气室进行制动，由于三通单向阀的作用气压只能进入打滑驱动轮 的制动气 室，在低附着系数路面上制动时，轮速对压力十分敏感，压力稍稍过大， 车轮就会抱死。为此利用 ABS 电磁阀对制动压力进行精细的调节，即用小步长增 压或减压，以达到最佳的车轮滑移的效果 既可以得到最大驱动力，也可保持行驶 的稳定性。 1.2课题研究的内容 本次设计主要针对防抱死制动系统轮速信号采集处理系统的设计，从防抱死制动系统轮速信号采集处理系统的总体设计出发，然后具体细化出它的硬件方面的设计以及系统算法的设计和软件方面的设计，其主要包括以下几个方面： 1、对ABS轮速信号采集处理系统硬件进行设计 2、ABS轮速信号采集处理系统算法实现 3、对ABS轮速信号采集处理系统软件进行设计4、进行仿真实验第二章防抱死制动系统轮速信号采集处理系统总体设计2.1制动防抱死系统的基本组成2.1.1防抱死制动系统的组成2.1.1.1控制器 通常，ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的，如下图。制动过程中，ABS电控