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【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流本科生毕业设计说明书终结版.精品文档.本科生毕业设计中文题目：基于单片机的汽车制动系驱动机构设计英文题目：The Driving Mechanism Design of Brake System Based on the Single Chip Microcomputer学生姓名刘德锐所在专业机械设计中制造及其自动化所在班级机电1082（机制1083）申请学位机械设计自造及其自动化学士学位指导教师尹凝霞职称讲师副指导教师职称答辩时间2012年 6 月 7 日目 录1绪论61.1 ABS系统发展历程概述61.1.1 ABS系统的概念61.1.2 国内外ABS技术的发展历史过程及应用现状61.1.3 ABS制动系统的发展趋势71.2本课题研究的意义82 ABS系统的构成与工作原理82.1 车辆制动时的运动分析92.1.1车轮的滑移率定义92.1.2 滑移率与附着系数的关系92.2制动调压系统工作过程与原理103电子控制单元 (ECU)的设计143.1 CPU的选择143.2 轮速传感器选择143.3电源设计153.4 信号输入电路设计163.5电磁阀驱动电路的设计173.6泵电机驱动电路的设计183.7 ABS系统报警LED灯设计194 控制器软件设计204.1 ABS的控制算法概述204.2 逻辑门限值控制方法控制过程204.3软件设计224.3.1主程序流程224.3.2初始化流程234.3.3轮速处理程序234.3.4控制算法流程255液压制动驱动机构的设计计算265.1 液压系统工作示意图265.2 制动力的计算265.3 制动轮缸直径与工作容积285.4 制动主缸与工作容积295.5 制动踏板力与踏板行程29鸣 谢31参考文献32附 录33中文摘要随着汽车工业的发展和汽车保有量的增加，对汽车安全性的要求越来越高，特别是希望汽车上能有更多的主动安全措施来防止或者减少交通事故的发生。汽车防抱死制动系统（ABS）就是这样一种主动安全系统，通过制动时自动调节车轮制动力，从而防止车轮抱死以取得最佳制动效果。该系统可有效缩短制动距离、提高制动时的方向稳定性，对汽车的行驶安全具有重要意义。 本文对以汽车防抱死制动系统为核心的汽车制动系驱动机构进行了设计，在分析制动需求的前提下，对防抱死系统的控制量滑移率进行了分析，建立了以单片机为核心部件的控制电路，还包括电源电路、信号采集、报警电路、电池阀驱动、泵电动机驱动等外围电路设计。最后还进行了相应的软件程序设计，主要包括主程序设计、采集轮速子程序设计、信号处理子程序设等。关键词：防抱死系统；滑移率；制动系 Introduction（此处为英文摘要，字体：Time New Roman，小四号，1.25倍行距）With the increase of the development of the automotive industry and car ownership, the increasingly high demand for vehicle safety, especially car to have a more active security measures to prevent or reduce traffic accidents. Automotive anti-lock braking system (ABS) is such an active safety system automatically adjusts the braking wheel braking force to prevent wheel lock to get the best braking effect. The system can effectively reduce the braking distance and improve directional stability when braking, and of great significance to the safety of car driving. The drive mechanism for automotive anti-lock braking system as the core of automotive brake design, Under the premise of the analysis of brake demand, the amount of control of the anti-lock braking system - the slip ratio analysis, the establishment of a microcontroller as the core components of the control circuit also includes a power supply circuit, the signal acquisition, alarm circuits, battery valve drive pump motor drives and other peripheral circuits design. Finally, software programming, including the main design, collecting subroutine design of wheel speed signal processing subroutine set.Key words: anti-lock system; slip ratio; braking system基于单片机的汽车制动系驱动机构设计机械设计制造及其自动化 20081141131 刘德锐指导教师 尹凝霞毕业设计说明书1绪论1.1 ABS系统发展历程概述1.1.1 ABS系统的概念汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System,简称ABS）是在传统车辆制动系统基础上采用电子控制技术，在制动时防止车辆抱死的一种汽车主动安全装置。它能在制动过程中实时测定车辆的速度和滑移率，自动调节各个车轮的制动力矩，防止车辆抱死并取得最佳制动效能。当汽车在行驶中遇到紧急情况，驾驶员通常会猛踩制动板施加全制动以期望获得最佳制动效果，但这样做往往会使个车轮制动力矩过大或者分配不均，导致车轮抱死托滑，并使车辆失控，如侧滑、掉头、甩尾，甚至产生剧烈旋转，最终很可能就导致交通事故。这就是常规制动的缺陷如下：在紧急制动时，如果前轮被抱死，车辆丧失转向能力，不能实现转弯转向，躲避障碍物或行人；如果后轮抱死，车辆丧失稳定性，出现甩尾、侧滑；车辆抱死导致轮胎局部与地面托滑，大大降低了车轮的使用寿命。 因此，为了提高安全稳定性，在汽车上安装ABS以成为必然趋势。防抱死制动系统能把车轮的滑移率控制在一定的范围内，可充分利用车轮与路面的附着力，有效的缩短制动距离，显著提高车辆制动时的可操纵与稳定性，避免车辆背包死而发生交通事故，使制动器的效能发挥到最佳状态。故此ABS技术是目前世界普遍公认的提高汽车安全性的有效措施。1.1.2 国内外ABS技术的发展历史过程及应用现状ABS装置最早应用于20世纪初期的火车上，而在汽车上的应用比较晚。为了防止列车在制动时车轮抱死在平滑的轨道上滑行，造成车轮因摩擦热量集中而损坏，1908年英国工程师提出了“铁路车辆车轮抱死滑动控制器”理论，但却无法将它实用化。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。1978到1980年底，Bosch公司总共才售出24000套ABS系统，第二年成长到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。到了80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ABS列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。近年来，随着世界汽车工业的迅猛发展，道路交通条件的不断改善，车辆行驶速度的提高，汽车制动时的车轮抱死滑移的危害性愈来愈严重。为此，在1987年欧共体率先颁布一项法规，要求从1991年起，欧共体成员国生产的汽车都必须装有ABS。到1995年，美国、德国、日本轿车ABS的装有率分别达到55%、50%、85%。目前世界上已经有300多种汽车装备了ABS。据估计现今世界范围内ABS装有率达80%，以后将实现全覆盖。ABS已经成为全球汽车市场及各国汽车出口的标准。国内研究开发ABS起步较晚，约始于20世纪70年代中期。但我国对ABS的系统开发十分重视，制定相应的法规力促ABS的发展。1993年4月1日开始实施的GB13594-92汽车防抱死制动系统性能要求和试验方法，为ABS成为标准装备提供了试验方法和依据。目前，国内研究ABS机构主要有以下几个：吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室、北京理工大学汽车动力性与排放测试国家专业实验室、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室、华南理工交通学院汽车系等。这些单位在ABS的仿真、控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱电磁阀动作响应等方面的研究取得了很多成果。同时对防抱死制动时、的滑移率的计算、滑移率和附着系数之间的关系及ABS的控制算法也有很深的研究。国内生产ABS的公司不少，但大多数公司是和国外著名ABS公司合作生产。完全自主生产开发ABS的有代表性的国内公司有：广州市科密汽车制动技术开发有限公司、重庆聚能汽车技术有限责任公司、东风科技汽车制动系统公司等。他们生产的ABS的制动性能指标达到了国外同类产品的水平，部分试验数据优于国外公司同类产品，在国内占有一定的市场。1.1.3 ABS制动系统的发展趋势ABS本身控制技术的提高现代制动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。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控制将更加快速、精准和智能，线控制动BBW(Brake-By-Wire)、防滑控制系统ASR (Acceleration Slip Regulation)或称为牵引力控制系统、车辆动力学控制系统VDC (Vehicle Dynamics Control)等都将成为今后制动驱动系统发展的方向。1.2本课题研究的意义近年来，随着我国汽车行业的大规模发展，汽车数量大幅增加，交通基础设施也得到了全所未有的发展。但交通事故也极具增加，夺去了许多国人的宝贵生命。为了减少交通事故，保护生命安全，在汽车上加装ABS这种主动安全系统就成为了国人的首选。本设计就是基于此背景下，对制动系的驱动机构进行设计，使其能够有效的防止或者减少交通事故的发生。2 ABS系统的构成与工作原理 ABS系统是加装在汽车原有的常规制动系统之上的电子控制系统，一般ABS系统由中央控制器（电控单元）、压力调节器（电磁阀）、轮速传感器、警示灯以及一些控制继电器组成。 图2-1是轮轿车防抱死控制制动系统示意图，它通过轮速传感器，计算出汽车实时的速度、减速度和滑移率，与逻辑门限值比较后，通过电磁阀对制动轮缸减压、保压梦或者增压，控制制动管路中的压力，防止车轮“抱死”而出现侧滑即后轮先抱死，且使轮胎纵向附着系数达到最大，制动效果最好。虽然在某些情况下，防抱死装置会使制动距离增加，但其主要作用是保证汽车制动时的稳定时，保证不侧滑且具有转向可操作性。图2-1 ABS系统的组成2.1 车辆制动时的运动分析2.1.1车轮的滑移率定义汽车在制动过程中存在着两种阻力:一种阻力是制动钳体与制动盘之间产生的摩擦阻力,被称为制动系统的阻力,用于提供制动时的制动力,因此也称为制动系制动力；另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力,也称为地面制动力。地面对轮胎切向反作用力的极限值称为轮胎道路附着力,大小等于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎道路附着系数的乘积。如果制动系制动力小于轮胎道路附着力,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道路附着力,则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。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。汽车的实际车速与车轮滚动的圆周速度之间的差异称为车轮的滑移率。滑移率S的定义式为:-（2-1）式中:S 滑移率;V 车度(车轮中心的速度) ; 汽车车轮的角速度;r 汽车车轮的滚动半径。由上式可知:当车轮中心的速度(即汽车的实际车速) V 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0 < S <100 %时,车轮既滚动又滑动。2.1.2 滑移率与附着系数的关系图2-2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。当轮胎纯滚动时,纵向附着系数为零;当滑移率为15 %30 %时,纵向附着数达到峰值;当滑移率继续增大,纵向附着系数持续下降,直到车轮抱死( S = 100 %) ,纵向附着系数降到一个较低值。另外,随着滑移率增大,横向附着系数急剧下降,当车轮抱死时,横向附着系数几乎为零。从图中还可以看出,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，此时汽车就能获得最佳的制动效能和方向稳定性，ABS即是基于这一原理对制动力进行控制的。图2-2 滑移率与附着系数关系实验证明，道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、材料有关，不同性质道路其附着系数变化很大。 总之，对于在一种路面上制动的汽车，车轮附着系数和滑移率之间的非线性特性是决定汽车制动性能的主要因素。实际上，汽车的制动过程就是车轮和路面之间的一种非线性变化过程，即车轮附着系数随车轮运动状态非线性变化的过程，所以说汽车的制动过程是一种非线性的制动过程。制动时汽车通过制动系统改变车轮的运动状态，从而改变车轮的滑移率，形成整个非线性的制动过程。2.2制动调压系统工作过程与原理液压调节系统如图2-3所示。图2-3液压调节器工作原理图（1）常规制动过程制动系统在常规制动过程中，调节器中的各个3位3调压电磁阀不通电。其中，4个进液电磁阀处于流通状态，4个出液电磁阀处于断流状态，同时，电动液压泵也不通电运转。此时，自制动主缸输出的制动液可以通过各进液电磁阀直接进入各制动轮缸，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的制动压力而变化，即平时汽车进行的常规制动。（2）ABS制动过程:在制动过程中，如果电子控制单元 (ECU)根据车轮轮速传感器输入的车轮转速信号判定是否有车轮趋于制动抱死倾向。需要调节制动轮缸的压力时，ECU就使该制动轮缸相对应的进液电磁阀或出液电磁阀通电换位，并自动按以下情况分别进行判断、处理: 建压过程：制动时，通过真空助力器与制动主缸建立制动压力。所有电磁阀均不通电制动压力进入各车轮制动器，车轮转速迅速降低 (此时同常规制动)，直到电子控制单元得知车轮有抱死倾向为止。如图2-4图2-4建压过程图保压过程：当ECU通过转速传感器得到信号识别出车轮有抱死倾向时，ECU,发出控制信号关闭相应车轮的进液电磁阀，并让出液电磁阀继续保持关闭状态，该制动轮缸中的制动液压被封闭而使制动压力保持一定。如图2-5所示图2-5保压过程图减压过程：如果在保压阶段车轮仍有抱死倾向，则ABS系统进入降压阶段。此时ECU发出控制指令使该制动轮缸相应的进液电磁阀和出液电磁阀都通电换位 (进液电磁阀处于断流，出液电磁阀处于导通)，该制动轮缸中的部分制动液就会通过出液电磁阀流入低压储能室，使制动轮缸的制动压力随之减小。与此同时液压泵也开始工作，把低压储能室的制动液重新泵回制动主缸以补偿制动踏板行程损失，此时制动踏板出现抖动 (有抬升或反弹感)，车轮抱死程度降低，轮速上升。此过程结束液压泵随之掉电停止运行。如图2-6图2-6减压过程图增压过程：为了达到最佳制动效果，当车轮转速达到一定值后(与设定的门限值比较)ECU再次发出控制指令使该制动轮缸相应的进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀处于通流状态，出液电磁阀处于断流状态，制动主缸输出的制动液就会通过进液电磁阀进入制动轮缸，该制动轮缸的制动压力随之增大，轮速再次被制动而下降。在ABS工作期间，ECU根据4个车轮转速传感器反馈车轮转速信号，可以独立地对四个制动轮缸的制动压力进行减小、保持和增大循环调节，将各车轮制动效果控制在最佳状态。（3）解除制动过程:当解除制动时，制动踏板松开，制动主缸内的制动压力为零。此时出液电磁阀再次通电处于通流状态，低压储能室和高压储能器的制动液经出液电磁阀返回制动主缸，低压储能室排空，为下一次工作做好准备。3电子控制单元 (ECU)的设计汽车防抱死制动系统是个典型的计算控制系统，其核心是中央控制器，其主要组成如图3-1所示。图3-1中央处理器控制图3.1 CPU的选择本文中单片机选用了MCS-96系列产品中的80C196KC， 80C196高性能16位单片机，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。它有16KB ROM,488B寄存器RAM。它主频可运行到20M，在性能上比80C196KB提高25%。还有3个PWM发生器、8位和10位可编程采集和转换时间的A/D变换、外设事物服务器（PTS）。它用高速输入/输出通道（HSIO）进行事件的控制，这样大大减少了CPU的响应中断服务时间。3.2 轮速传感器选择（1）电磁式转速传感器结构它由永磁体、极轴和感应线圈等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。 电磁式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。（2）霍尔轮速传感器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，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如图3-2所示。图3-2霍尔轮速传感器示意图当齿轮位于图中(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。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，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。鉴于霍尔传感器的比较优点，本设计采用霍尔轮速传感器。3.3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50100V，并在电气系统中以一定频率出现。因此，设计电源时必须考虑这些问题。如果使用运算放大器的串联型稳压电路，仍有不少外接元件，还要注意共模电压的允许值和输入端的保护，使用复杂。当前已经广泛应用单片集成稳压电源。它具有体积小、可考性高、使用灵活、价格低廉等优点。三端集成稳压器（W7800系列）就是这种集成稳压电源，具体参数如下：C1一般在0.1-1uf之间，如0.33uf；C2可用1uf；最小输入、输出电压差为2-3V；最大输出电流为2.2A；输出电阻0.03-0.15，电压变化率为0.1%-0.2%；最高输入电压35V,输出电压范围5-24V；稳压系数为0.005%0.02%，纹波抑制比为5668dB；电源输出电流为100mA2.2A；C1可以防止由于输入引线较长带来的电感效应而产生的自激；C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰（参考电工下P166）B0505S为电源模块：具有电压隔离、自我恢复过载、短路保护等功能，其功率范围在0.125W。输入电压可以为：3.3V、5V、9V、12V、15V、24V和48VDC等固定电压或宽范围电压。如图3-3即为所设计的可满足单片机工作的VDD为5V的电电源电路，可作为各种电路的驱动电压使用。图3-3电源电路图3.4 信号输入电路设计 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电路制理成一体，由于他能直接输出标准方波信号，非常适合于HSI高速通道采集，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理。它们之间的信号联系参照下图3-4所示：图3-4轮速信号输入电路方框图输入电路的连线图如3-5所示：图3-5轮速信号输入电路图缓冲单元的设计：图中的SN74LS06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。3.5电磁阀驱动电路的设计 CPU输出的信号非常小，而ABS的作动电流则为12安，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三位三通电磁阀，通过三位三通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，电磁阀驱动电路如图3-6 图3-6电磁阀驱动电路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。 3.6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。系统选用了用继电器来控制电动机的工作与停止状态。 泵电机驱动电路如图3-7图3-7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KV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，所以会在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，当电感电压与之和大于晶体管TD的集电极反向电压时，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。3.7 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1.22.5V，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3-7所示：图3-7LED报警灯驱动电路4 控制器软件设计4.1 ABS的控制算法概述（一）基于经验式的逻辑门限方法逻辑门限值方法的基本原理是将车轮加减角速度门限积参考滑移率作为控制量，使滑移率在车轮峰值附着系数附近波动，从而获得较大的车轮纵向和和横向力，使车辆同时具有较短的制动距离和制动稳定性。（二）基于现代控制理论方法 “滑模变结构控制方法”它是一种非线性控制策略，是根据系统状态偏离滑模面的程度来变更控制器的结构，使系统按照滑模面规定规律运行的一种控制方法，精度较传统控制理论有所提高。（三）模糊控制方法模糊控制是基于经验规则又可以结合数学过程的新型控制方法，它与系统的模型无关，不需要建立控制过程精确的数学模型，将语言变量代替数字变量进行自动控制。由于考虑到条件限制和自身理论基础情况，因此本文仍选用逻辑门限值控制方法。4.2 逻辑门限值控制方法控制过程逻辑门限值控制方法是循环过程，如图4-1所示4-1逻辑门限值方法控制过程图在高附着系数路面上的控制过程，在制动开始时，如果测得的车轮的角速度低于角减速度控制门限值-a（这里取-20m/）时，取此刻车轮速度作为初始参速度，此后，参考车速根据 的关系确定，其中j为根据各车辆速速确定的汽车减速度，由此确定任一时刻的车轮参考滑移率。在制动初始阶段，随着制动压力P的增大，车轮的角减度也在增大，直至车轮的角减速度达到设定的控制门限值-a（第一阶段），但为了避免车轮在仍处于稳定区域的滑移率范围内时进入防抱死制动压力减小阶段，此时，需要对车轮的参考滑移率与设定的滑移率控制下门限值S1进行比较。如果控制下门限值小于S1，说明车轮的滑移率偏小，则进入制动压力抱死保持阶段（第2阶段），使车轮充分地进行制动，直到车轮的参考滑移率大于控制下门限值S1时，说明车轮已进入不稳定区域，便进入制动压力减小阶段（第3阶段），由于车轮制动压力的减小，车轮在汽车惯性的作用下开始加速。当车轮的角减速度大于角减速度控制门限值-a时，就进入压力保持阶段（第4阶段），此后，由于汽车惯性的作用，车轮仍在加速，直至超过设定的第一角加速度控制门限值+a（这里取10/）时，为了适应可能出现的附着数突然增大的情况，又设定了第二角加速度+A(这里取20m/。在设定的压力保持时限内，如果车轮的角加速度不能超过第一角加速度控制门限值+a，则判断路面情况为低着系数，此后的控制过程将按照低着系数路面控制过程进行；如果车轮的角加速度超过了第一角加速度控制门限值+a，则继续保持压力。此时如果车轮的角减速度再次低于控制门限值+a，说明车轮已回复到稳定区域；如果因附着系数突然增大而使车轮的角加速度超过控制门限值+A，就使制动压力再次增大（第5阶段），直至车轮的角加速度低于控制门限值+A，然后在进入制动压力保持阶段（第6阶段），使车轮恢复到稳定区域。当车轮恢复到稳定区域后，为了使车轮在更长的时限内处于稳定区域，将对制动压力进行增大和保持的快速转换（第7阶段），使制动轮缸的制动压力以较低升高率增大，直到车轮的角减速度再次低于控制门限值-a后，又开始进入制动压力减小阶段（第8阶段），从而进入下一个防抱死制动压力调节循环。4.3软件设计整个软件可以分为如下几个模块：初始化模块、上电故障自检模块、信号采集模块、控制流程模块。下面分别介绍各个模块。4.3.1主程序流程主程序首先要通过上电初始化为单片机建立一个运行的环境，这包括时钟、内存、输入输出端口、中断向量、异常处理等方面的初始化。之后进行ABS系统检测，确认ABS系统是否能够正常运行。如果发现系统存在故障，则转入故障处理。如果未发现故障，则初始化相关的全局变量，进入ABS控制循环。主程序每循环一次，在结束时修改时间值，这样保证整个系统时钟的统一。为了保证控制的实时性，速度采集模块每周都需要执行。主流程如图4-2所示： 图4-2主流程图4.3.2初始化流程在上电后，系统为了保证正常运行，需要在ABS工作请进行初始化操做，包括时钟初始化、内存初始化、中断初始化、I/O口设置、全局变量初始化、通信波特率设置、信号采集设置等 4.3.3轮速处理程序轮速采集过程（程序）：对于ABS轮速信号采集处理模块，其软件设计的主体是在第四个事件进入FIF0时产生中断，进入中断处理程序，中断服务程序，在中断服务程序前应该先定义与中断相关的寄存器，设置数据采集的变量和常量等。中断处理程序运行后，依次检测是哪个通道触发了事件，如果该通道触发了事件则进入触发中断程序，进入中断自程序，首先判断是否第一次中断，如果是则将HIS_TIME的内容读到初始事件寄存器中，作为事件的初始值退出中断子程序，如果不是则将事件放入事件寄存器2中，中断次数寄存器加1，然后计算时间t1和t2的差值，并将差值存入寄存器中，调用轮速处理子程序，然后退出该程序。轮速处理步骤：首先确定在事件T内单片机检测到的车轮脉冲的个数，其次计算出实际测量事件运用公式-（4-1）取r=0.319m，z为传感器齿圈系数，车轮的控制范围为：5Km/h300Km/h计算出车轮速度，从速度寄存器中读出前一次的速度值，用公式计算出角加速度：-（42）流程图如4-3所示 图4-3轮速采集流程 4.3.4控制算法流程图4-4控制流程图控制算法采用逻辑门限值控制方法，在每个控制周期开始时，读取状态寄存器中的当前车辆状态，如果当前没有进入ABS，则进行ABS判断；如果当前已经进入ABS状态，则读取计算得到的关键控制量，结合当前状态，与门限比较进行并逻辑判断，得到控制结果，保持压力、增加压力、减少压力三者必有一。最后更新系统的状态寄存器。具体程序见附录。5液压制动驱动机构的设计计算5.1 液压系统工作示意图由液压系统工作示意图5-1，主要由真空助力器、制动主缸、液压管、电动机、液压调节器、制动缸和传感器等组成。图5-1液压系统工作示意图5.2 制动力的计算汽车在不同负载的情况下制动，地面对前、后轮的的制动力不同。地面制动力受附着条件的制约，其值不可能大于附着力,受力情况如图5-2所示图5-2制动时的受力图由图可得得：式中：轮胎与地面间的附着系数，取为0.7； Z地面对车轮的法向反力，空载时为14210N，满载时为18620N； 代入数据计得：空载时：FBmax=9947N 满载时：F1Bmax=13034N图5-3 制动时的汽车受力图上图5-3为汽车在水平路面上制动时的受力情况，忽略了空气阻力、旋转质量减速时产生惯性力偶以及汽车的滚动阻力偶矩，以下分析忽略制动时车轮边滚边打滑动的情况。有: 式中：为制动时的减速度，取为最大减速度即6.87 m/s2。 为质心与前轴心的距离，空载时为1677.5mm，满载时为1292.5mm。为质心与后轴心的距离，空载时为1072.5mm,满载时为1457.5mm。代入数据计算得：空载时：  满载时： 设计时，汽车驱动机构采用非感载型比例阀,自动分配前后制动器制动力的比值。这样可以使制动力分配较符合理想制动力分配曲线。在附着系数为0.7的路面上制动，前、后轮同时抱死，汽车总的地面制动力FB等于汽车前、后轮总的附着力F。为车轮有效半径，根据有关ABS标准取为319mm。故前后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力矩由式得：空载时： 满载时： 5.3 制动轮缸直径与工作容积对于前轮盘式，取工作半径为R=104mm，摩擦系数为f=0.3，轮缸直径按GB7524-87标准取，采用两浮动钳式结构。故一个前轮盘式制动器轮缸所能产生的力与制动力矩分别为：因为制动时前轴所需的最大制动力矩：故选用的轮缸符合前轴制动力的要求。将代入上式，取=1.5mm得：对于后轮，经过类似计算可以得到由于采用了双回路系统，一个回路中有两个轮缸其总工作容积为：式中：m为轮缸的数目5.4 制动主缸与工作容积制动主缸一个工作腔应有的工作容积式中：一个回路中全部轮缸的总工作容积； 制动软管在液压下变形而引起的容积增量。初始设计时，考虑到软管变形，轿车制动主缸的工作容积可取为，即。主缸活塞直径和活塞行程可由式可知；式中：为活塞行程，取为1.2dm；故： 按GB7524-87系列尺寸，取5.5 制动踏板力与踏板行程踏板力经过踏板杠杆原理放大后，作用于真空助力器。利用大气压原理，成比例的放大踏板力后作用于制动主缸。由于制动主缸活塞与制动轮缸活塞面积不等，放大或缩小了制动力。对于轿车，踏板全行程不应超过100mm150mm,踏板力一般不应超过500N700N，按任务书要求选择踏板力小于500N。不采用真空助力器时主缸制动时所需踏板力由式可得：式中：为制动踏板机构传动比,取为2。 为制动踏板机构及制动主缸的机械效率，取为0.9；代入数据计得： 由于计算出主缸制动时所需输入力大于设计要求的踏板力，故应在制动主缸与制动踏板上增设真空助力器。由真空助力器平衡方程可得：式中：为助力器最大输出力；最大踏板力； 伺服膜片有效直径； 真空助力器常压腔的真空度。取，代入公式可得：此值大于，故实际的踏板小于450N，其具体数值为：故实际的踏板力小于，符合设计要求。 踏板行程由式可得：式中：主缸中推杆与活塞间的间隙，取为2mm； 主缸活塞空行程，取为3mm；代入数据计算可得：鸣 谢三个多月的毕业设计快要结束了。看着手中厚重的毕业设计说明书和图纸，回想三个月来的学习生活，感慨颇深，虽然感觉做得不是很好，但尽力了，也就无悔了。首先，我要感谢本次毕业设计的指导老师尹凝霞老师。谢谢她在毕业设计给我的帮助，也谢谢她大学期间对自己的教育培养，她对自己的学生比较严格，很多都要求学生独立完成，这样学生能学到的更多