毕业设计(论文)-ARM系统在汽车制动测试系统中的应用修改(15页).doc
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1、-毕业设计(论文)-ARM系统在汽车制动测试系统中的应用修改-第 14 页 摘 要: 汽车的制动性能是汽车性能的重要指标之一,是汽车检测中的重要项目。目前制动性能检测有台架法和路试法,台架法虽然被广泛使用,但是由于其检测结果不能完全反应汽车实际制动过程中的运动变化,存在一定的缺陷。而路试法能确切的检测汽车道路行驶制动的性能。随着计算机技术的飞速发展,越来越多的融入先进技术的便携式道路制动性能测试系统被研制出来。 本文介绍了GB7258-2004机动车运行安全技术条件对路试法检测制动性能的测试标准和测试内容的规定,分析了行车制动的过程,提出了测试各运动量的测试方法。基于这些测试方法设计了一种基于
2、路试法检测汽车制动性能的测试系统。该系统采用目前先进的嵌入式软硬件技术,设计了采集和处理试验数据的ARM系统。ARM系统部分以ARM7内核的微处理器LPC2294为核心,扩展了键盘、液晶显示、试验数据存储、USB接口等硬件模块,通过A/D和定时器捕获等功能接口,采集来自ARM系统前端的非接触式传感器的车速信号和制动踏板力信号,处理后的数据可以在液晶上显示出来,存储在数据存储单元,同时也可以通过USB接口将采集和计算的各种数据传送到上位机中。设计了上位机上对制动性能分析与评价软件,它可以绘制出制动过程中的速度-时间等曲线,并对制动性能做出评价。 关键字:汽车 制动性能 ARM UC/OS-目 录
3、引 言11设计要求42汽车制动性能测试方法42.1制动过程分析42.2测试标准与测试内容5 2.2.1制动距离检测行车制动性能标准. 5 2.2.2 充分发出的平均减速度检验行车制动性能标准.53系统硬件部分设计63.1系统硬件部分总体设计63.2 传感器信号调理63.3ARM微处理器LPC229473.4系统电源电路93.5复位晶振电路93.6键盘扩展电路104系统软件部分设计124.1系统软件总体设计124.2ARM微处理器与上位计算机串行通信. 134.3程序流程图145测试结果146总结15参考文献16引 言 汽车的制动性能是汽车性能的重要指标之一 ,是汽车检测中的重要项目。目前制动性
4、能检测有台架法和路试法 ,台架法虽然被广泛使用 ,但是由于其检测结果不能完全反应汽车实际制动过程中的运动变化,而且台架测试中通常以车轮制动力的大小和左右车轮制动力的差值来评价汽车的制动性能。在台架实验中,一般不对这个制动过程的踏板力、制动力和制动时间的关系进行记录,这对于制动系统没有故障且无迟滞现象的多数汽车是合理的, 但是对于制动时有明显迟滞现象的汽车,台架检测合格的汽车,实际上不一定合格;另一方面,在台架上检测时,前后轴为静载荷,不变化。而在路面测试时,由于惯性的作用,前后轴载荷会发生变化,而这种变化会影响到制动效果,因此台架检测汽车的制动性有一定的局限性。 ,存在一定的缺陷。 而路试法能
5、比较准确的反映汽车制动的实际过程 ,但同时也要求路试法检测设备具有很高的实时性和高速数据处理能力 。随着计算机的飞速发展 ,越来越多的融人先进技术的便携式道路制动性能测试系统被研制出来 ,国标路试法制动性能的检测项目做出了规定,根据GB72582004规定,路试法检测汽车制动性能的检测项目制动距离充分发出的平均减速度制动踏板力制动时间。这些检测的数据采集和处理,要求的实时性和精度都非常高,而且需要很多扩展功能,为满足汽车的制动性能检测的要求,本文设计了基于ARM的汽车制动性能检测系统。(一)汽车制动性能检测技术发展 一.制动控制系统的历史 最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动
6、器施加作用力,这时的车辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的需要,但随着汽车自质量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。这时,开始出现真空助力装置。 随着科学技术的发展及汽车工业的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大革新。20世纪80年代后期,世界汽车技术领域最显著的成就就是防抱制动系统(ABS)的实用和推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱装置一般包括三部分:传感器、控制器(电子计算机)与压力调节器。传感器接受运动参数,如车轮角速度、角加速度、车速
7、等传送给控制装置,控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后,给压力调节器发出指令。 二.制动控制系统的现状 传统的制动控制系统只做一样事情,即均匀分配油液压力。当制动踏板踏下时,主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路,并通过一个比例阀使前后平衡。而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。 目前,车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品,并在各种车辆上得到了广泛的应用,但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。 另外,由于编制逻辑门限ABS有许多局限性,所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。结合动力学控制
8、的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS,它是以连续量控制形式,使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一种理想的ABS控制系统滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率,另一个难点是车辆速度的测量问题,它应是低成本可靠的技术,并最终能发展成为使用的产品。 因此,发展鲁棒性的ABS控制系统成为关键。现在,多种鲁棒控制系统应用到ABS的控制逻辑中来。除传统的逻辑门限方法是以比较为目的外,增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统,是目前所采用的以滑移率为目标的连续控制系统。 另外,也有采用其它的控制方法,如基于状态空门及线性反馈理论的方法,模糊神经网络控制系统等。各种
9、控制方法并不是单独应用在汽车上,通常是几种控制方法组合起来实施。如可以将模糊控制和PID结合起来,兼顾模糊控制的鲁棒性和PID控制的高精度,能达到很好的控制效果。 三.制动控制系统的发展 今天,ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是扩大控制范围、增加控制功能;另一方面是采用优化控制理论,实施伺服控制和高精度控制。 在第一方面,ABS功能的扩充除ASR外,同时把悬架和转向控制扩展进来,使ABS不仅仅是防抱死系统,而成为更综合的车辆控制系统。 在第二个方面,一些智能控制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术,已经有人将其
10、应用在汽车的制动控制系统中。ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。因此由ABS/ASR进一步发展演变成电子控制制动系统(EBS),这将是控制系统发展的一个重要的方向。 四.全电路制动(BBW) BBW是未来制动控制系统的L发展方向。全电制动不同于传统的制动系统,因为其传递的是电,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。其主要包含以下部分: a)电制动器。其结构和液压制动器基本类似,有盘式和鼓式两种,作动器是电动机; b)电制动控制单元(ECU)。接收制动踏板发出的信号,控制制动器制动;接收驻车制动信号,控制驻车制动;接收车轮传感器信号,识别车轮是否抱死、打滑
11、等,控制车轮制动力,实现防抱死和驱动防滑。 c)轮速传感器。准确、可靠、及时地获得车轮的速度; d)线束。给系统传递能源和电控制信号; e)电源。为整个电制动系统提供能源。与其他系统共用。 系统一旦出现故障,立即发出信息,确保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时区(TDMA),它可以保证不出现不可预测的信息滞后。TTP/C协议是根据TDMA制定的。第三是抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响,目前存在多种抗干扰控制系统,基本上分为两种:即对称式和非对称式抗干扰控制系对称式抗干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。非对称式抗干扰控
12、制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号电制动控制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。 五.结论 现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性,将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。同时,随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展,电子元件的成本及尺寸不断下降。 汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统,未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统,各种控制单元集中在一个ECU中,并将逐渐代替常规的
13、控制系统,实现车辆控制的智能化。 但是,汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引,各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全,这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。1设计要求 采用ARM系统构建一个路试法的汽车制动性能测试系统。检测项目有制动距离充分发出的平均减速度制动踏板力制动时间。这些检测的数据采集和处理,要求的实时性和精度都非常高,而且需要很多扩展功能,为满足汽车的制动性能检测的要求。现代汽车制动系统的发展趋势2汽车制动性能测试方法2.1制
14、动过程分析图2-1 图2-1是汽车制动过程中制动踏力板、速度、减速度、距离随时间变化的理想曲线。如图2-1(a)驾驶员接到紧急制动信号,由于驾驶员有个反应过程,不可以立即采取行动,需要经过时间才开始踩制动踏板,这段时间叫驾驶员反应时间。它包括驾驶员发现障碍,识别障碍并作出决定,脚从油门踏板换成制动踏板的时间,以及消除制动间隙时间。这一般时间为。接下来驾驶员持续踩下制动踏板,踏板力不断增加,一直到达最大值,这段时间踏板力增大时间,如图2-1()从脚踩下制动踏板,到汽车开始减速需要经过时间,这些主要用于消除制动的一些间隙,减速度从1点开始持续增加,到最大值的2点,此后减速度保持不变,持续制动到3点
15、,汽车停止在3点,这段时间称持续制动时间从时间内,由于汽车并未产生减速,这段时间内,汽车基本上保持匀速运动,从1点以后,由于有减速度,速度一直减小直至停止,如图2-1()。通过以上的制动分析可知,本系统测量的制动过程是制动踏板被踩下到汽车完全停止住,故汽车的制动是,这段时间汽车驶过的距离就是制动距离,如图2-1()。2.2测试标准与测试内容2.2.1制动距离检测行车制动性能标准 制动距离是指汽车在规定初速度下急刹车,从脚接触制动踏板至汽车停时汽车驶过的距离。 制动稳定性要求:机动车的任何部位不允许超出规定宽度的实验通道的边缘线。 表2-1是机动车运行安全技术条件路试法测试行车制动性能对制动距离
16、和制动稳定性要求。表2-1 制动距离与制动稳定性要求 汽车类型制动初速度满载制动距离要求空载制动距离要求实验通道宽度三轮汽车202.5乘用车502.5总质量的低速货车302.5其它总质量的汽车502.5其它汽车、汽车列车303.02.2.2 充分发出的平均减速度检验行车制动性能标准充分发出的平均减速度(3-1)其中:实验车制动初速度,;-0.8,实验车速,;-0.1,实验车速,; -实验车速从到之间车辆行驶距离,; -实验车速从到之间车辆行驶距离,;3 系统硬件部分设计3.1 系统硬件部分总体设计 从制动性能测试系统的功能要求出发,设计了如图3-1的测试系统。包括微处理器、信号输人 、键盘驱动
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