汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)及汽車防抱死制動系統(tǒng)設計

天津城市建設管理職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書/論文/實習報告題目：汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)——上海大眾帕薩特汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)作者：系別：經(jīng)管系專業(yè)：汽營（3+2）學號：指導教師：崔老師目錄摘要（1）第一章上海大眾PASSAT汽車發(fā)動機概述（2）第二章汽車發(fā)動機維護的重要性（3）第三章汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)的注意事項（4）第四章上海大眾PASSAT汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)（5）一、發(fā)動機常見維護與保養(yǎng)（5）二、重要部位的維護與保養(yǎng)（7）結論（10）致謝（11）參考文獻（12）PAGEPAGE14內(nèi)容摘要隨著社會的不斷發(fā)展，汽車已逐步成為我們?nèi)粘Ｉ罱煌üぞ叩谋貍淦?。買汽車是我們現(xiàn)在生活追求的一種目標。買車以后就必須對其進行維護與保養(yǎng)，發(fā)動機的汽車的心臟，為汽車的行走提供動力。發(fā)動機維護與保養(yǎng)是一項非常重要的工作，做的好，不僅能使發(fā)動機安全運轉，而且可以延長使用壽命。因此，在作業(yè)前后，要按規(guī)定對發(fā)動機進行檢查、保養(yǎng)。在作業(yè)過程中，也應隨時注意發(fā)動機運行中有無不正常情況發(fā)生，如雜音、異味、振動等，以便對問題做到及時發(fā)現(xiàn)，及時解決，避免由于較小故障的惡化，造成嚴重的后果。同時，維護與技術保養(yǎng)搞的好，也可以延長發(fā)動機的維修周期，充分發(fā)揮其效能。關鍵詞:汽車發(fā)動機，維護，保養(yǎng)汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)——上海大眾帕薩特汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)第一章上海大眾PASSAT汽車發(fā)動機概述PASSAT領馭搭載了1.8T及2.8LV6兩款發(fā)動機。而這兩款發(fā)動機也都進行了技術升級與重新匹配。排放標準有了進一步的提升，達到了歐IV水平，即使面對數(shù)年后的法規(guī)也不會落后。另一方面，PASSAT領馭的發(fā)動機采用了大眾慣用的E-Gas電子油門技術。E-Gas能統(tǒng)一協(xié)調(diào)并合理管理汽車各方面瞬時對于發(fā)動機扭矩和輸出功率的要求（如加速超車、ASR、空調(diào)等），使發(fā)動機在任何時間、任何地點或任何狀態(tài)都能夠處于最佳、最合理的范圍。及降低油耗又能使車輛更平穩(wěn)，從而進一步提升行駛性能和安全性。此外，PASSAT領馭的發(fā)動機還采用先進的BOSCHME7電控系統(tǒng)發(fā)動機控制，運用扭矩控制結構，高效控制發(fā)動機的動力輸出：發(fā)動機實現(xiàn)爆震死循環(huán)控制，可以針對不同汽油質(zhì)量自動進行適應性調(diào)節(jié)，保證了發(fā)動機的平穩(wěn)運行，延長了發(fā)動機的壽命。這套系統(tǒng)不僅保證了整體油耗的下降還使得PASSAT領馭可以使用93#汽油的條件下正常行駛，這無疑從另一PASSAT領馭108T個方面提高了它的經(jīng)濟性。由于加入了廢氣渦輪增壓裝置，發(fā)動機飛輸出扭矩可以在1750-4600r/min相當寬泛飛轉數(shù)范圍內(nèi)始終接近210Nm的最高峰值。中低轉速就能提供充沛飛扭矩輸出使得其在保證良好動力行的同時，又能極大的兼顧到燃油經(jīng)濟性。另一方面，電控可調(diào)進氣相位技術以及每缸5氣門的設計，使得這款1.8T發(fā)動機可以輸出110KW的功率，這一數(shù)值甚至高于許多2.4L發(fā)動機，而它的升功率達到了近62KW/L，燃油經(jīng)濟性又好于一般的2.4L發(fā)動機。對于高端車型搭配的2.8LV6發(fā)動機而言，由于缺少了廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的相助，其最大扭矩輸出轉速要來的略高一些，但在3200r/min的時候也已經(jīng)達到了高峰值，同樣具備了良好的中低轉速加速能力。而成90度夾角布置的缸體，也保證了發(fā)動機運轉的安靜平穩(wěn)。單單憑借發(fā)動機技術的提升，無法達到燃油經(jīng)濟性的提升的最大化，其他輔助體系的建立也至關重要。在動力系統(tǒng)總成中，變速器是效率損失較大的一個部件。此次PASSAT領馭采用了Tiptronic5擋手自一體式的變速器更加細化的齒比變化，使得換擋更加平順，燃油經(jīng)濟性也得到了良好的保證。同時，其加入了動態(tài)換擋程序（DSP），它可以自動適應不同的駕駛員?？刂茊卧柚鶧SP來確定換檔點，通過總共大約240條不同的換擋特性曲線，以適應駕駛員不同的駕駛風格，在保證動力性能的同時又不會喪失經(jīng)濟性。在其他方面，PASSAT領馭采用了添加Silica技術的“綠色輪胎”，明顯的提高了輪胎的抓地力，縮短路面制動距離，在濕路面上尤為明顯，同時降低了輪胎的滾動阻力，可以減少整車油耗1-2%。而其經(jīng)典的流線型車頂弧線，保證了0.28超低風阻系數(shù)，使其高速風阻大大降低，油耗水平隨之下降，這一成績在中高級轎車中無人能出其左右。而在保養(yǎng)方面，上海大眾PASSAT領馭系列發(fā)動機保養(yǎng)周期長，PASSAT領馭2.8LV6保養(yǎng)里程為15000km，1.8T為10000km；與同類車的7500km保養(yǎng)周期相比大大降低了用戶維護頻次和維護成本。從另一個側面提高了車輛的經(jīng)濟性能。在上海大眾技術人員的共同努力下，PASSAT領馭比老款帕薩特的油耗平均下降了4%左右，最大降幅達到了8.2%。1.8T手動擋的90km/h等速油耗小于7.1L/100km，即使是2.8LV6車型，其90km/h等速油耗也小于7.6L/100km，對于該級別的車輛而言是非常難得的。第二章汽車發(fā)動機維護的重要性發(fā)動機屬于汽車的要害部位，平時檢查與保養(yǎng)應慎之又慎，外部可用清洗劑清洗干凈，至于內(nèi)部則會在工作中產(chǎn)生積碳、雜質(zhì)、膠質(zhì)等廢物，可以用免拆洗機在不解體的情況下清洗內(nèi)部，內(nèi)部故障應交給4s店或修理廠。發(fā)動機工作不正常長期不能解決主要是由于傳統(tǒng)定期保養(yǎng)的缺陷，傳統(tǒng)的更換三濾機油定期保養(yǎng)方法只限于對潤滑系統(tǒng)的保養(yǎng)，無法滿足發(fā)動機潤滑系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)全方位養(yǎng)護要求，特別是排氣系統(tǒng)廢氣控制裝置的清洗和養(yǎng)護長期以來一直是個空白，因此無法保證在現(xiàn)行燃油、潤滑和路況條件下發(fā)動機正常工作；無法保證安裝OBD裝置汽車正常運行；無法解決發(fā)動機因氣門、燃燒室沉積物、氧傳感器、三元催化堵塞、ECR閥沉積物卡滯等問題。發(fā)動機工作不正常會對你造成以下影響：汽車運行至少增加油耗10%以上，大大增加你的運行成本，汽車尾氣排放無法正常通過，大幅縮短汽車氧傳感器、三元催化使用壽命，增加維修成本?！鞍l(fā)動機全方位定期保養(yǎng)”項目是中國汽車排放I/M運行機制研究課題組推出的一種汽車發(fā)動機綠色環(huán)保常規(guī)養(yǎng)護方法，它在傳統(tǒng)的更滑機油三濾常規(guī)養(yǎng)護基礎上增加了發(fā)動機綜合工作狀況檢測和三元清洗養(yǎng)護。由于它能滿足發(fā)動機潤滑系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)全方位養(yǎng)護要求，特別是排氣系統(tǒng)和廢氣控制裝置的清洗養(yǎng)護要求，因此可以恢復和保證發(fā)動機最佳油耗、動力工作狀態(tài)；可以保持最好的尾氣排放水平；可以預防和解決在現(xiàn)行燃油、潤滑、路況條件下發(fā)動機容易發(fā)生的各種問題，是目前唯一符合I/M制度；符合國家環(huán)保政策；可以滿足發(fā)動機定期保養(yǎng)要求的常規(guī)養(yǎng)護方法。第三章汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)的注意事項維護和使用發(fā)動機，最值得注意的問題是磨合使用，這對于延長發(fā)動機使用壽命有著很關鍵的作用。首先，不要怠速預熱發(fā)動機，現(xiàn)在的電噴發(fā)動機有溫度控制補償系統(tǒng)，能夠滿足車輛在冷車狀態(tài)下的正常行駛。如果電噴發(fā)動機采用長時間預熱，只會在無形中增加燃油消耗量。其次，在駕駛時發(fā)動機不要高轉速行駛。新車初始階段都有速度規(guī)定，一般規(guī)定在60-150km/h以內(nèi)。一般來說，磨合期的發(fā)動機轉速應該嚴格規(guī)定在2000-4000r/min之間，第三，要避免發(fā)動機的負荷過重。新車滿載運行容易造成機件損壞，因此在磨合期內(nèi)不能超過額定負載的75%-80%。這些方面對于新手上路都是要注意的問題，第四，在磨合期內(nèi)不要輕易更換原車機油，并且要經(jīng)常檢查機油、防凍液、蓄電池電解液是否充足，發(fā)現(xiàn)缺少一定及時補充，一般來說，磨合期到7500km左右要更換一次機油。添加劑治標不治本，許多人會考慮為汽車加一些“強心”的補藥，包括一些燃油添加劑等。然而，各種添加劑中雖有專門會針對發(fā)動機的抗磨劑，但只能說是減少發(fā)動機的磨損，此外，也有通過“二次進氣”的原理提高發(fā)動機的燃燒效率，從而達到提高空氣含量，凈化尾氣排放的作用。對此，不少汽修廠的專家表示，這些都是治標不治本的方法，要延長發(fā)動機壽命還是注意日常定期保養(yǎng)為妙。眾所周知，機油對于發(fā)動機的保養(yǎng)和維護起著相當重要的作用，要使發(fā)動機保持良好的工作狀態(tài)，應該定期更換高品質(zhì)的機油和其他部件的潤滑油/液。合理換擋減少磨損從保護發(fā)動機的角度講，按照用戶手冊的要求換擋是最科學的。對于節(jié)油方面，換擋越晚油耗就越高，換擋越早，油耗相對比較低。一般來講、換完檔以后感覺發(fā)動機已經(jīng)順暢，就是合理的。如果換完檔以后，感覺發(fā)動機力量不足，就不太合適。如車輛出現(xiàn)發(fā)動機故障燈報警、發(fā)動機加速無力、發(fā)動機抖動等現(xiàn)象。業(yè)內(nèi)人士指出，這并不完全是汽油的錯，出現(xiàn)這種故障后，應該通過清洗發(fā)動機噴油嘴的方法消除。不管是拆下發(fā)動機噴油嘴清洗還是在車上清洗，總有一些雜質(zhì)在噴油嘴的油軌中。這種情況一般是車輛長期不清洗噴油嘴，導致積碳過多，從而使得發(fā)動機工作不良。當然，在汽油里添加優(yōu)質(zhì)的汽油清洗劑，可有效的防止在金屬表面形成積碳結層，并能逐漸活化原有的積碳顆粒慢慢去除，從而保護發(fā)動機免受傷害。第四章上海大眾PASSAT汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)一、發(fā)動機常見維護與保養(yǎng)平時行車，汽車在行駛中須注意觀察發(fā)動機的水溫，水溫如突然升高，原因大多是冷卻系統(tǒng)嚴重缺水。此時，應立即停車，保持發(fā)動機怠速運轉一段時間后，加注冷卻水，除此以外，要注意發(fā)動機的聲音、排氣顏色。發(fā)動機的正常水溫應在80度-90度之間，水溫過高或過低都會使機件磨損加劇，降低發(fā)動機壽命。節(jié)溫器是調(diào)節(jié)水溫的重要部件，如發(fā)現(xiàn)水溫異常，還應檢查節(jié)溫器，節(jié)溫器的閥門常開或常閉，會造成發(fā)動機溫度過低或過高。更換三濾機油，三濾是指空氣濾清器、機油濾清器、汽油濾清器，都是用于去污存清，因此，及時清潔將有利于改善發(fā)動機機體內(nèi)部的工作環(huán)境?？諝鉃V清器：空濾的作用是在空氣進入氣缸前對其加以過濾，去除其中夾帶的雜質(zhì)、灰塵、沙粒等異物。通長環(huán)境下，空濾的清潔保養(yǎng)間隔為10000km左右，但有時雖然更換里程未到，但濾芯內(nèi)側已沾滿了灰塵或油污，必須立即更換?？諡V分為干式和濕式兩種，多數(shù)汽車上使用的是干式空氣濾清器。機油濾清器：其功能是去除機油中的各種雜質(zhì)，保證潤滑系統(tǒng)的正常，機濾必須在換機油時一同更換。注：安裝新濾芯時，不要用機濾扳手擰的過緊，以防造成損壞。應在30N左右。汽油濾清器：更換的間隔一般為30000km。（一）冷卻系的檢查與保養(yǎng)水箱：檢查水箱只需看一下副水箱的水量是否在上下限間即可。主水箱蓋子內(nèi)有一個橡膠墊圈，具有防止高壓水氣泄漏的功能，如發(fā)現(xiàn)墊圈失去彈性并已硬化，請立即更換，清洗水箱及冷卻管路。防凍液的使用：防凍液的主要成分為乙二醇，呈堿性，PH值多在7.5-11之間，冰點應低于-25度，沸點應高于106度，有效期一般為1-2年汽車每行駛兩年應更換冷卻液。（二）使用防凍液應注意以下問題：1.不同品牌的防凍液所使用的金屬緩蝕劑也不同，因此不同品牌的防凍液不能混用，使用了防凍液的車輛切勿直接補充自來水，應該加入蒸餾水或去離子水，若實在沒有條件，加冷開水也比自來水好。如防凍液因泄露損失，應加注同品牌的防凍液，防凍液是四季使用，夏天使用自來水的方法是不科學的，也是得不嘗失的。2.有的防凍液存放一年后會出現(xiàn)少量絮狀沉淀，這種現(xiàn)象多半是添加劑析出造成的，不必扔掉。如出現(xiàn)大量的顆粒沉淀，表明該防凍液已經(jīng)變質(zhì)，不能再使用了。3.選擇防凍液的另一個關鍵是確保安全性。高級防凍液兼具防腐、防垢、防沸、防凍、防銹的功效，還能對水箱起到很好的保護，一年四季都可以使用。優(yōu)質(zhì)防凍液外觀應清亮透明，并有醒目的顏色，無異味。而一些劣質(zhì)的防凍液根本不具有防凍及防沸功能，有的防凍液雖然冰點及沸點合格，但卻有腐蝕性，能把水箱“咬”的千瘡百孔，影響行車。建議還是用4s店專用的防凍液。（三)節(jié)溫器的檢查與保養(yǎng)1.節(jié)溫器發(fā)生故障，會導致發(fā)動機升溫較慢，低速行駛時溫度偏低，這一現(xiàn)象在冬季尤其突出。節(jié)溫器閥門不開啟所造成的表面特征為水箱上水室燙手而下水室很涼，此時應予以檢查、更換。2.平時在進行冷卻系統(tǒng)的保養(yǎng)時，應注意清洗節(jié)溫器上的水溝和污物。如發(fā)現(xiàn)破損應及時更換。（四）火花塞的保養(yǎng)火花塞的功能及特征：火花塞的作用是將點火線圈所產(chǎn)生的脈沖高壓電引進燃燒室，利用電極產(chǎn)生的電火花點燃混合器，完成燃燒。國產(chǎn)火花塞的型號由三部分數(shù)字或字母組成。前面的數(shù)字表示螺紋直徑，如數(shù)字1，表示螺紋直徑為10mm，中間的字母表示火花塞旋入氣缸部分的長度，最后一位數(shù)字表示火花塞的熱型，1-3為熱型，5、6為中型，7以上為冷型。火花塞的間隙是其主要的工作技術指標，間隙過大，點火線圈和分電器產(chǎn)生的高壓電難以跳過，致使發(fā)動機啟動困難，如間隙過小，會導致火花微弱，同時易發(fā)生漏電。（五）火花塞的檢查1.拆卸：將火花塞上的點火線圈拔出，并記住原始位置，以免安裝錯位，在拆卸中注意事先清除火花塞孔處的灰塵及雜物，以防止雜物落入氣缸。拆卸時用火花塞套筒套牢火花塞，轉動套筒將其卸下，并依次排好。2.檢查：火花塞的電極正常顏色為灰白色，如電極燒黑并附有機碳，則說明存在故障，需更換。3.火花塞的更換：火花塞屬易消耗件，一般行駛20000-30000km即應更換?；鸹ㄈ鼡Q的標志是不跳火或電極放電部分因燒蝕而呈圓形。另外，如使用中發(fā)現(xiàn)火花塞經(jīng)常積碳、斷火，一般是因為火花塞太冷，需更換熱型火花塞；若有熾熱點火現(xiàn)象或氣缸中發(fā)出沖擊聲，則需選用冷型火花塞?；鸹ㄈ嬗杏臀刍蚍e碳應及時予以清洗，但不要用火燒烤，如瓷芯損壞、破裂，則應進行更換。二、重要部位的維護與保養(yǎng)PASSAT發(fā)動機重要部位是它的廢氣渦輪增壓裝置，如果我們不很好的加以維護保養(yǎng)的話會嚴重影響渦輪增壓的效果。避免發(fā)動機長時間怠速運轉，當渦輪和壓氣機中氣體壓力過低和渦輪增壓器軸的轉速過低時，潤滑油會通過密封件滲漏到渦輪和壓氣機中。雖不會造成機械損傷，但會污染葉輪同時增大潤滑油消耗量。另外，啟動后不可猛轟油門，以防損毀增壓器油封。其次，1.8T發(fā)動機長時間高速大負荷運轉，如剛跑完高速以后，不能立即熄火。熱機狀態(tài)下如果突然停轉，機油壓力會迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內(nèi)的熱量不能迅速帶走，而增壓器轉子仍在慣性旋轉。會引起增壓器內(nèi)滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。因此再熄火前，要使發(fā)動機和轉速逐步從最大值降下來，最好時停車后在怠速運轉3-5分鐘，切忌猛轟幾腳油門后突然熄火。1.8T發(fā)動機運行條件比較苛刻，其增壓器與氣缸等部件都應用同源機油進行潤滑。由于增壓器經(jīng)常處于高溫狀態(tài)下運轉，管線受熱，內(nèi)部機油容易結焦產(chǎn)生積碳，造成增壓器軸承潤滑不足而導致?lián)p壞，有時還會堵塞機濾網(wǎng)，影響發(fā)動機正常工作。上高速長時間行車機油燈會報警，因此渦輪增壓發(fā)動機所用的機油比自然吸氣發(fā)動機所用的機油容易變質(zhì)，要定期或定公里數(shù)更換，以便及時清洗濾網(wǎng)和管線。需采用廠家指定或高級合成機油，以確保品質(zhì)，是發(fā)動機處于良好工況而延長壽命。裝有渦輪增壓發(fā)動機的轎車如果沒有正確使用和保養(yǎng)，渦輪增壓的故障率就會升高，而且渦輪增壓發(fā)動機在使用保養(yǎng)方面與普通發(fā)動機相比有一些需要特別注意的地方。首先，對于渦輪增壓我們應該有正確的認識，在實際使用中，如果對渦輪增壓發(fā)動機進行了正確的使用和維護，渦輪增壓器的壽命可以和發(fā)動機的壽命相當。渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的廢氣驅動渦輪，渦輪帶動同軸的葉輪高速旋轉，新鮮空氣在葉輪的作用下，被壓縮后進入發(fā)動機氣缸，從而增加了發(fā)動機的充氣量，使燃油更加充分地燃燒，提高了發(fā)動機的輸出功率接近40%，渦輪增壓器的工作環(huán)境十分惡劣，經(jīng)常處于高溫、高壓的工作條件，因此對它的正確使用和維護十分重要。渦輪增壓的轉軸與軸套之間配合間隙很小，因此發(fā)動機機油和濾清器必須保持清潔，防止雜質(zhì)進入，否則機油潤滑能力下降，從而造成渦輪增壓器的過早報廢。按時清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質(zhì)進入高速旋轉的壓氣葉輪，造成轉速不穩(wěn)或軸套和密封件加劇磨損。增壓器的渦輪端裝有合金密封環(huán)，如果此密封環(huán)損壞，發(fā)動機高速運轉時，廢氣會通過密封環(huán)進入發(fā)動機潤滑系統(tǒng)，將機油變臟，并使曲軸箱壓力迅速升高，發(fā)動機低速運轉時，機油會通過密封環(huán)從排氣管排出或進入燃燒室燃燒，從而造成機油的過度消耗。因此，當出現(xiàn)上述兩種異常情況時，及說明渦輪增壓器有故障，必須拆下檢修。經(jīng)常注意渦輪增壓器有無異響或震動加劇的現(xiàn)象，潤滑油管和接頭均不得有滲漏現(xiàn)象。結論汽車發(fā)動機式車輛的重要組成部分，關系到汽車的使用性能和行駛安全。在汽車的運行過程中套特別注意預防發(fā)動機的早期磨損，防止發(fā)動機的不正常損壞。正確合理的使用發(fā)動機，可以有效的延長發(fā)動機的使用壽命，但是，由于操作使用不當和保養(yǎng)檢修不及時，將導致發(fā)動機的損傷，直接影響汽車的技術性能和經(jīng)濟性，因此對于發(fā)動機的維護和保養(yǎng)我們應該重視。致謝在此論文撰寫過程中，要特別感謝崔老師的指導與督促，同時感謝他的諒解與包容。沒有崔老師幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的輔導員朱慧老師，謝謝她在這兩年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回報，無私奉獻的精神很讓我感動，再次向他表示由衷的感謝。在這三年的學期中結實的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們！本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術界的前輩們致敬！參考文獻1.沈志云《交通運輸工程學》北京，人民交通出版社，1999.72.蕭長宇《汽車知識大全》福建科科學技術出版社，2008.83.閔永軍、萬茂松、周良《汽車故障診斷與維修技術》北京，高等教育出版社，2004.74.劉方成《當代轎車》北京出版社，2003摘要

防抱死制動控制系統(tǒng)（ABS）是在傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的基礎上采用智能控制技術，在制動時自動調(diào)節(jié)制動力防止車輪抱死，充分利用道路附著力，提高制動方向穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性，從而獲得最大制動力且縮短制動距離，盡可能地避免交通事故發(fā)生的機電一體化安全裝置。本文根據(jù)防抱死制動控制系統(tǒng)的工作原理，應用汽車單輪運動的力學模型,分析了制動過程中的運動情況。采用基于車輪滑移率的防抱控制理論，根據(jù)車速、輪速來計算車輪滑移率。以MSP430F149單片機為核心，完成了輸入電路、輸出驅動電路及故障診斷等電路設計，闡述了ABS系統(tǒng)軟件各功能模塊的設計思想和實現(xiàn)方法，完成了ABS檢測軟件、控制軟件的設計。課題所完成的汽車防抱死制動控制系統(tǒng)己通過模擬試驗臺的基本性能試驗，結果表明：汽車防抱死制動控制系統(tǒng)的硬件電路設計合理可行，軟件所采用的控制策略正確、有效，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，改善了汽車制動系統(tǒng)性能，基本能夠滿足汽車安全制動的需要。本文對汽車防抱死制動系統(tǒng)進行了數(shù)學建模，并在Matlab/Simulink的環(huán)境下，對汽車常規(guī)制動系統(tǒng)和基于PID控制器的防抱死制動系統(tǒng)的制動過程進行了仿真，通過對比分析，驗證了基于PID控制器的汽車防抱死制動系統(tǒng)具有良好的制動性能和方向操縱性。

關鍵詞：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）；滑移率；控制策略；單片機；建模；仿真；

一、電控防抱死系統(tǒng)分類電控防抱死制動系統(tǒng)（ABS）的分類1）按控制方式分可分為單參數(shù)控制和雙參數(shù)控制（ABS）（1）單參數(shù)控制（ABS）它以控制車輪的角減速度為對象，控制車輪的制動力，實現(xiàn)防抱死制動，其結構主要由輪速傳感器、控制器(電腦)及電磁閥組成。（2）雙參數(shù)控制（ABS）雙參數(shù)控制的ABS，由車速傳感器(測速雷達)、輪速傳感器、控制裝置(電腦)和執(zhí)行機構組成。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輸入電腦，由電腦計算出實際滑移率，并與理想滑移率15%—20%作比較，再通過電磁閥增減制動器的制動力。2）控制通道對能夠獨立進行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。獨立控制是指某個車輪的制動壓力占用一個控制通道可以單獨進行調(diào)節(jié)；一同控制是指兩個車輪的制動壓力是一同進行調(diào)節(jié)的。高選原則一同控制是指保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動抱死或驅動防滑為原則進行制動壓力調(diào)節(jié)；反之，稱為低選原則一同控制。按控制通道數(shù)分可以分為：四通道ABS系統(tǒng)、三通道ABS系統(tǒng)、雙通道ABS系統(tǒng)與單通道ABS系統(tǒng)。（1）四通道ABS系統(tǒng)（如圖1）圖1四通道四傳感器ABS(a)雙制動管路前后布置(b)雙制動管路對角布置①組成：四個輪速傳感器，在通往四個車輪制動分泵的管路中，各設一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對各個車輪進行獨立控制。②優(yōu)點：附著系數(shù)利用率高，制動時可以最大限度地利用每個車輪的最大附著力。③適用：汽車左右兩側車輪附著系數(shù)相近的路面，不僅可以獲得良好的方向穩(wěn)定性和方向操縱能力，而且可以得到最短的制動距離。④缺點：如果汽車左右輪附著力相差較大，如：行駛在附著系數(shù)對分的路面上或汽車兩側垂直載荷相差較大時，制動時兩個車輪的地面制動力就相差較大，因此會產(chǎn)生橫擺力矩，使車身向制動力較大的一側跑偏，不能保持汽車按預定方向行駛，會影響汽車的方向穩(wěn)定性，一般駕駛員修正有些困難。⑤結論：在具有驅動防滑轉(ASR)功能時采用四通道式。（2）三通道ABS系統(tǒng)（如圖2）圖2三通道ABS(a)三通道四傳感器ABS（對角布置）(b)三通道四傳感器ABS（前后布置）(c)三通道三傳感器ABS①結構：四個輪速傳感器或三個輪速傳感器。一般三通道ABS是對兩前輪進行獨立控制，兩后輪按低選原則進行一同控制，也稱它為混合控制。②圖2-(a)所示適用前輪驅動汽車及按對角布置的雙管路制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中雖然在通往四個車輪制動分泵(輪缸)的制動管路中，各設置一制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后輪制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制器按低選原則一同控制的，因此，實際上仍然是三通道ABS。③圖2-(b)(c)所示適用后輪驅動汽車及按前后布置的雙管路制動系統(tǒng)。在通往兩后輪制動分泵(輪缸)的制動總管路中，只設置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，以便對兩后輪制動分泵的制動壓力進行一同控制。由于三通道ABS對兩后輪進行一同控制，對于后輪驅動的汽車，也可以在傳動系統(tǒng)中(如主減速器或變速器中)只設置一個輪速傳感器，感測兩后輪的平均轉速，實現(xiàn)近似低選原則的一同控制。④兩后輪按低選原則進行一同控制時，可以保證汽車在各種條件下左右兩后輪的制動力相等，即使兩側車輪的附著力相差較大，兩個車輪的制動力都限制在附著力較小的水平，使兩個后輪的制動力始終保持平衡，保證汽車在各種條件下制動時都具有良好的方向穩(wěn)定性。但也可能出現(xiàn)附著系數(shù)大的一側后輪的附著力不能充分利用的問題，使汽車的總制動力有所減小。應該看到，在緊急制動時，由于發(fā)生軸荷前移，在汽車的總制動力中，后輪的制動力所占的比重較小，尤其是小轎車，使前輪的附著力比后輪的附著力大得多，通常后輪制動力只占總制動力的30％左右，因此，后輪附著力未能充分利用的損失對汽車的總制動力影響不大。⑤對兩前輪進行獨立控制，主要考慮到小轎車，特別是前輪驅動的汽車，前輪的制動力在汽車總制動中所占的比例較大(可達70％左右)，可以充分利用兩前輪的附著力。一方面使汽車獲得盡可能大的總制動力，利于縮短制動距離，另一方面更重要的能在制動中使兩前輪始終保持較大的橫向附著力，使汽車保持良好轉向控制能力。盡管兩前輪獨立控制可能導致兩前輪制動力不平衡，但由于兩前輪制動力不平衡對汽車行駛方向穩(wěn)定性影響相對較小，而且可以通過駕駛員的轉向操縱對由此造成的影響進行修正。因此，三通道ABS在小轎車上被普遍采用。（3）雙通道ABS系統(tǒng)（如圖3）圖3雙通道ABS(a)二通道三傳感器ABS(b)二通道四傳感器ABS(c)二通道二傳感器ABS(d)二通道二傳感器ABS①（a）圖中，前輪附著力相差較大時，高選。②（d）圖中，在后制動管路中設置比例閥或低選擇閥。③雙通道式：難以在方向穩(wěn)定性、轉向操縱性和制動距離各方面得到兼顧，目前采用很少。（4）單通道ABS系統(tǒng)（如圖4）圖4一通道一傳感器ABS由于前輪無控制，故易抱死，轉向操縱性差，制動距離較長。二、電控防抱死制動系統(tǒng)（ABS）的基本組成與工作原理1、ABS的基本組成ABS是在普通制動系統(tǒng)的基礎上，加裝ABSECU、傳感器、執(zhí)行器等裝置而形成的制動系統(tǒng)，其基本構成如圖5。其結構形式和控制方法因車而異。圖5制動防抱死系統(tǒng)（ABS）的基本組成2、傳感器1）輪速傳感器（1）作用：檢測車輪運動狀態(tài)，獲得車輪轉速信號，并將車輪的減速度（或加速度）信號送給ECU。典型輪速傳感器外形與基本結構如圖6。（2）安裝：一般在車輪處，但也有設置在主減速器或變速器中。圖6輪速傳感器的外形與基本結構(a)輪速傳感器外形(b)輪速傳感器的基本結構2）車速傳感器作用：檢測車速，給ECU提供車速信號，用于滑移率控制方式。3）減速度傳感器作用：在汽車制動時，獲得汽車減速度信號。因為汽車在高附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度大，在低附著系數(shù)路面上制動時，汽車減速度小，因而該信號送入ECU后，可以對路面進行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當判定汽車行駛在雪地、結冰路等易打滑的路面上時，采取相應控制措施，以提高制動性能。多用于四輪驅動控制系統(tǒng)3、電子控制單元（ECU）接收輪速、車速信號、發(fā)動機轉速信號、制動信號、液位等信號，分析判定車輪制動狀態(tài)，需要時發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報警、記憶、存儲、自診斷和保護功能。ECU控制原理如圖7。圖7ABS控制電腦原理圖4、執(zhí)行器1）油泵及儲能器作用：產(chǎn)生控制油壓，使制動壓力調(diào)節(jié)裝置工作。2）制動壓力調(diào)節(jié)器制動壓力調(diào)節(jié)器是ABS系統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器，一般都設在制動總泵(主缸)與車輪制動分泵(輪缸)之間。（1）作用：根據(jù)ECU的控制指令，自動調(diào)節(jié)制動分泵(輪缸)的制動壓力。（2）分類①根據(jù)動力來源分可以分為：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)結構關系分可以分為：分離式與整體式。分離式：制動壓力調(diào)節(jié)器自成一體，通過制動管路與制動總泵相連。圖8分離式液壓調(diào)節(jié)器組件整體式ABS系統(tǒng)總成整體式：制動壓力調(diào)節(jié)器與制動總泵構成一個整體。如圖8。③根據(jù)調(diào)壓方式分可以分為：流通式與變?nèi)菔?。流通式：在制動總泵和制動分泵之間串聯(lián)一個或兩個電磁閥，由電磁閥根據(jù)ECU的指令，通過控制，使制動分泵的制動液回到制動總泵(或儲液器)，或使制動總泵(或儲能器)的制動液流入制動分泵，或者使制動分泵的制動液既不流入也不流出，以實現(xiàn)制動分泵壓力的減小、增大或保持。變?nèi)菔剑喝鐖D9。在原制動管路中，并聯(lián)一套液壓裝置，該裝置中有一個類似活塞的裝置。工作時根據(jù)ECU的指令，該裝置首先將制動分泵和總泵隔離，然后通過電磁閥的開閉或電動機的轉動等不同方式，控制活塞在調(diào)壓缸中運動，使調(diào)壓缸工作室至制動分泵的容積發(fā)生變化。容積增大，實現(xiàn)制動壓力減小；容積減小，實現(xiàn)制動壓力增大；容積不變，實現(xiàn)壓力保持。1—制動踏板2—制動主缸3—儲能器4—電動泵5—儲液室6—電磁線圈7—電磁閥8—柱塞9—電控單元10—制動輪缸11—轉速傳感器12—車輪13—單向閥14—控制活塞圖9可變?nèi)莘e式制動壓力調(diào)節(jié)器常規(guī)制動（升壓）狀態(tài)5、ABS警示裝置1）作用：報警燈可顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)及自診斷報警。2）黃色的ABS燈可顯示ABS控制系統(tǒng)的故障（如4個輪速傳感器、4個電磁閥、ABS主繼電器、油泵繼電器報警燈繼電器等），它報警后汽車仍然能維持常規(guī)制動，但ABS系統(tǒng)已斷電保護，停止工作。3）紅色的BRAKE燈亮，顯示駐車制動開關、行車制動開關信號、液壓高低信號、液位高低信號等有故障，危險性大，應停車檢修。三、ABS系統(tǒng)制動調(diào)節(jié)過程1、常規(guī)制動（ABS不工作）時：電磁閥不通電，制動總缸與分缸之間自由連通。踩下制動踏板時分缸持續(xù)制動，離開制動踏板時油液返回主缸，制動結束。2、ABS工作時：1）壓力增大：電磁閥和電動泵不通電，制動油液從主缸流入分缸進行制動。2）壓力保持：當車輪趨于抱死時，電子控制單元給電磁線圈通小電流，此時主缸與分缸之間的通道被切斷，使車輪壓力保持不變。3）壓力減小：當車輪繼續(xù)趨于抱死時，電子控制單元給電磁線圈通大電流，此時輸出閥開啟，分缸與回油道接通，車輪制動力下降，轉速上升。然后ABS電子控制單元再給電磁線圈斷電，車輪制動力又會上升，如此反復，ECU通過執(zhí)行器不斷地控制制動系統(tǒng)完成增壓、保壓、降壓、升壓的過程，使車輪始終處于將要抱死而又未抱死的臨界狀態(tài)，把車輪滑動率控制在最佳（10%—20%）的范圍內(nèi)，以獲得最好的制動效果。具體過程如圖10。1—低壓儲液器2—由電動機驅動的液壓泵3—制動總泵（主缸）4—進液閥（2/2常開電磁閥）5—出液閥（2/2常閉電磁閥）6—車輪制動輪缸（分泵）圖10制動壓力調(diào)節(jié)過程四、防抱死制動系統(tǒng)硬件設計4.1防抱死制動系統(tǒng)的基本組成ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元(ECU)和電磁閥三部分組成，其系統(tǒng)原理結構框圖如圖4-1所示。傳感器一般安裝在車輪上以測量車輪的轉速，傳感器一般為磁電感應式。ABS工作時ECU接收傳感器送來的車輪信號，一般為符合ECU電壓要求的矩形電壓波，然后固化在ECU中的程序根據(jù)各個車輪的速度來決定對各個車輪的制動液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應的控制信號給各個車輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號后對車輪分泵的壓力進行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運動情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序實際上是ABS的控制方法，而液壓控制單元是ABS控制方法的執(zhí)行機構。圖4-1ABS系統(tǒng)原理結構框圖輪速傳感器是汽車輪速的檢測元件，它能產(chǎn)生頻率與車輪速度成正比的近似召玄電信號，ABS控制單元根據(jù)處理后的信號計算車輪速度。電子控制單元是整個防抱死制動系統(tǒng)的核心控制部件，它接受車輪速度傳感器送來的頻率信號，通過計算與邏輯判斷產(chǎn)生相應的控制電信號，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動壓力。定性的來說，就是當車輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時，ECU就輸出一個控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，使輪速上升或下降，將汽車車輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實現(xiàn)汽車的安全、可靠制動。電子控制單元原理結構框圖如圖4-2所示。圖4-2電子控制單元原理結構框圖電磁閥是防抱死制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒有控制信號的情況下，該制動系統(tǒng)相當于常規(guī)制動系統(tǒng)，直接輸出最大制動壓力；當ECU向電磁閥發(fā)出控制信號時，電磁閥動作，對輪缸壓力進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車輪的滑移率，使制動力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動，但又不達到峰值制動力，實現(xiàn)最佳制動效率。ABS就是在汽車制動過程中不斷檢測車輪速度的變化，按一定的控制方法，通過電磁閥調(diào)節(jié)制動輪缸壓力，以獲得最高的縱向附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動狀態(tài)。4.2MSP43OF149最小系統(tǒng)汽車防抱死制動系統(tǒng)是一個典型的計算機控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。它一方面負責將傳感器信號A/D轉換或將數(shù)字輸入信號采集到計算機的內(nèi)存中去進行分析處理，另一方面要將控制命令通過D/A轉換或數(shù)字輸出去驅動作動系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過軟件編程來實現(xiàn)各種控制算法，所以電子控制單元是控制系統(tǒng)的關鍵，它的實現(xiàn)取決于所選取的計算機的類型。相對于ABS系統(tǒng)，對基于車輪滑移率的控制方式而言，輸入電子控制單元的信號是速度脈沖，它由傳感器采集感應出正弦信號，經(jīng)過模擬電路的濾波整形修正為標準的系列方波信號，然后通過單片機的定時／計數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機內(nèi)存中去。單片機內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個輪速信號按一定的算法進行計算，如計算車輛參考速度和車輪角減速度，根據(jù)這些值的大小確定出相應的控制命令，即壓力增加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號通過數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過模擬電路的驅動功率放大就可以直接驅動電磁閥，進而控制制動壓力。同時輸出的信號中還包括報警指示等。就目前而言，實現(xiàn)汽車的控制系統(tǒng)一般采用單片計算機，在開發(fā)階段也有采用通用CPU的，采用CPU在于可以利用CPU強大的軟、硬件資源以及網(wǎng)絡功能實現(xiàn)復雜的控制算法、高效的編程手段以及高速的運算速度。但作為研制的最終產(chǎn)品，無一例外都采用單片機作為電子控制單元的核心。由于單片機體積小，重量輕，高可靠性，價格低廉，使用方便，因此十分適用于開發(fā)汽車電子系統(tǒng)。早期的汽車控制系統(tǒng)采用八位單片機，目前已過渡到十六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動機管理系統(tǒng)已開發(fā)采用32位CPU。目前防抱死系統(tǒng)采用較多的單片機是摩托羅拉（Motorola）、英特爾（Intel）、德州儀器（TI）公司及西門子（Siemens）16位單片機。選用單片機要充分利用各種外部端口的資源，同時要利用內(nèi)部的存貯器、中斷，充分發(fā)揮它的運算速度，應根據(jù)以下幾個原則選擇ABS控制的單片機。

1.CPU的運算速度CPU的時間一般消耗在數(shù)學運算過程中，特別是32位的浮點數(shù)計算，計算時間成倍的增加，一般情況下應避免采用浮點數(shù)計算，因為ABS系統(tǒng)要求計算頻率非常高，一般５毫秒到10毫秒之間，CPU要完成各種計算，例如加減速度、參考滑移率等，這種計算都是實時完成的。

2.內(nèi)外部存貯器同樣的CPU類型其內(nèi)、外部數(shù)據(jù)與程序存貯器也是多樣的，所以電子控制單元要根據(jù)需要選擇不同的內(nèi)、外部存貯器，同時編程時要提高內(nèi)存利用率，多用通用的變量，少定義專用的變量，以節(jié)省內(nèi)存。目前ABS系統(tǒng)的程序容量一般在8k-32k之間，內(nèi)存數(shù)據(jù)儲存器在256個字節(jié)以上。進入90年代，已大批量使用帶有ROM,EPROM,EEPROM,FLASHEEPROM和一次寫入（OPT型）的單片機。它真正符合了單片機的小型、簡單、可靠、廉價的設計初衷。

3．輸入、輸出端口資源輸入輸出端口要充分的利用，如果使用不足則浪費了資源，外部總線8位的單片機I/O資源太少，無法用于ABS系統(tǒng)，外部總線16位基本能滿足ABS系統(tǒng)的要求。

4.2.1簡介MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)公司近幾年開發(fā)的新一代高性能、低功耗的單片機。該系列單片機將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)，采用存儲器一存儲器結構，即用一個公共的空間對全部功能模塊尋址，同時用16位精簡指令組（RISC）對全部功能模塊進行操作，其RAM單元也可以實現(xiàn)運算。在MSP430系列單片機中，系統(tǒng)的各個模塊完全是獨立運行的。在運算速度方面，因其是在DSP的基礎上發(fā)展起來的，所以具有DSP的一些優(yōu)點，如MSP430系列單片機能在8MHz晶振驅動下實現(xiàn)125ns的指令周期，與其16位的數(shù)據(jù)寬度以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如FFT等）。此外，MSP430系列具有方便高效的開發(fā)方式，利用單片機本身具有的JTAG接口或片內(nèi)BOOTROM在一臺PC及一個結構小巧的JTAG電子控制單元的幫助下實現(xiàn)程序的下載，完成程序的調(diào)試。本電子控制單元選用的MSP430F149是一款功能強大，性價比極高的FLASH型超低功耗16位RISC指令集單片機，特別適用于各種專用、小型、省電、可移動、對計算、實時性要求很高的儀器儀表設備等控制系統(tǒng)中。主要由以下幾個部分組成：*CPU內(nèi)核，由16位ALU、指令控制邏輯和16個寄存器組成，運行正交的精簡指令集，可以使應用系統(tǒng)的程序設計實現(xiàn)復雜的尋址模式和軟件算法。*基礎時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器（DCO）和2個晶體振蕩器。靈活的時鐘配置及分頻系統(tǒng)可以讓設計者適應各種對時鐘的要求。*12位的A/D轉換器ADC12，具有高速、通用的特點。ADC12的主要特性如下：最大采樣速率為200ksps：內(nèi)裝采樣／保持電路；可對8個外部模擬信號之一或4個內(nèi)部電壓之一作轉換：可選內(nèi)部參考電平1.5V或2.5V；可以為每個通道的正負參考電平選擇內(nèi)部或外部的電壓源；具有單通道單次、單通道重復、序列通道單次、序列通道重復等轉換模式。*16位定時器Timer-A和Timer-B，可支持多個同時進行的時序控制、多個捕獲／比較功能、多種輸出波形（PWM波形），也可以是上述功能的組合。此外，二者還具有4種工作模式的16位計數(shù)器；可以對每個捕獲／比較模塊獨立編程等。*6個8位并行端口:PL-P6。每一個端口都有各自的控制寄存器，均可獨立編程，可以作為I/O端口工作，也可作外圍模塊的引腳。特別的是Pi和P2具有中斷能力，每一引腳都可以單獨選擇中斷，都可以單獨選擇中斷觸發(fā)沿、單獨允許中斷可用于對外部事件的中斷處理。*看門狗定時器（WatchDogTimer），可用作通用定時器。具有８種軟件可選的定時時間；2種工作模式，即：看門狗模式和定時器模式等。*2個串行通信接口：USARTO和USATR1．支持兩種不同的串行協(xié)議：通用異步協(xié)議CUART協(xié)議）和同步協(xié)議（SPI協(xié)議）。*硬件乘法器，它的運行獨立于CPU，也不需要特殊的指令。運行時，只需將操作數(shù)裝入它的寄存器，在下一條指令就可得到運算結果，對于乘法運算不需要額外的等待周期。*60Kb的FLASH型程序存儲器，256字節(jié)的FLASH型信息存儲器，2K數(shù)據(jù)存儲器。4.2.2最小系統(tǒng)設計MSP430F149單片機本身具有非常豐富的片內(nèi)資源，最小系統(tǒng)無需配置外圍接口芯片就可滿足本系統(tǒng)要求，最小系統(tǒng)如圖4-3所示。

圖4-3單片機最小系統(tǒng)電路圖基礎時鐘模塊的LFXT1振蕩器工作在低頻模式，外接32.768KHz：鐘表晶振，作為內(nèi)部看門狗定時器的時鐘源，使其能精確定時100毫秒產(chǎn)生中斷請求，用于軟件復位。LFXT2振蕩器外接3.6864M晶振，工作于高頻模式，作為其他外圍模塊的時鐘源，滿足外圍模塊高速采集計算的要求。

圖3.3中J1為JTAG接口，用戶通過它進行程序下載，實現(xiàn)CPU仿真調(diào)試功能，其各管腳定義如下：TDO：測試數(shù)據(jù)輸出，由標示寄存器或引腳狀態(tài)捕捉寄存器移位出來的串行位流從這個引腳輸出。TDI：測試數(shù)據(jù)輸入，通過它，可以將由命令或數(shù)據(jù)轉換成的串行位流輸入測試邏輯單元的控制／命令寄存器或邊界掃描寄存器。TCK：測試口時鐘，提供測試邏輯單元用來交換數(shù)據(jù)的同步時鐘。TMS：測試模式選擇，與ＴＣＫ配合控制測試訪問口狀態(tài)機的狀態(tài)，決定數(shù)據(jù)流的方向。MSP430F149單片機的低功耗，高抗干擾，高集成度以及多陽口和多中斷源的特性大大的簡化了外部電路，非常符合我們的設計要求。在MSP430F149系列單片機中，系統(tǒng)各個模塊完全是獨立運行的，定時器（Timer）．輸入／輸出口（I/Oport）．A/D轉換、看門狗（Watchdog）等都可以在主CPU休眠的狀態(tài)下獨立運行。當需要主CPU工作時任何一個模塊都可以通過中斷喚醒CPU從而使系統(tǒng)以最低功耗運行。這一點是MSP430F49系列單片機最突出的優(yōu)點也是與其他單片機的最大的區(qū)別。此外由于MSP430F149系列單片機具有LCD驅動、A/D轉換、模擬比較器、多路中斷和定時器、串行通信口，因而其用途極其廣泛。MSP430系列單片機是在DSP的基礎上發(fā)展起來的，因而繼承了DSP的一些優(yōu)點，比如說用戶可以選擇具有硬件乘法器的MSP430系列單片機，這一點使得它不但功耗低而且速度快，更加適合于高速的數(shù)據(jù)處理。4.3防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器4.3.1輪速傳感器的結構圖4-5車輪傳感器安裝位置由于電磁式傳感器工作穩(wěn)定可靠，幾乎不受溫度、灰塵等環(huán)境因素影響，所以目前ABS系統(tǒng)中的輪速傳感器廣泛采用變磁阻式的被動電磁式的結構。車輪速度傳感器是一種通過磁通量變化而感應電壓的裝置，在每個車輪上安裝一個，共4個，一般由磁感應傳感頭與齒圈組成。（其安裝位置如圖4-5）。傳感頭是一個靜止部件，通常由永久磁鐵、電磁線圈和磁極等構成，安裝在每個車輪的托架上。齒圈是一個運動部件，一般安裝在輪毅或輪軸上與車輪一起旋轉。傳感頭磁極與齒圈的端面有一空氣隙，一般在1mm左右，通常可移動傳感頭的位置來調(diào)整間隙。在實際安裝中，可以用一個厚度與空氣隙大小一樣紙盤貼在傳感頭磁極面上，紙盤的另一面緊挨齒圈凸出端面，然后固定傳感頭即可。4.3.2輪速傳感器工作原理輪速傳感器的工作原理與交流發(fā)電機的工作原理相同。傳感頭與齒圈緊挨著固定，當齒圈隨車輪旋轉時，在永久磁鐵的電磁感應線圈中就產(chǎn)生一交流信號（這是因為齒圈上齒峰與圖4-6車輪傳感器安裝位置齒谷通過時引起磁場強弱變化的緣故），交流信號的頻率與車輪速度成正比，交流信號的振幅隨輪速的變化而變化。圖4-6電磁式傳感器工作原理ABS電子控制單元通過傳感器發(fā)來交流信號的頻率來確定車輪的轉速，如果ABS電子控制單元發(fā)現(xiàn)車輪的圓周減速度急劇增加，滑移率達到或超過20%時，它立刻給ABS制動調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)出指令，減小或停止車輪的制動力，以免車輪抱死。本設計中輪速傳感器磁極采用了ITT公司的產(chǎn)品，齒圈部分自行設計加工。電磁感應式輪速傳感器結構簡單，成本低，有一定的抗沖擊能力，能在很大的溫度范圍內(nèi)工作，但也存在如下缺點：1.輪速傳感器向ABS電腦輸送的電壓信號強弱隨轉速的變化而變化，信號幅值一般在1-1.5V的范圍內(nèi)變化。當車速很低時，傳感器輸出的電壓信號若低于1V，則ABS電腦無法檢測到如此弱的信號，ABS也就不能正常工作。2.電磁感應式輪速傳感器頻率響應較低。當車輪轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上，容易產(chǎn)生錯誤信號。3.電磁感應式輪速傳感器抗電磁波干擾能力差，尤其是在輸出的信號幅值較小時。4.4電源設計電子電子控制單元的核心是單片機，其對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會在電路中產(chǎn)生高頻振蕩電磁波，峰值可達到280V，同時點火電路造成的負脈沖電壓峰值可達50-100V，并在電氣系統(tǒng)中以一定頻率出現(xiàn)。因此，設計電源時必須考慮這些問題。系統(tǒng)穩(wěn)壓電源如圖4-7．它能把蓄電池提供的不穩(wěn)定的24V電壓變?yōu)榭晒﹩纹瑱CMSP430F149使用的高穩(wěn)定電壓1.8-3.6V。此電壓變換電路采用78XX系列集成三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓電源輸出電流為100Ma-3A，穩(wěn)壓系數(shù)為0.005%~0.02%，紋波抑制比為56~68dB，能夠較好的滿足單片機對電壓的需求。圖中，C5，可以防止由于輸入引線較長帶來的電感效應而產(chǎn)生的自激C6。用來減小由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。C7為容量較大的電解電容，用來進一步減小輸出脈動和低頻干擾。最后用電壓可調(diào)的集成三端穩(wěn)壓器LM317輸出單片機電壓3.3V。圖4-7直線穩(wěn)壓電源電路4.5系統(tǒng)輸入調(diào)理電路整個系統(tǒng)工作的信號來源于輪速傳感器。信號經(jīng)過輪速處理裝置的濾波環(huán)節(jié)。濾除輪速信號中的高頻噪聲，經(jīng)過放大環(huán)節(jié)使輪速信號的幅值增大便于整形處理，放大后的輪速信號通過整形得到輪速脈沖信號，送給單片機進行輪速計算。經(jīng)實驗表明，變磁阻式輪速傳感器產(chǎn)生的信號具有如下特征:1.磁頭與齒圈間的氣隙控制在1.0。左右最為理想。2.傳感器產(chǎn)生的信號為接近零均值的正弦波信號。3.正弦波信號的幅值受氣隙間隔和車輪轉速的影響。氣隙間隔越小，車輪速度越高，正弦波信號的幅值越大。4.正弦波信號的頻率受齒圈的齒數(shù)和車輪轉速的影響，為每秒鐘經(jīng)過磁頭線圈的齒數(shù)。輸入信號調(diào)理電路對轉速傳感器輸出的每個正弦波信號應該能夠產(chǎn)生一個理想的方波信號，后續(xù)電路對方波信號的處理可有兩種方法:①直接送計算機的計數(shù)電路，從而得到輪速;②可先進行F/V轉換，再送計算機的A/D轉換而得到輪速。第一種方法在低速所測的輪速誤差較大。假定輪速不變，每個T時間內(nèi)讀一個計數(shù)值，在T,和T?，時間內(nèi)讀得的數(shù)值由于讀數(shù)時磁頭與齒的位置關系有時會相差1，輪速較低時，T時間內(nèi)的計數(shù)值較小，因而相對誤差較大，導致輪速識別的門檻值過高。第二種方法是將信號的頻率先轉換成電壓信號再對其進行處理，電路可起到對信號的平均作用，減少第一種方法產(chǎn)生的誤差，提高測速精度，在低速到高速范圍內(nèi)，輸出電壓保持線性?？紤]到ABS的設計要求，在車速小于8Km/h時，ABS應該關閉。所以采用頻率直接測量輪速能夠滿足精度要求，且電路及編程處理比較方便，因而采用第一種方法。采用頻率法直接測車速的ABS系統(tǒng)輸入信號調(diào)理電路如圖4-8所示。槍邀傳感件圖4-8輸入信號初步調(diào)理電路圖4-9LM358的結構原理

LM358的結構原理如圖4-9所示。其內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的特性如下：*內(nèi)部頻率補償

*直流電壓增益高（約100dB）

*單位增益頻帶寬〔約1MHz）

*電源電壓范圍寬：單電源（3-30V）；

*雙電源（士1.5一士15V）

*低功耗電流，適合于電池供電

*低輸入偏流*低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流

*共模輸入電壓范圍寬，包括接地

*差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍

*輸出電壓擺幅大（（0至Vcc-1.5V）車輪速度傳感器輸出的信號經(jīng)電壓比較器LM358輸出0-12V的近似方波電壓，其波形圖如圖4-10所示。

圖4-10初步調(diào)理后信號波形該信號經(jīng)光電禍合器TLP521-4禍合，可以減小外部信號對單片機的影響。然后通過74HC-14史密斯觸發(fā)器進一步整形，電路見圖4-11：圖4-11光電隔離與信號再次整形經(jīng)整形后得到的波形比較好的方波如圖4-12：圖4-12再次整形后的信號波形

4.6輸出驅動電路CPU輸出的信號非常小，而ABS的作動電流則為１~2安，所以每個輸出信號要經(jīng)放大后才能驅動相應的電磁閥。為了減少外部電路對單片機的影響，單片機輸出信號首先經(jīng)過光電隔離后，再驅動后繼電路。圖4-13輸出驅動電路4.7故障診斷硬件電路設計隨著汽車控制電子化的發(fā)展，一方面，汽車電控系統(tǒng)日趨復雜，給汽車維修工作帶來了越來越多的困難，對汽車維修技術人員的要求越來越高：另一方面，電子控制系統(tǒng)的安全容錯處理，汽車不能因為電子控制系統(tǒng)自身的突發(fā)故障導致汽車失控和不能運行。針對這種情況，在進行汽車電子控制系統(tǒng)設計的同時，增加了故障自診斷功能模塊。它能夠在汽車運行過程中不斷監(jiān)測電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作情況，如有異常，根據(jù)特定的算法判斷出具體的故障，并以代碼形式存儲下來，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調(diào)出故障碼，快速對故障進行定位和修復。因此，從安全性和維修便利的角度來看，汽車電控系統(tǒng)都應配備故障自診斷功能。當今的計算機控制系統(tǒng)非常復雜。為了診斷這些系統(tǒng)而使用計算機控制。以前的方法將耗費無盡的時間。為此，大多數(shù)ABS的計算機控制都有自診斷能力。進入一種自測模式,計算機能夠評定本身及整個ABS電控系統(tǒng)運行。故障診斷功能就是利用ECU監(jiān)視輪速傳感器、ECU和電磁閥各組成部分的工作情況，發(fā)現(xiàn)故障后自動啟動故障運行程序，不僅可以保證制動裝置在有故障的情況下可以繼續(xù)行駛，而且還可以向駕駛員和維修人員提供故障情況。汽車正常運行時，ECU的輸入、輸出信號的電壓值都有一定變化范圍。當某一信號的電壓值超出了這一范圍，并且這一現(xiàn)象在一段時間內(nèi)不會消失，ECU便判斷為這一部分出現(xiàn)故障。ECU把這一故障以代碼的形式（此代碼為設計時已經(jīng)約定好的）存入FLASH存儲器，同時，通過故障指示燈提醒駕駛員和維修人員電控系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。1.傳感器的故障由于傳感器本身就是產(chǎn)生電信號的，因此，對傳感器齒圈的故障診斷不需要專門的線路，而只需要在軟件中，編制傳感器輸入信號故障識別程序，判斷車輪脈沖個數(shù)是否基本相同，即可實現(xiàn)對傳感器齒圈故障的診斷。對于傳感器斷路與短路故障的診斷，就需要附加額外的電路。其原理如下：圖4-14傳感器故障檢測由電路圖4-14可知，在傳感器沒有斷路或短路故障時，送至A/D轉換入口的電壓值為：取0.9U(2.12V)電壓值作為傳感器線圈部分短路基準值（完全短路U為0），小于此電壓值即判斷傳感器有短路故障。取0.9Vcc(2.97V)電壓值作為傳感器線圈斷路基準值（完全斷路U為3.3V），大于此電壓值即判斷傳感器有斷路故障。2.電子控制單元ECU故障CPU如果發(fā)生故障，控制程序就不可能正常運行，CPU處于異常工作狀態(tài)。對于CPU內(nèi)部的程序跑飛這一可能故障，采用內(nèi)部WATCHDOG對程序進行監(jiān)測，一旦程序跑飛，在WATCHDOG定時時間到后，CPU就會重新啟動，重新對自己及其外部電路進行初始化對于由于電壓不穩(wěn)定而造成的CPU故障，利用IMP811設置了電壓監(jiān)測電路，當CPU電壓低于1.1V時，產(chǎn)生一次非屏蔽中斷，對故障代碼進行存儲。外部中斷又分為非屏蔽中斷和可屏蔽中斷?？善帘沃袛喈a(chǎn)生中斷請求時，CPU的IF=0（禁止中斷），則CPU將不響應這類中斷。而非屏蔽中斷是不受IF限制的，不論IF是什么，CPU一定要響應。3.電磁閥的故障診斷在汽車ABS制動系統(tǒng)中，電磁閥是一關鍵性部件，當電磁閥發(fā)生故障時，也應該關閉ABS，進行常規(guī)制動。由于ECU對電磁閥控制，控制信號是輸出信號。因此，要想對各電磁閥的工作情況進行診斷，一般要增設故障診斷電路，即ECU向執(zhí)行器發(fā)出一個控制信號，執(zhí)行器要有一條專用回路來向ECU反饋其執(zhí)行情況。其故障檢測電路如圖4-15所示。圖4-15電磁閥故障檢測電路該故障檢測電路能夠判斷電磁閥已經(jīng)發(fā)生故障，但卻不能分清楚到底是短路還是斷路。該故障檢測電路輸出到單片機外圍芯片8255A的PA口，供單片機進行檢測。該ABS系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置采用的是二位二通電磁閥，每個車輪各有一個進液電磁閥和出液電磁閥，所以共有8個電磁閥，亦有8路如圖4-15的故障檢測電路。4.8硬件抗干擾設計汽車防抱死制動系統(tǒng)的工作環(huán)境比較復雜，其應用的電磁兼容性、可靠性就成為一個非常突出的問題。影響系統(tǒng)可靠運行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝和外部環(huán)境條件等。這些因素對制動系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個方面。1.數(shù)據(jù)采集誤差加大干擾侵入單片機系統(tǒng)測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在有用信號之上，會使數(shù)據(jù)采集誤差加大。2.控制狀態(tài)失靈一般單片機輸出的控制信號較大，不易受到外界的干擾，單片機輸出的控制信號依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號和這些信號的邏輯處理結果。若這些輸入的狀態(tài)信號受到千擾，引入虛假狀態(tài)信號，將導致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。在防抱死制動控制盒中，假如踏板開關檢測電路受到千擾，使單片機出現(xiàn)誤判斷，可能會剎不了車。3.數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化在單片機系統(tǒng)中，由于RAM存儲器是可讀可寫的，因此在干擾的侵害下，RAM中的數(shù)據(jù)有可能篡改，程序、常數(shù)存于程序存儲器EPROM中，避免了這些數(shù)據(jù)受干擾破壞。但是，對于內(nèi)RAM，外擴RAM中的數(shù)據(jù)都有可能受到外界干擾而破壞。例如單片機的復位端（/RESET）沒有特殊抗干擾措施時，干擾侵入該端口，雖然不易造成系統(tǒng)復位，但會使單片機內(nèi)特殊功能寄存器狀態(tài)改變，導致系統(tǒng)工作不正常。4.程序運行失常程序計數(shù)器PC的正常工作，是系統(tǒng)維持程序正常運行的關鍵所在。若外界干擾導致PC值的改變，則會破壞程序正常運行。由于受干擾后的PC值是隨機的，因而導致程序混亂。通常的情況是程序執(zhí)行一系列毫無意義的指令，最后進入死循環(huán)，這將使輸出嚴重混亂或系統(tǒng)失靈。從電磁場的觀點看，汽車防抱死制動控制盒所處的環(huán)境是個比較復雜的電磁空間。有來自汽車內(nèi)部各種電子設備發(fā)出的電磁波，也有來自外部空間的電輻射。對汽車防抱死制動控制盒的設計勢必要考慮電磁兼容的設計。所謂電磁兼容性（簡稱EMC，俗稱抗電磁千擾或抗干擾）是指電子裝置在預定的工作環(huán)境條件下，既不受周圍電磁場的影響，也不影響周圍環(huán)境，不發(fā)生性能變異或誤動作，而按設計要求正常工作的能力。電磁兼容性又稱電磁相容性。單片機系統(tǒng)常用的抗電磁千擾的硬件措施有濾波技術、去禍電容、屏蔽和隔離技術、接地技術等。五、防抱死制動系統(tǒng)軟件設計5.1控制方案和控制參數(shù)的選取防抱死制動系統(tǒng)發(fā)展至今，大多數(shù)產(chǎn)品都采用加、減速度門限控制，并附加一些輔助門限，并不涉及具體系統(tǒng)的數(shù)學模型。這對非線性系統(tǒng)的控制，是一種有效的方法，但系統(tǒng)的控制邏輯比較復雜，波動大?？紤]到控制精度、實時性、設計成本等要求，本ABS設計方案擬采用門限控制方法。在門限控制方案中，比較量的選擇極為重要，也就是根據(jù)什么參數(shù)來控制車輪的滑移率在20%左右。但是直接以滑移率作為比較對象時的汽車防抱系統(tǒng)是一個時變調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其處理難度較大，不適于工程應用。經(jīng)大量試驗表明：在制動過程中,車輪抱死總是出現(xiàn)在相當大的druldr的時刻，因此預選一個角減速度門限值，當實測的角減速度超過此門限值時，控制器發(fā)出指令，開始釋放制動輪缸壓力，使車輪得以加速旋轉。再預選一個角加速度門限值，當實測的角加速度超過此門限值時，控制器發(fā)出指令，開始增加制動輪缸壓力，使車輪減速旋轉，以達到控制滑移率的目的。本設計方案中，防抱門限選擇加、減速度作為主要門限，以滑移率作為輔助門限。因為單獨的加、減速度門限有很大的局限性，在初始和高速緊急制動情況下，有可能使防抱控制邏輯在后繼的控制中失效。對于非驅動輪，也可能產(chǎn)生過早抱死而使防抱控制邏輯失效。但如果只以滑移率作為單獨的防抱制動門限，則對于不同的路況，很難求得一個最佳的控制效果。因此需要將角速度和滑移率這兩個門限結合起來，以識別不同路況進行自適應控制。這種控制系統(tǒng)在制動時，能將車輪的速度限制在一定范圍之內(nèi)，使車輪的速度圍繞最佳值上下波動?？刂破鞲鶕?jù)車輪轉速傳感器信號計算得到角減速度和角加速度比較容易，但要得到實際的滑移率，就需要用多普勒雷達或加速度傳感器測定車速，這使得ABS的結構變得復雜，成本很高。因此，采用利用車輪轉速信號和設定的一個車輛制動減速度值來計算得到參考滑移率。門限減速度、門限加速度以及車輛制動減速度值通過試驗確定．不同車型，不同的ABS一般不具有通用性。5.2控制參數(shù)的計算5.2.1車輪速度的求取因為數(shù)據(jù)采集的精度將極大影響控制效果。所以提高輪速信號的采樣精度就變得非常重要。對于車速的測量，有兩種方法：①直接送計算機的計數(shù)電路，從而得到輪速；有：頻率法、周期法、多倍周期法、精度自適應法。②先進行A/V轉換，再送計算機的周A/D轉換而得到輪速。對于輪速低頻測量，周期法精度較高；對于輪速高頻測量，頻率法精度較高。如果把周期法和頻率法結合起來，采用輪速脈沖周期倍乘措施，可以擴展輪速測量范圍，提高測量精度。但是，由于這種方法對低頻輪速脈沖信號也進行了倍乘。所以，多倍周期法在提高高頻輪速計算精度的同時，也拉長了低頻輪速計算的時間間隔，從而降低了低速控制的實時性。根據(jù)以上方法的優(yōu)點和局限性，本文采用第一種方法中的精度自適應法。多倍周期法就是把輸入信號按固定的分頻數(shù)進行分頻。使被測周期得到倍乘，計算輪速脈沖頻率ｆ：……………………（5-1）式中—周期倍乘數(shù)N2—一個周期累計時標脈沖個數(shù)--時標信號周期精度自適應法是以多倍周期法為基礎，并結合ABS控制的輪速計算精度和控制實時性的要求設計完成的。此法和多倍周期法的區(qū)別在于，后者的輪速脈沖倍乘數(shù)ｍ，為固定值，造成了低速計算實時性差的缺點，而精度自適應法則克服了這一缺點，在保證高速、低速計算精度的同時，很好地保證了低速控制實時性。為了充分利用多倍周期法的優(yōu)點，克