基于门限值控制的汽车ABS控制器的研制

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西! 南 ! 交 ! 通 ! 大 ! 学 ! 学 ! 报
第! "卷
图 !!2 E ( 结构框图 Q 9 ! 2 E (T N R : W N : R I7 O+ D . ; !
21 0! 信号输入 车 身 平 动 加 速 度 和 管 路 制 动 压 力9 这些信息是 2 E ( 正确实施控制的依 !! 输入信号主要有车轮转 速 ! 据" 也为 + D . 系统中故障自诊断系统提供有用信息 9 $车轮转速和角加速度 = !! # 车轮的转速是 + 轮速传感器输出脉冲信号 " 经放大整形成标准 / D . 系统重要的输入信号 " / , 信号送 入" 放大整形使用 ,G % E = @ A F E 单片机的高速输入口 0 . 3 9 ! ! @ 电压比较器与 C # , . = # 斯 密特触 发器的 组 合电路 9 车轮速度的测量采用测周法 9 在控制器中使用定时和计数的方法测得轮速 " 由相邻两次测速的时间间 隔求出车轮制动加速度 9 车轮速度计算公式如下 % $# # $ 3 4 " $" = &K# 5 式中 % ’ & & # 为# 5 间隔时间内计数脉冲的个数 & 3 为车轮速度 " L T 5 为读计数器的时间间隔 " T & # K 为轮速 传感器一周发出脉冲个数 " 个’转 & $ 为车轮滚动半径 " L2 制动加速度 1 - 由下式计算 %
" % % $ =9 . W V 7 7 8 7 O2 8 I W N R Q W S 82 M 9 . 7 : N V X I T N & Q S 7 N 7 M M Q J I R T Q N E V I M U :A = % % ! =% E V Q M S $9 H I N 9 7 O+ : N 7 L 7 P Q 8 I ; ;( Y ; K % % # . Q W V : S M3 M T N Q N : N I7 O/ I W V M 7 8 7 E V I M U :A = % % ! @% E V Q M S S M U/ R S O O Q W2 M 9 ; Y ; ;
H I J I 8 7 L I M N7 O+ : N 7 L 7 P Q 8 I+ D .E 7 M N R 7 8 8 I RD S T I U7 M K / V R I T V 7 8 UE 7 M N R 7 8G I N V 7 U
! "#$ % & ’ ) &= $ % " +, &$ % +#*, & ’ 0 1 &$ !* !. ( /
=!A’ 于成熟 & % 国内研制出的产品主要有 这些产品用于汽动刹 F [B+ E = 型( + D . = $ =型和 + D . = # = 型 等% =’ 车系统 % 且性能和效果与国外产品相比仍有差距 & % 应用于液压制动系统的 + D . 产品研究很少 9
本文中介绍在研究汽车 + 研制出的适用于液压制动系统的 + 以及 在试验 台 D . 的基础上 % D . 控制器 % 上进行的实验结果 9
#) 中的边界判定条件 ( ! 即 ]! 当满足这些 条件时 ! 车 轮就 有抱死 的倾向 ! 此时 应当降 低 ) 条件 $ ] 边界条件 *
制动轮缸压力 ! 使车轮增速 & 当 这 些 条 件 满 足 时 可 避 免 车 轮 抱 死 的 倾 向! 轮缸压力可再次升 ) 边界 条 件 * 高% ! 从 ] 和 ) 中挑选不同条件可以组成各种不同的控制逻辑 ! 因此 采用 ] 控制逻 辑 基本控 制逻 辑 ! 9 =) ! 个状态的流程如图 $ 所示 ! 1 为车轮制动加速度 ! 1 1 % 为车轮制动加速度门限值的下限 ! = 为车轮制动加速 度门限值上限 9 这样 ! 既可以针对不同附着系数的路面设置不同的门限值 ! 也可保证 + D . 系统始终 处于 控 制的稳定状态 9 实际控制过程需要根据车身平动加速度和制动管路油压的状态对门限值进行适当修正 ! 修 减一个预置的偏差 ! 制动加速度门限值下限偏差为! 上限偏差为! 正的方法采用直接加 ’ %! =2
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!/ %N ! $ % & ’ ( ) & V R 7 : VN V IQ M J I T N Q S N Q 7 M7 OS : N 7 L 7 P Q 8 IS M N Q < 8 7 W ZP R S Z IT T N I L T" + D .# V I ; ; Y W 7 M N R 7 8 8 I R T : Q N S P 8 I O 7 RV U R S : 8 Q WP R S Z IT T N I L T Q TU I J I 8 7 I UX Q N VN V I N V R I T V 7 8 UW 7 M N R 7 8L I N V 7 U 9 Y Y K +K R 7 N 7 < N IW 7 M N R 7 8 8 I RV S TP I I ML S M : O S W N : R I US M UN I T N I U7 MN V IN I T N < P I U 9/ V IN I T NR I T : 8 N Y K T V 7 X T N V S N N V I+ D .W 7 M N R 7 8 8 I RX Q N V" % E = @ A F ET Q M 8 IW V Q Q W R 7 W 7 L : N I RS TQ N TZ I M Q NW S M ; KL K Y: % % L I I N N V IU I L S M U T7 O S M N Q < 8 7 W ZP R S Z I W 7 M N R 7 8N V IU I T Q M7 O Q N TV S R U X S R I S M UT 7 O N X S R I Q T W 7 R R I W N ; % N V IU I N I R L Q M S N Q 7 MS M UK R 7 W I T T Q M S O Q M : N T Q M S 8 T Q TK R 7 I R S M UN V IW V 7 Q W I7 O W 7 M N R 7 8 8 7 Q W ;X Y7 K ; K ; Q TP S T Q W S 8 8 I S T 7 M S P 8 I 9 YR ! $S * + . ’ / % W 7 M N R 7 8 8 I R : N 7 L 7 P Q 8 I + D .$ P R S Z I T T N I L$ S 8 Q W S N Q 7 M 7 O T Q M 8 I W V Q Y K K ; K , L Q W R 7 W 7 L : N I R K =% $’ 国外对此进行了较多的研究 & % 理论研究 趋 D . 系统能改善汽车制动过程中的主动安全性能 % !! 汽车 +
基于门限值控制的汽车 ! " # 控制器的研制
$ 孙仁云=! ! 郭
辛$! 龙行现$
" 西南交通大学电气工程学院 %四川 成都 A 四川工业学院汽车与交通工程系 %四川 成都 A # =9 = % % ! =$ $9 = % % ! @ 摘!要! 在研究汽车 + 研制了适用于液压制动系统的 基 于 门 限 值 控 制 的 + 介绍研制的 D . 的基础上 % D .控制器9 控制器 % 并对研制出的样件在试验台上进行 实 验 9 实 验 结 果 表 明% 采用" % E = @ A F E 单片机为核心的汽车 + D .控 硬件设计和软件算法正确 % 输入信号的确定与处理方法 是 恰 当 的 % 控制 制器能够达到防抱死控制的目的和要求 % 逻辑选择基本合理 9 关键词 ! 控制器 $ 汽车 + 制动系统 $ 单片机应用 D .$ 中图分类号 ! /G > C =!! 文献标识码 ! +
动效果 9
收稿日期 ! $ % % $ < = = < % > 基金项目 ! 四川省车辆工程重点学科建设项目 " 编号 ! # $ 教育部西部访问学者基金 ? % = ! ! >
万方数据 作者简介 ! 孙仁云 " % 男% 副教授 % 博士研究生 9 = @ A >B #
第#期
孙仁云等 ! 基于门限值控制的汽车 + D . 控制器的研制
01 2! 控制逻辑 门限值 # 控制法 ! 门限值的选取会直接影响 到 制动效 果 2 可供选 择的 门 限 值 参 数 有 两 个 ! 即滑移 !! 采用 " 率 ! 和车轮的制动加速度 $ 角加速度 % 只用滑移率 ! 作为比 较量的 + 处 理难度 较 2 D . 是一 个变调 节系 统 ! 大! 不适宜实际应用 & 仅利用车轮加速度作为门限值控制 又不 能实 现最佳 制 动 控 制 ! 因此采用以车轮制动 加速度门限值为主 ’ 以制动液压为辅进行修正实施控制的方法 9 根据实际测得的制动加速度值 $ 有正 ’ 负% 用于构成双门限逻辑控制 ! 经组合可得到控制器对制动过程
$车身平动加速度 $ !! # 加速度传感器可以用来进行路面识别 " 判断制动时刻汽车是处于高附着系数还是低附着系数路面 9 系 统中车身平动加速度传感器选用一个水银触点式开 关 " 其布 置与 汽车前进 方 向 一 致 " 常 态 下 开 关 闭 合9 当 汽车制动且制动加速度超过一定值时 " 水银运动使开 关断 开 9 检测其通断 状 态 达 到 路 面 状 况 识 别 的 目 的 9 对高附着系数路面和低附着系数路面实施的控制及制动液压力的大小稍有不同 9 $管路制动压力 ! !! # 采用电阻应变片式传感器 " 经过电桥电路和载波放 大 电 路 进 行 调 理 和 放 大 " 由+ ’ H 转换成数字量送 入2 实际制动系统滞后对 + 加测管路液压信息 " 对+ E (9 D . 系统有影响 " D . 系统 的控制 逻辑进 行部 分修 正9 制动系统的滞后将导致防抱死控制的复杂性 " 需要 进一 步研 究 9 实用可 靠 的 控 制 逻 辑 应 不 断 地 调 整 与 修改 " 以得到最佳的制动效果 9 21 2! 单片机 选 用 GE . < @ A系列产品中的" % E = @ A F E 单片机作为控 !! 实时测试与控制对控制器提出了严格的 要 求 " 万方数据 制器的核心单元 9 它是一高性能 E0G’ 特 别适合 要求严 格的 实 时 控 制 场 合 " 目 前" 已成功 .= A 位单片机 "
西!南!交!通!大!学!学!报 第! "卷!第#期 5 7 8 9 ! "!* 7 9 # !!! !! !! $ % % !年"月 + : 9 $ % % ! ; & ’() *+ ,’ -. ’(/012 . /& 3 +’ / ’*4 (* 3 5 2 ) . 3 / 6
" # % $ > " < $ C $ # $ % % ! % # < % # % " < % A !! 文章编号 !
3 - 63 = 6 " # $ $ 57 # 8 # 式中 % ’ & 3 L T 8 T 2 # - 和3 B= 为相邻两次车轮速度 " - 为相邻两次中断之间的修正时间 " 根据计算和校核 " 取值范围为 之 间 " 计 数 脉 冲 个 数 在 考虑到 + 5 %2 % >!%2 >T # >!" @ 个 之 间2 D . # 在低速时应予切除 " 取 3^"Z ’ 为低速限 " 此时计数脉冲 个 " 能保证测量精度 ( LV # ^" 1 - 4
图 $!] =) ! 基本控制逻辑流程图 Q 9 $!8 7 XU Q S R S LP S T I U7 MN V I] 7 M N R 7 8 8 7 Q W ; ; ; =) !W
2 ! 硬件设计
作为 + 它的功能是完成对输入信号的分析 ! 计算车轮速度 ’ 2 E (% D . 系统的核心部分 ! !! 电子控制单元 $ 车轮制动加速度 ’ 制动管路液压和路面识别 ! 并按照一 定 的算 法得出结 果 ! 作 出 判 断! 发 出 控 制 信 号! 经电 路放大后 ! 控制执行机构电路的开断 ! 达 到 制 动 过 程 中 不 同 制 动 状 态 之 间 切 换 的 要 求! 同时 2 E ( 应能对 其各部件的功能进行监控 ’ 故障诊断和故障处理 9 其 结 构 框 图 如 图 ! 所 示9 根 据 功 能 要 求! 2 E ( 主要由信 号输入 ’ 输出 ’ 实时控制 ’ 故障诊断与故障处理等几大部 分组 成 9 限于篇 幅 ! 本文中主要阐述前面!个方面 万方数据 的研制内容 9
Hale Waihona Puke Baidu
0 ! 系统分析与控制逻辑设计
01 0! 系统分析
& !’ 滑移率大约在 = 轮胎与地面之间的附着系数" 纵 向( 横 向# % \ !! % \ 之 间 时% !! 根据汽车理论研究 % 较大 9 汽车 + 以达到最佳的制 D . 控制的目标是在制动过程中把滑移 率 控 制 在 = % \ !! % \ 的 范 围 之 内%
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由于滑移率的确定牵涉到测量汽车车身速度和车 轮 周边 速度 ! 一 般 情 况 下! 车 身 速 度 测 量 很 不 方 便! 因此 ! 本次研制的 + 门限值 # 控制方法 ! 主要根据车轮制动加速度来实施相应控制 ! 其系统 控制 结 D . 使用 " 构如图 = 所示 9
图 =! 系统控制结构 Q 9 = T N I LW 7 M N R 7 8 T N R : W N : R I ; !. Y