基于LabVIEW的汽车ABS测试系统设计

Machine

Building

Automation ，Jun 2012，41（5）：133 134，149

作者简介：张文广（1986－），男，河北保定人，硕士研究生，研究方向为汽车电子控制等。基于LabVIEW 的汽车ABS 测试系统设计

张文广，杜春臣，司利增

（长安大学汽车学院，陕西西安710064）

摘

要：ABS 是汽车的一种重要主动安全装置。以图形化编程软件LabVIEW 为核心，结合数

据采集卡，设计了汽车ABS 测试系统。该系统能够实现制动车速、制动距离、角速度、滑移率等性能参数的实时显示与存储，便于对ABS 性能进行分析以及对控制算法进行优化改进，从而为开发和研制汽车防抱死制动系统提供了测试依据。关键词：ABS ；数据采集；LabVIEW ；测试系统中图分类号：TH12；TP391．76文献标志码：B

文章编号：1671-

5276（2012）05-0133-02Design of ABS Testing System Based on LabVIEW

ZHANG Wen-guang ，DU Chun-chen ，SI Li-zeng

（School of Automobile ，Chang ＇a n University ，Xi ＇a n 710064，China ）

Abstract ：ABS is an important active safety device in a vehicle．This paper uses the graphical programming software LabVIEW as

the core and combines the data acquisition card to design the car ABS testing system．The braking performance real-time display and storage such as braking speed ，braking distance ，angular velocity and slip rate can be realized ，in order analyze the ABS per-formance and improve the control algorithm．Form this the testing basis is provided for the development of automobile anti-lock bra-king system and its research．

Key words ：ABS ；data acquisition ；LabVIEW ；testing system

0引言

汽车防抱死制动系统（ABS ）是一种主动安全装置，能

够防止制动时车轮抱死，在汽车制动过程中自动控制和调节制动压力，将汽车纵向附着系数保持在最大值附近、横

向附着系数保持在较大值，

消除制动过程中的侧滑、跑偏、丧失转向能力等非稳定状态，使汽车获得良好的制动性

能、操纵性能和稳定性能。虚拟仪器技术是计算机与测试技术相结合的产物，在汽车ABS 测试系统中以LabVIEW 软件为核心，能够减少各种控制按钮、开关以及传统仪器的采用，

不仅节约了成本，而且使系统功能更加灵活。1ABS 的结构与工作原理

汽车制动系统随车型的不同而不同，同样ABS 系统也因车型而异，但是汽车ABS 基本都是由电子控制单元（ECU ）、制动压力调节装置和车轮转速传感器等组成。通过各个部分的有效结合，使汽车制动时滑移率控制在20%左右，防止车轮抱死，从而达到制动距离最短。汽车ABS 的基本控制框图

［1］

如图1所示。

当驾驶员在汽车行驶过程中紧急制动时，车轮速度传感

器会检测车轮的速度，并不停的向ECU 发出信号。ECU 通过判断车轮加减速度的大小来确定车轮是否抱死并计算滑移

率的大小，一旦发现某个车轮滑移率不在预控制范围，ECU 会立即发出指令，控制电磁阀改变车轮制动缸的制动压力

，

图1

ABS 基本控制

将滑移率控制在最佳值附近，起到防止车轮抱死的目的，并使

汽车达到最佳的方向稳定性和制动效能。

2

ABS 测试系统硬件的选择

2．1

速度传感器

由于电磁感应式轮速传感器在低车速时输出信号较

弱，而且抗电磁波干扰能力差，因此选择霍尔式车轮转速传感器。

霍尔式车轮转速传感器是由传感头和齿圈组成，其中传感头由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成。测量车速时，传感头安装在车轮总成的非旋转部分上，与车轮一起转动的齿圈相对。如图2所示，为传感器磁路。随着齿圈的转动，由于齿圈与传感器之间间隙的交替变化，导致穿过霍尔元件的磁场线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化。霍尔电压最终经过运算放大器放大、施密特触发器转换、输出级再放大后便可以使用。

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E-mail ：ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化

》

图2霍尔式车轮转速传感器磁路

2．2数据采集卡

数据采集卡是将模拟信号转换为数字信号，形成计算

机能够处理的数据，并且大多可以直接进行数字信号的输入和输出。

测试系统选用北京阿尔泰科贸有限公司生产的外挂

式数据采集卡USB2015，

USB2015模板是与USB 总线兼容的数据采集板，可经USB 接口直接接入计算机，构成实

验室、

产品品质检验中心、野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程控

制监控系统。而且USB2015采集卡还具有体积小，即插即用等特点，特别适合本测试系统的车载电脑的输入输出

接口。如图3所示，为USB2015数据采集卡的结构

。

图3USB2015数据采集卡

USB2015数据采集卡，具有8路开关量输入通道，使

用时DI0 DI3连接四个轮速传感器，

DI4连接刹车灯开关，

DI5连接驻车制动开关，DI6输入蓄电池电压信号，DI7输入主电源电压信号；具有8路开关量输出通道，D00 D07用以控制4个常开电磁阀和4个常关电磁阀；具有4

路定时/计数器通道；最大采样率为100kHz ，完全能满足测试系统要求。

3

测试系统控制程序设计

3．1

测试系统控制流程

ABS 测试系统是基于LabVIEW 语言，采用模块化设

计编程的。前面板用来显示测试系统运行结果与选择汽车制动方式，具体控制过程将在后台程序框图中以数据流

的方式运行。软件控制流程如图4所示［2］

。

3．2车速与角加减速度计算

车速是根据采集的霍尔传感器的连续方波信号计算

图4

的，常用的速度计算方法有频率法和周期法。汽车的最大

速度一般不超过200km /h ，折合到车轮转速信号也就几kHz ，因此采用周期法测量车轮转速信号。根据奈奎斯特采样定理，以频率几十至几百kHz 为时基信号，就可保证不失真采样。启动计数程序，记录一个周期内通过的时基脉冲数量，即可求得车轮的角速度ω=2π/zT ，车轮线速度

为V =ωr ，其中T 为交变电压周期，z 为齿圈齿数，r 为车轮滚动半径

［3］

。图5为车轮速度计算程序

。

图5车速计算程序

车轮的角加减速度就是单位时间内车轮角速度的变

化量，程序利用角加减速度的大小判断路面附着系数的高低以及对制动系统压力的控制。角加减速度的计算如下：

Δω=

Δk －ωk －1Δt

式中，ωk 和ωk －1分别为当前时刻和上一采样时刻的车轮角速度。

3．3滑移率计算

表征车轮滑移程度的参数即为滑移率，它的定义为

s =v －r ωv

ˑ100%

式中：v ———车轮中心的速度，级汽车车身的速度；r ———车轮的动力半径；

ω—

——车轮的角速度。在计算滑移率之前首先需要知道地面的附着情况，在程序设计中利用Pacejka 等人提出的魔术公式来表征。魔术公式比较真实的表述了纵向附着系数与滑移率之间的关系，即

μ=μo +A ˑsin ｛B ˑtan －1

［

C ˑS －

D －（C ˑS －tan －1（C ˑS ）｝］式中：μ0为车轮在纯滚动时的附着系数，一般情况下取为

0；A ，B ，C ，D 为待定系数，都是与路面相关的常数，通过选择参数可以代表不同的路面。

（下转第149页）

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