汽车ABS系统设计毕业论文答辩

毕业论文（设计）
论文题目：汽车ABS系统设计论文（WORD版本，文字可编辑修改）
学院：
专业：
年级：
姓名：
学号：
指导老师：职称：
摘要
ABS (Anti-locked Braking System)系统可以显著提高或改善汽车紧急制动时的操控性和稳定性，缩短了制动距离，是目前汽车上制动效果最佳的制动装置，并得到了越来越广泛的应用。

本文以一汽大众速腾汽车为研究对象，展开对汽车ABS系统的研究：
通过对单个车轮时的受力分析确定了影响车轮附着系数的主要因素；
通过对控制结构的分析设计了以INTEL公司生产的80C196KC单片机为核心的实时控制系统，包括信号输入电路、控制输出电路、驱动电路等硬件部分，并画出电子线路图；
通过设计液压调节系统，画出液压传动原理图，以及系统图；
经比较各种控制方案，确定了“逻辑门限控制法”作为控制方案，并选用加速度和滑移率的组合作为控制参数。

采用事件门限来计算车轮的转速；
本文通过学习比较根据所学只是设计了ABS控制系统。

从理论上实现了ABS的控制功能，完成了设计要求。

在设计过程中对汽车制动理论和制动装置有了较为深入的了解，扩大了自己的知识面，自己解决问题的能力也得到了提高。

关键词：防抱死制动系统电子控制单元门限值滑移率轮速传感器液压传动控制统
Abstract
ABS (Anti-locked Braking System) system can significantly enhance or improve handling and stability during vehicle control emergency braking, shorter braking distance, braking effect is the best on the brakes, and has been more And more widely used.
In this paper, FAW-V olkswagen Jetta cars as the research object, expand the ABS system of the car:
By the time the force analysis on a single wheel of the wheel friction coefficient determined the main factors;
Through the analysis and design of the control structure produced by INTEL 80C196KC microcontroller as the core real-time control system, including the signal input circuit, the control output circuit, drive circuit and other hardware parts, and draw circuit diagrams;
Through the design of the hydraulic control system, hydraulic schematic drawing, and the system diagram;
The comparison of different control schemes to determine the "logic threshold control method" as the control program, and use a combination of acceleration and slip rate as the control parameter. Threshold used to calculate the event the wheel speed.
By comparison study is designed according to the ABS control school system. Theoretically achieve the ABS control functions to complete the design requirements. In the design process for automotive brake system with brake theory and deeper understanding and expand their knowledge, their problem-solving ability has been improved.
Key words:Anti-lock braking system Electronic control unit Slip ratio threshold Wheel Speed Sensor Hydraulic control system
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 ABS防抱死控制系统的发展历史及发展趋势 (1)
1.2.1 ABS系统发展概况 (1)
1.2.2 ABS系统发展趋势 (3)
1.2.3 国内ABS系统研究的理论状态和具有代表的ABS产品公司 (4)
1.3 本文主要研究任务 (5)
第2章防抱死制动系统基本原理 (6)
2.1 汽车制动时的运动 (6)
2.1.1 制动时汽车受力分析 (6)
2.1.2 滑移率定义 (8)
2.1.3 滑移率与附着系数的关系 (8)
2.2 汽车车轮抱死时运动情况 (10)
2.3 制动时车轮运动方程 (11)
2.4 采用防抱死制动系统的必要性 (12)
2.5 防抱死制动系统基本工作原理 (13)
第3章速腾汽车ABS系统的硬件设计 (16)
3.1 防抱死制动系统的基本组成 (16)
3.2 防抱死制动系统的布置形式 (18)
3.3 防抱死制动系统轮速传感器选择 (20)
3.3.1 轮速传感器的分类 (20)
3.3.2 霍尔式传感器的设计 (21)
3.4 电子控制单元设计 (22)
3.4.1 80C196KC最小系统简介 (23)
3.4.2 时钟电路和复位电路设计 (25)
3.4.3 EPROM和RAM的扩展 (26)
3.5 ABS液压调节系统设计 (27)
3.6 电源设计 (28)
3.7 信号输入电路设计 (29)
3.8 电磁阀驱动电路 (30)
3.9 泵电机驱动电路的设计 (32)
3.10 ABS系统报警LED灯设计 (33)
3.11 故障诊断硬件电路设计 (34)
3.12 硬件抗干扰设计 (35)
第4章速腾汽车ABS系统的软件设计 (36)
4.1 控制方案和控制参数的选取 (37)
4.2 控制参数及其计算 (38)
4.2.1 门限角减速度的求取 (38)
4.2.2 门限角加速度的求取 (39)
4.2.3 路面识别技术 (39)
4.2.4 车身参考速度的确定 (40)
4.2 程序设计 (41)
第5章结论与展望 (43)
5.1 研究工作总结 (43)
5.2 防抱死制动系统发展方向 (43)
致谢 (45)
参考文献 (46)
附录 (47)
第1章绪论
1.1 课题背景
汽车ABS系统是在车辆制动过程中用来防止车轮抱死造成危险，ABS系统是英文Anti-lock Brake System的缩写，全文的意思是防抱死制动系统。

凡驾驶过汽车的人都有这样的经历：在积水的柏油路上或在冰雪路面紧急制动时，汽车轻者会发生侧滑，严重时会掉头、甩尾，甚至产生剧烈旋转；制动力过大，将使车轮抱死，汽车方向失去控制后，若是弯道就有可能从路边滑出或闯入对面车道，即使不是弯道也无法躲避障碍物，产生这些危险状况的原因在于汽车的车轮在制动过程中产生抱死现象，此时，车轮相对于路面的运动不再是滚动，而是滑动，路面作用在轮胎上的侧滑摩擦力和纵向制动力变得很小，路面越滑，车轮越容易。

总之，汽车制动时车轮如果抱死将使制动效率下降，延长了制动距离；轮胎过度磨损，产生“小平面”，甚至爆胎。

ABS防抱死制动装置就是为了防止上述缺陷发生而研制的装置，它有以下几点作用：ABS的第一个作用是增加了汽车制动时候的稳定性。

汽车制动时，四个轮子上的制动力是不一样的，如果汽车的前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的行驶方向，这是非常危险的；倘若汽车的后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至使汽车整个掉头等严重事故。

ABS可以防止四个轮子制动时被完全抱死，提高了汽车行驶的稳定性。

汽车生产厂家的研究数据表明，装有ABS的车辆，可使因车论侧滑引起的事故比例下降8%左右。

ABS的第二个作用是能缩短制动距离。

这是因为在同样紧急制动的情况下，ABS可以将滑移率(汽车滑移距离与行驶比)控制在20%左右，即可获得最大的纵向制动力的结果。

ABS的第三个作用是改善了轮胎的磨损状况，防止爆胎。

事实上，车轮抱死会造成轮胎小平面磨损，轮胎面损耗会不均匀，使轮胎磨损消耗费增加，严重时将无法继续使用。

因此，装有ABS具有一定的经济效益和安全保障。

另外，ABS使用方便，工作可靠。

ABS的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别，紧急制动时只有把脚用力踏在制动踏板上，ABS就会根据情况进入工作状态，即使雨雪路滑，ABS也会使制动状态保持在最佳点。

ABS利用电脑控制车轮制动力，可以充分发挥制动器的效能，提高制动减速度和缩短制动距离，并能有效地提高车辆制动的稳定性，防止车辆侧滑和甩尾，减少车祸事故的发生，因此被认为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施。

目前ABS已经在国内外中高级轿和客车上得到了广泛使用。

1.2 ABS防抱死控制系统的发展历史及发展趋势
1.2.1 ABS系统发展概况
ABS装置最早应用在飞机和火车上，而在汽车上的应用比较晚。

铁路机车在制动时
如果制动强度过大，车轮就会很容易抱死在平滑的轨道上滑行。

1908年英国工程师J. E. Francis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。

接下来的30年中，包括Karl Wessel的“刹车力控制器”、Werner Mhl的“液压刹车安全装置”与Richard Trappe的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。

在1941年出版的《汽车科技手册》中写到：“到现在为止，任何通过机械装置防止车轮抱死危险的尝试皆尚未成功，当这项装置成功的那一天，即是交通安全史上的一个重要里程碑”，可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等30年之久。

当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么？首先该装置需要一套系统实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小，在那个没有集成电路与计算机的年代，没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应。

等到ABS系统的诞生露出一线曙光时，已经是半导体技术有了初步规模的1960年代早期。

精于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！世界上第一个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。

因为投入的资金过于庞大，ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。

图1-1 BOCSH防抱死控制系统
Teldix GmbH公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机--ABS 1，该系统已具备量产基础，但可靠性不足，而且控制单元内的组件超过1000个，不但成本高也很容易发生故障。

1973年Bosch公司购得50％的Teldix GmbH公司股权及
ABS领域的研发成果，1975年AEG、Teldix与Bosch达成协议，将ABS系统的开发计划完全委托Bosch公司整合执行。

“ABS 2”在3年的努力后诞生！有别于ABS 1采用模拟式电子组件，ABS 2系统完全以数字式组件进行设计，不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个，而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优势。

两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS 2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。

在诞生的前3年中，ABS系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。

从1978到1980年底，Bosch公司总共才售出24000套ABS系统。

所幸第二年即成长到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。

1983年推出的ABS 2S 系统重量由5.5公斤减轻到4.3公斤，控制组件也减少到70个。

从此以后，欧美日许多的制动器专业公司和汽车公司相继开始了各式各样的ABS系统的研发。

到了1985年代中期，全球新出厂车辆安装ABS系统的比例首次超过1％。

1.2.2 ABS系统发展趋势
ABS 技术虽然在20世纪90年代初期就已成熟，但随着电子技术和汽车技术的快速发展，ABS 技术也得到了不断完善。

今后，ABS 技术将沿以下几个方面继续发展。

1.2.2.1ABS本身控制技术的提高
现代制动防抱死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。

基于滑移率的控制算法容易实现连续控制，且有十分明确的理论加以指导，但目前制约其发展的瓶颈主要是实现的成本问题。

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系统中增加车速传感器成为可能，确定车轮滑移率将变得准确而快速。

全电制动控制系统BBW (Brake-By-Wire)是未来制动控制系统的发展方向之一。

它不同于传统的制动系统，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，维护简单，易于改进，为未来的车辆智能控制提供条件。

但是，它还有不少问题需要解决，如驱动能源问题，控制系统失效处理，抗干扰处理等。

1.2.2.2 防滑控制系统
防滑控制系统ASR (Acceleration Slip Regulation)或称为牵引力控制系统TCS(Traction Control System)是在驱动时防止车轮打滑，使车轮获得最大限度的驱动力，并具有行驶稳定性，减少轮胎磨损和发动机的功耗，增加有效的驱动牵引力。

防滑控制系统包括两部分:制动防滑与发动机牵引力控制。

制动部分是当驱动轮(后轮)在低附着系数路面工作时，由于驱动力过大，则产生打滑，当ASR制动部分工作时，通过传感器将非驱动轮及驱动轮的轮速信号采集到控制器中，控制器根据轮速信号计算出驱动车轮滑移率及车轮减、加速度，当滑移率或减、加速度超过某一设定阀值时，则控制器打开开关阀，气压由储气筒。