車輛abs控制器設計

1、<p><b>　　本科學生畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　ABS控制器設計</b></p><p>　　系部名稱： 汽車與交通工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： </p><p>　　黑 龍 江 工 程 學 院</p><p><b>　　二○一一年六月</b></p

3、><p>　　The Graduation Thesis for Bachelor's Degree</p><p>　　Design of ABS Controller</p><p>　　Candidate： </p><p>　　Specialty： </p><p><b>　　Class： &l

4、t;/b></p><p>　　Supervisor： </p><p>　　Heilongjiang Institute of Technology</p><p>　　2011-06·Harbin</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術的

5、進步和人們物質生活水平的提高，人類社會對汽車的安全性，特別是制動安全性能提出了越來越高的要求。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是一種在制動時能夠自動調節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果的制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效的縮短制動距離、提高制動時的方向穩(wěn)定性，對汽車的行駛安全具有重要的意義。</p><p>　　本文首先剖析了防抱死制動系統(tǒng)的控制原理，在此基礎上詳細介紹了ABS的結構以及各部分的作用和工作原理。同時對

6、ABS控制算法進行了研究，選擇了ABS控制器的硬件并設計了ABS控制器的軟件。軟件核心是單片機。隨著功能技術和應用水平的提高，單片機應用研究在ABS領域將進一步深入。本文研究了以高性能單片機為核心的ABS控制器的開發(fā)思路和設計方法。</p><p>　　總之，研究結果可以看出邏輯門限值方法用于汽車防抱死制動系統(tǒng)不僅具有理論意義，而且具有實用價值，是一種簡單、方便、具有較好操縱性、制動性，并且有較好適應性的方法。進

7、一步的研究工作一定要繼續(xù)開展下去。</p><p>　　關鍵詞：防抱死系統(tǒng)；dSPACE；滑移率；邏輯控制；制動</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the advancement of science and technology and the improvement of peo

8、ple's living standards, the safety of human society, especially for automobile braking safety performance is put forward higher request. Auto anti-lock braking system (ABS) is a braking which can automatically adjust

9、 the wheel braking force, prevent from achieving the best wheel lock braking brake system. This system can effectively shorten braking distance, improve the direction of braking stability, it has an import</p><

10、;p>　　This paper analyzes the control principle of ABS, on the basis of detail introducing the structure and ABS parts and working principle. For ABS control algorithm is studied, and the choice of hardware and the des

11、ign of ABS controller was ABS controller software. Software is the core chip. With the function of raising the level of technology and application research on ABS, microcomputer application fields will further researche

12、on the performance. This is the core of ABS controller chip developm</p><p>　　Anyhow, the results of the research can see logic threshold method used in automobile anti-lock braking system is not only of the

13、oretical significance and practical value, is a kind of simple, convenient and have better handling, brake, and the method has good adaptability. Further research will be continued doing.</p><p>　　Key words：

14、ABS；dSPACE；Sliding Rate；Logic controlling；Brake</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 選題的目的、意義</p><p>　　在汽車防抱死制動系統(tǒng)出現(xiàn)之前，汽車所用的都是開環(huán)制動系統(tǒng)。其特點是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動力的分配調節(jié)以及制動

15、器的尺寸和型式有關。由于沒有車輪運動狀態(tài)的反饋信號，無法測知制動過程中車輪的速度和抱死情況，汽車就不可能據(jù)此調節(jié)輪缸或氣室制動壓力的大小。因此在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當車輪抱死時，地面的側向附著性能很差，所能提供的側向附著力很小，汽車在受到任何微小外力的作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，極易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象會更加嚴重。</p><p>　　汽

16、車防抱死制動系統(tǒng)（Anti-lock Braking System簡稱ABS）的出現(xiàn)從根本上解決了汽車在制動過程中的車輪抱死問題。它的基本功能就是通過傳感器感知車輪每一瞬時的運動狀態(tài)，并根據(jù)其運動狀態(tài)相應地調節(jié)制動器制動力矩的大小以避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個閉環(huán)制動系統(tǒng)。它是電子控制技術在汽車上最有成就的應用項目之一，汽車制動防抱死系統(tǒng)可使汽車在制動時維持方向穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效提高行車的安全性。</p>&

17、lt;p>　　隨著世界經(jīng)濟全球化的日益發(fā)展，市場競爭日趨激烈，尤其是在我國加入世貿(mào)組織之后，汽車行業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。提高汽車整車和零配件的國產(chǎn)化，趕超世界先進水平，是國人的共同愿望。在產(chǎn)品設計水平的提高，開發(fā)周期的縮短、生產(chǎn)成本的降低等各個方面，都有我們廣大機械和汽車行業(yè)的研究人員亟待解決的問題。</p><p>　　近年來，隨著我國汽車工業(yè)的大規(guī)模投資及國內(nèi)汽車工業(yè)與國外汽車工業(yè)的合資得到迅速發(fā)

18、展，汽車產(chǎn)量大幅度增加。而另一方面我國公路交通基礎設施建設雖然得到了各級政府的大力支持，但總的趨勢仍然是車流量和車輛密度不斷增加，道路交通安全事故也隨之增加。為了有效減少交通事故，必須在車輛上加裝ABS系統(tǒng)。我國的ABS技術研制工作開始于上世紀80年代中期，落后歐美幾十年，加強ABS技術的研究和應用，完善汽車的主動安全性能，對于我們發(fā)展汽車及其相關行業(yè)和保護人身安全是具有現(xiàn)實意義的。</p><p>　　1.2

19、ABS技術的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　1920年ABS技術由英國人霍納摩爾研制成功，并申請了專利。1936年，德國博世公司（BOSCH）申請一項電液控制的ABS裝置專利，促進了ABS技術在汽車上的應用。汽車上開始使用ABS始于1950年代中期福特汽車公司，第二次世界大戰(zhàn)以后，成功開發(fā)了飛機用ABS并成為飛機的標準裝置，1954年福特汽車公司在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分

20、采用機械式，結構復雜，功能相對單一，只有在特定車輛和工況下防抱死才有效，因此制動效果并不理想。機械結構復雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格偏高。ABS技術在汽車上的推廣應用舉步艱難。直到70年代后期，由于電子技術迅猛發(fā)展，為ABS技術在汽車上應用提供了可靠的技術支持。ABS控制部分采用了電子控制，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高，制動效果也明顯改善，同時其體積逐步變小，質量逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強，價格也逐漸降低。

21、這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。</p><p>　　進入90年代后，ABS技術不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善?，F(xiàn)在發(fā)達國家已廣泛采用ABS技術，ABS裝置已成為汽車的必要裝備。北美和西歐的各類客車和輕型貨車ABS的裝備率已達90％以上，轎車ABS的裝備率在60％左右，運送危險品的貨車ABS的裝備率為100％。ABS裝置制造商主要有：德國博世公司（BOSCH），歐、美、日、韓國車采用

22、最多；美國德科公司（DELCO），美國通用及韓國大宇汽車采用；美國本迪克斯公司（BENDIX），美國克萊斯勒汽車采用；還有德國戴維斯公司（TEVES）、德國瓦布科（WABCO）、美國凱爾西海斯公（KELSEYHAYES）等，這些公司的ABS產(chǎn)品都在廣泛地應用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。</p><p>　　近年來，ABS技術在我國也正在推廣和應用，1999年我國制定的國家強制性標準GB12676-1999《汽

23、車制動系統(tǒng)結構、性能和試驗方法》中已把裝用ABS作為強制性法規(guī)。此后一汽大眾、二汽富康、上海大眾、重慶長安、上海通用等均開始采用ABS技術，但這些ABS裝置我國均沒有自主的知識產(chǎn)權。</p><p>　　國內(nèi)研究ABS主要有東風汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟南捷特汽車電子研究所、清華大學、西安交通大學、吉林大學、華南理工大學、合肥工業(yè)大學等單位，雖然起步較晚，也取得了一些成果。在氣壓ABS方面，國內(nèi)企業(yè)包括東

24、風電子科技股份有限公司、重慶聚能、廣東科密等都已形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。液壓ABS由于技術難度大，國外技術封鎖嚴密，國內(nèi)企業(yè)暫時不能獨立生產(chǎn)，但在液壓ABS方面也在做自主研發(fā)，力圖突破國外跨國公司的技術壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進展和突破。如清華大學和浙江亞太等承擔的汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)（ABS）“九五”國家科技攻關課題，在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發(fā)裝置和匹配方法等關鍵技術方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理

25、論，避免了傳統(tǒng)的邏輯門限值研究方法的局限性，取得了理論上的突破，研發(fā)ABS成功且進入產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)階段。其試樣在南京IVECO輕型客車上匹配使用全面達到了國家標準GB12676-1999和歐洲法規(guī)EECR13的要求。這對振興我國汽車工業(yè)與汽車零部件業(yè)具有劃時代意義，標志著我國汽車液壓ABS國產(chǎn)化已邁出堅實的一步。同時合肥工業(yè)大學也研制出國內(nèi)具有</p><p>　　1.3 本文的主要研究內(nèi)容</p>

26、<p>　　本文的主要內(nèi)容包括四部分：對ABS控制器的硬件進行合適的選擇，ABS的軟件設計，ABS控制算法的研究，利用dSPACE實驗仿真部分。</p><p>　　1.4 ABS技術發(fā)展的最新成果和未來發(fā)展方向</p><p>　　進入上世紀90年代以來ABS控制器已普遍采用16位單片機為CPU，除本身朝著集成化、低價格、大批量的方向發(fā)展外，還在原系統(tǒng)基礎上進行了擴展。20

27、世紀80年代中后期，驅動防滑控制系統(tǒng)是ASR得到了發(fā)展，它能夠防止汽車在驅動過程中(特別是起步、加速、轉彎等過程)防止驅動輪發(fā)生滑轉，使汽車在驅動過程中的方向穩(wěn)定性、轉向操縱能力和加速性等也都得到提。它是伴隨著汽車制動防抱死系統(tǒng)的產(chǎn)品化發(fā)展起來的，實質上是ABS基本思想在驅動領域的發(fā)展和推廣。利用原有的ABS系統(tǒng)，只增加部分控制系統(tǒng)和相應的軟件，就可以實現(xiàn)防滑控制功能，使性價比大大提高。</p><p>　　AB

28、S從出現(xiàn)到廣泛應用于汽車上，經(jīng)歷了近半個世紀，到目前為止ABS的總體結構方案已趨于成熟，但汽車制動安全技術目前仍是汽車技術的一個熱點，在該技術領域，未來的研究方向和發(fā)展趨勢集中在如下幾個方面：</p><p>　　(1) 提高ABS控制方法的自適應性和系統(tǒng)的可靠性，從而進一步提高整車的安全性能。雖然ABS已經(jīng)作為一項成熟的技術得到廣泛的應用，但在控制方法上一直沒有取得較大的突破。目前得到廣泛應用的是采用門限值控制

29、算法的ABS。其缺點是控制邏輯比較復雜，調試困難。開發(fā)完成的ABS裝置對各類車型的互換性不好。隨著傳感器技術和車用微機控制技術的發(fā)展，采用各種現(xiàn)代控制算法的ABS研究是目前的研究熱科，以使ABs的性能更加完善。</p><p>　　(2) 汽車動態(tài)控制系統(tǒng)VDC。VDC(Vehicle Dynarnics Control)系統(tǒng)又稱ESP系統(tǒng)(Electronic Stability Program),是把ABS

30、/ASR與電子全控式(或半控式)懸掛、電子控制四輪轉向、電子控制液壓轉向、電子控制自動變速器等在功能、結構上有機地結合起來，保證汽車行駛的方向穩(wěn)定性和良好的動態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　(3) ABS/ASR與自動巡航控制裝置ACC集成。汽車ACC(Adaptive Cruise Control)裝置是近年來發(fā)展起來的又一項汽車主動安全技術，它可使汽車保持一定的行駛安全車距，主動避免碰撞事故發(fā)生，有效地提高

31、公路交通運輸能力。由于ABS、ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動力調節(jié)裝置以及發(fā)動機調節(jié)裝置，因此ABS/ASR與ACC的集成，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全行駛性能。</p><p>　　(4) 電子制動系統(tǒng)(Braking-by-wire)。其中，電子機械制動系統(tǒng)(Electronic Mechanical Braking-EMB)是一個全新的制動機構。EMB應用于轎車上，取消了

32、傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，動作機構是電動機，執(zhí)行機構仍是制動器。制動時，駕駛員踩下電子制動踏板，電子制動踏板帶有踏板感覺模擬器，踏板行程信號通過CAN總線傳送至控制器，控制器實時向電動機發(fā)出作動信號，實施ABS制動EMB類似的還有電子液壓制動系統(tǒng)(Electronic Hydraulic Braking. EHB)， 它取消了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的真空助力器，制動主缸等部件。作動機構是液壓力裝置，執(zhí)行機構是制動器。制動時，駕駛員踩下電子制動踏板，電

33、子制動踏板帶有踏板感覺模擬器，踏板行程信號通過CAN總線傳送至控制器，控制器實時向車輪液壓裝置發(fā)出作動信號，對制動器實施ABS制動。</p><p>　　(5) 在ABS系統(tǒng)中嵌入電子制動力分配裝置(Electronic Brake Force Distribution---EBD)，構成了ABS+EBD系統(tǒng)。EBD的功能就是在汽車ABS開始制動壓力調節(jié)之前，高速計算出四個輪胎與路面間的附著力大小，然后調節(jié)制動器

34、制動力，達到制動力與附著力的匹配．進一步提高車輛制動時的方向穩(wěn)定性，同時盡可能地縮短制動距離。</p><p>　　第二章 ABS系統(tǒng)組成、原理及控制方法</p><p>　　2.1 汽車ABS系統(tǒng)的組成及各結構部件的作用</p><p>　　1-制動壓力調節(jié)裝置 2-制動器總成 3-ECU 4-車輪轉速傳感器</p><p&g

35、t;　　圖2.1較為典型的汽車ABS系統(tǒng)的基本組成原理圖</p><p>　　圖3.3 ABS制動泵</p><p>　　液壓控制單元閥體內(nèi)包括8個電磁閥，每個回路各一對，其中一個是常開進油閥，一個是常閉出油閥。它在制動主缸、制動輪缸和回油路之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)壓力升高、壓力保持和壓力降低的功能，防止車輪抱死，其工作原理如下：</p><p>　　(1) 開始制動階段

36、（系統(tǒng)油壓建立）</p><p>　　開始制動時，駕駛員踩制動踏板，制動壓力由制動主缸產(chǎn)生，經(jīng)常開的不帶電壓的進油閥作用到車輪制動輪缸上，此時，不帶電壓的出油閥依然關閉，ABS系統(tǒng)沒有參與控制，整個過程和常規(guī)液壓制動系統(tǒng)相同，制動壓力不斷上升。</p><p><b>　　(2) 油壓保持</b></p><p>　　當駕駛員繼續(xù)踩制動踏板，油

37、壓繼續(xù)升高到車輪出現(xiàn)抱死趨勢時，ABS電子控制單元發(fā)出指令使進油閥通電并關閉閥門，出油閥依然不帶電壓仍保持關閉，系統(tǒng)油壓保持不變。</p><p><b>　　(3) 油壓降低</b></p><p>　　若制動壓力保持不變，車輪有抱死趨勢時，ABS ECU給出油閥通電打開出油閥，系統(tǒng)油壓通過低壓儲液罐降低油壓，此時進油閥繼續(xù)通電保持關閉狀態(tài)，有抱死趨勢的車輪被釋放，

38、車輪轉速開始上升。與此同時，電動液壓泵開始起動，將制動液由低壓儲液罐送至制動主缸。</p><p><b>　　(4) 油壓增加</b></p><p>　　為了使制動最優(yōu)化，當車輪轉速增加到一定值后，電子控制單元給出油閥斷電，關閉此閥門，進油閥同樣也不帶電而打開，電動液壓泵繼續(xù)工作從低壓儲液罐中吸取制動液泵入液壓制動系統(tǒng)。隨著制動壓力的增加，車輪轉速又降低。這樣反復

39、循環(huán)地控制(工作頻率為5～6次/s，將車輪的滑移率始終控制在20%左右）。</p><p><b>　　3.3 驅動電路</b></p><p>　　驅動電路如圖3.4所示，利用dSPACE產(chǎn)生PWM波，控制繼電器開關，進而完成對ABS電磁閥的開關頻率控制。通過控制占空比來達到10赫茲左右的電磁閥開關頻率。</p><p>　　圖3.4 驅動電

40、路圖</p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　本章根據(jù)要實現(xiàn)的功能進行了硬件系統(tǒng)的選擇，同時對選擇的硬件從經(jīng)濟、硬件來源等方面分析其結構功能、選擇理由。尤其是對輪速傳感器、制動泵的選擇更是針對到車型，這樣的選擇給了自己足夠信息來源，也不至于讓選擇太盲目。</p><p>　　第四章 ABS控制器軟件的設計<

41、;/p><p>　　4.1 dSPSCE簡介</p><p>　　dSPACE實時仿真系統(tǒng)是由德國dSPACE公司開發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink 的控制系統(tǒng)在實時環(huán)境下的開發(fā)及測試工作平臺,實現(xiàn)了和MATLAB/Simulink 的無縫連接。dSPACE實時系統(tǒng)由兩大部分組成，一是硬件系統(tǒng),二是軟件環(huán)境。其中硬件系統(tǒng)的主要特點是具有高速計算能力，包括處理器和I/O 接口等；軟件環(huán)

42、境可以方便地實現(xiàn)代碼生成/下載和試驗調試等工作。dSPACE 具有強大的功，可以很好地完成控制算法的設計、測試和實現(xiàn)，并為這一套并行工程提供了一個良好的環(huán)境。</p><p>　　dSPACE 的開發(fā)思路是將系統(tǒng)或產(chǎn)品開發(fā)諸功能與過程的集成和一體化，即從一個產(chǎn)品的概念設計到數(shù)學分析和仿真，從實時仿真實驗到實驗結果的監(jiān)控和調節(jié)都可以集成到一套平臺中來完成。</p><p>　　dSPACE

43、的軟件環(huán)境主要由兩大部分組成,一部分是實時代碼的生成和下載軟件RTI(Real-Time Interface),它是連接dSPACE 實時系統(tǒng)與MATLAB/Simulink紐帶,通過對RTW(Real-Time Workshop)進行擴展,可以實現(xiàn)從Simulink模型到dSPACE 實時硬件代碼的自動下載。另一部分為測試軟件，其中包含了綜合實驗與測試環(huán)境（軟件)CtrolDesk、自動試驗及參數(shù)調整軟件MLIB/MTRACE 、PC

44、與實時處理器通信軟件CLIB 以及實時動畫軟件RealMotion 等。</p><p>　　dSPACE 實時仿真系統(tǒng)具有許多其它仿真系統(tǒng)具有的無法比擬的優(yōu)點：</p><p>　　dSPACE 組合性很強。dSPACE 在設計時就考慮了大多數(shù)用戶的需求，設計了標準組件系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)進行多種組合。對不同用戶而言，可以在運算速度不同的多種處理器（如：TI公司的TMS 系列、DEC 公司的

45、Alpha 系列、Motorala 公司的PowerPC 系列）之間進行選擇，最快的處理器浮點運算速度高達1000MFlops；I/O 也具有廣泛的可選性，通過選擇不同的I/O 配置，即可組成不同的應用系統(tǒng)。</p><p>　　dSPACE 的過渡性和快速性好。由于dSPACE 和MATLAB 的無縫連接，使MATLAB 用戶可以輕松掌握dSPACE 的使用，方便地從非實時分析、設計過渡到實時的分析和設計上來，

46、大大節(jié)省了時間和費用。</p><p>　　性能價格比高。dSPACE 是一個操作平臺，它可用于許多產(chǎn)品的開發(fā)或實時仿真測試，而不是一物一用。</p><p>　　dSPACE 是基于PC 機的Windows 操作系統(tǒng)，dSPACE 實時系統(tǒng)與主機的硬件接口使用標準ISA 總線，從而避免用戶再投資別的設備。</p><p>　　實時性好。一旦代碼下載到實時系統(tǒng)，代碼

47、本身將是獨立運行的，試驗工具軟件只是通過內(nèi)存映射來訪問試驗過程中的各種參數(shù)及結果變量，不會產(chǎn)生對試驗過程的中斷。</p><p>　　可靠性高。dSPACE 實時系統(tǒng)硬件、代碼生成及下載軟件、試驗工具軟件都經(jīng)過dSPACE工程師的精心設計、制造和調試，不存在任何兼容性問題，可靠性高，是可以信賴的軟/硬件平臺。</p><p>　　靈活性強。dSPACE 實時仿真系統(tǒng)允許用戶在單板系統(tǒng)和組件

48、系統(tǒng)、單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)、自動生成代碼和手工編制代碼之間進行選擇，使dSPACE 系統(tǒng)具有很大的靈活性，從而可以適應用戶各方面的應用需求。</p><p>　　正是由于 dSPACE 的優(yōu)越性，使得dSPACE 從誕生之日起就引起眾多工程技術人員及專家學者的注意。目前，dSPACE 已經(jīng)廣泛應用于航空航天、汽車、發(fā)動機、電力機車、機器人、驅動及工業(yè)控制等領域。越來越多的工廠、學校及研究部門開始用dSPAC

49、E 來解決實際工作及研究中遇到的問題。由于他們的努力，dSPACE 的應用領域正在日益拓寬。許多汽車界的用戶都把dSPACE 作為可以信賴的開發(fā)測試工具，如：Audi 公司用dSPACE 實現(xiàn)了ABS 控制器測試臺；有的汽車界用戶如：Chrysler、Delphi、Ford、General Motors、Honda、Toyota Motor、Nissan、Mazda Motor 等公司，用dSPACE 進行動力控制原型的開發(fā)；而德國的鐵

50、路運輸巨頭Adtranz 則用dSPACE 實現(xiàn)了電力機車的仿真；美國的Boeing, Calspan 公司用dSPACE 進行飛行器的控制系統(tǒng)設計和仿真；還有一些研究部門如荷蘭的Delft 工業(yè)大學、日本的Waseda 大學等用dSPACE 進行機器人控制算法的研究；而且，由于dSPACE 的高度可靠性，許多</p><p>　　4.2 dSPACE軟件環(huán)境介紹</p><p>　　4.

51、2.1 代碼生成及下載軟件 (Implementation Software)</p><p><b>　　1.代碼的生成過程</b></p><p>　　代碼的生成及下載可以自動完成也可手工完成。無論是單處理器系統(tǒng)還是多處理器系統(tǒng)，均可由Simulink 方框圖自動生成代碼并下載到實時系統(tǒng)硬件中。另外，dSPACE 還提供了方便易用的軟件工具來實現(xiàn)手工代碼的下

52、載。</p><p>　　從 Simulink 自動生成并下載將控制原型或仿真模型從離線仿真轉到實時仿真的最快捷的方式就是用Simulink。dSPCACE 的實時接口庫RTI（Real-Time Interface）允許通過圖標的方式來指定用戶I/O。RTI與MathWorks 的 RTW（Real-Time Workshop）共同生成dSPACE 硬件所需的代碼。因此，無論用的是單處理器系統(tǒng)還是多處理器系統(tǒng)，

53、代碼的生成及下載過程被簡化成鼠標的輕輕一擊。</p><p>　　2.MATLAB/Simulink-現(xiàn)代控制設計平臺</p><p>　　MATLAB集計算、可視化及編程于一身。在MATLAB 中，無論是問題的提出還是結果的表達都采用用戶習慣的數(shù)學描述方法，而不需要用傳統(tǒng)的編程語言進行前后處理。這一特點使MATLAB 成為數(shù)學分析、算法開發(fā)及應用程序開發(fā)的良好環(huán)境。MATLAB 是Mat

54、hWorks 產(chǎn)品家族中所有產(chǎn)品的基礎。MATLAB 省去了工程師用C 或Fortan 等高級語言編程的需求，使他們集中精力于數(shù)據(jù)分析和算法開發(fā)。它相對于C 語言的地位就和C 相對匯編語言的地位相當。</p><p>　　MATLAB 工具箱</p><p>　　MATLAB 包括下列常用工具箱：控制系統(tǒng)工具箱；系統(tǒng)識別工具箱；模糊邏輯工具箱；LMI 控制工具箱；模型預測控制工具箱；μ-分

55、析及綜合工具箱；神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱；優(yōu)化工具箱等。</p><p><b>　　Simulink</b></p><p>　　SIMULINK?是用來建模、分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)的交互環(huán)境，包括連續(xù)系統(tǒng)，離散系統(tǒng)和混雜系統(tǒng)。Simulink 提供了采用鼠標拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形交互界面。</p><p>　　通過Simulink 提供的豐

56、富的功能塊，用戶可以迅速地創(chuàng)建系統(tǒng)的模型，而不需要書寫一行代碼。</p><p><b>　　Stateflow</b></p><p>　　Stateflow?提供了圖形工具幫助用戶設計和分析事件驅動系統(tǒng)。Stateflow 基于有限狀態(tài)機理論，能夠快速建立和仿真復雜事件驅動系統(tǒng)的邏輯行為。這樣，Simulink 的用戶可以在他們的模型之中描述事件驅動行為。通過Si

57、mulink 和Stateflow用戶可以在統(tǒng)一的環(huán)境下設計、建立和仿真整個控制系統(tǒng)的行為。</p><p>　　RTW（Real-Time Workshop）</p><p>　　Real-Time Workshop?可從Simulink 方框圖中自動生成C 代碼。RTW 與dSPACE 的RTI</p><p>　　（Real-Time Interface）聯(lián)合

58、可完成從方框圖到dSPACE 實時硬件的無縫轉換。</p><p>　　Stateflow Coder</p><p>　　Stateflow Coder? 是一個單獨提供的與 Stateflow 結合使用的工具，能夠生成獨立的控制邏輯代碼。</p><p>　　3.RTI(Real-Time Interface)-從方框圖自動生成代碼并下載</p>

59、<p>　　RTI 是連接dSPACE 實時系統(tǒng)與軟件開發(fā)工具MATLAB/Simulink 之紐帶。RTI 對Simulink庫進行了擴展,利用這些框圖無需編寫任何代碼就能完成包括I/O 接口及初始化過程的全部設置。同時通過對RTW 進行擴展，可實現(xiàn)從Simulink 模型到dSPACE 實時硬件代碼的無縫自動下載。這可使用戶完全致力于實際設計過程并能迅速完成設計的更改，費力的手工編程已成為過去。</p>&l

60、t;p>　　首先，可以用圖形方式從 dSPACE 的RTI 庫中選定相應的I/O 模型，將之拖入Simulink 模型中并指定其參數(shù)，以完成對dSPACE I/O 板的選定。之后，只要鼠標點一下，RTI 就會自動編譯、下載并啟動實時模型。另外，RTI 還根據(jù)信號和參數(shù)產(chǎn)生一個變量文件，可以用dSPACE的試驗工具軟件如ControlDesk 進行變量的訪問。</p><p>　　通過 RTI 來實現(xiàn)控制原型

61、或對象仿真實時代碼的生成一般有下列幾個步驟：</p><p>　?、?用 Simulink 建立模型并進行離線仿真</p><p>　?、?加入 dSPACE I/O，將離線模型轉為實時模型</p><p>　?、?用 RTW“Build”命令生成實時代碼并下載到實時硬件中</p><p>　?、?用 dSPACE 試驗工具進行試驗過程中的交

62、互操作</p><p>　　除標準 I/O 功能外，RTI 還支持用戶在SIMULINK 框圖中完成：</p><p>　　?? 指定部分模型為定時執(zhí)行</p><p>　　?? 指定部分模型為軟件中斷</p><p>　　?? 指定部分模型為硬件中斷</p><p>　　?? 指定中斷及定時任務的優(yōu)先級</p&

63、gt;<p>　　?? 支持單采樣頻率和多采樣頻率</p><p>　　?? 支持單任務模式和多任務模式</p><p>　　另外，RTI 還充分考慮了實際工程應用中可能遇到的各種問題，如：</p><p>　　?? 通過附加手段解決采樣頻率不同的模塊之間數(shù)據(jù)傳送的不一致性</p><p>　　?? 支持多處理器，允許在SIMU

64、LINK 中完成多處理器模型的分割</p><p>　　?? 允許指定處理器之間的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，可采用：同步BUFFER，異步BUFFER，及共享存儲區(qū)方式</p><p>　　?? 允許處理器之間進行中斷</p><p>　　RTI 可以處理連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和多采樣頻率系統(tǒng)。</p><p>　　當系統(tǒng)比較復雜，單處理器系統(tǒng)難以

65、完成時，需要多個處理器并行工作。這時，就需要RTI-MP 的幫助以完成多處理器系統(tǒng)的系統(tǒng)設計、建立多處理器網(wǎng)絡結構（包括處理器之間的通訊）。RTI-MP 允許用拖放方式對系統(tǒng)模型進行分割，每一個子系統(tǒng)均可進行單獨調整。為了對多處理器系統(tǒng)進行觀察及參數(shù)修改，需要配合使用多處理器試驗工具軟件ControlDeskMultiprocessor Extension。</p><p><b>　　4.PPC 編譯

66、器</b></p><p>　　不論用何種方式（手動或自動）生成實時系統(tǒng)，都需要一個 C 編譯器。根據(jù)配置的不同，dSPACE 系統(tǒng)使用POWER P C 編譯器Complier For PPC：適用于所有基于POWER PC 處理器的系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.2 實驗軟件（Experiment Software）</p><p>　　1.C

67、ontrolDesk 綜合實驗環(huán)境</p><p>　　ControlDesk 是dSPACE 開發(fā)的新一代實驗工具軟件。雖然控制器的開發(fā)及仿真模型的建立使用的是MATLAB/SIMULINK，但是，一旦模型已經(jīng)通過RTI 實現(xiàn)并下載到實時硬件中，余下的工作就由ControlDesk 來完成。ControlDesk 將提供對實驗過程的綜合管理。利用ControlDesk可以實現(xiàn)：</p><p

68、>　?、?對實時硬件的圖形化管理</p><p>　　方便地進行新硬件的注冊管理</p><p>　　檢查內(nèi)存大小及處理器時鐘頻率</p><p>　　利用WINDOWS 拖放方式輕松完成目標程序的下載</p><p>　　用START 和STOP 控制實時程序的啟動和停止</p><p>　　通過ERROR M

69、ESSAGE LOGGING 窗口實現(xiàn)出錯監(jiān)視功能</p><p><b>　　觀看配置數(shù)據(jù)</b></p><p>　?、?用戶虛擬儀表的輕松建立</p><p>　　用拖放方式建立虛擬儀表</p><p>　　與實時程序進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換</p><p><b>　　跟蹤實時曲線<

70、;/b></p><p><b>　　在線調參</b></p><p>　　記錄實時數(shù)據(jù)（可記錄在文件中）</p><p><b>　　實時數(shù)據(jù)回放</b></p><p>　　提供各種專業(yè)虛擬儀表庫（汽車庫等）</p><p>　　③ 變量的可視化管理</p&g

71、t;<p>　　以圖形方式訪問RTI 生成的變量文件</p><p>　　通過拖放操作在變量和虛擬儀表之間建立聯(lián)系</p><p>　　除訪問一般變量外，還可訪問諸如采樣時間、中斷優(yōu)先級、程序執(zhí)行時間等其</p><p>　　它與實時操作相關的變量</p><p>　?、?參數(shù)的可視化管理</p><p>

72、;　　可根據(jù)實時變量樹生成參數(shù)文件</p><p>　　通過參數(shù)文件對實時試驗進行批參數(shù)修改</p><p>　　通過多個參數(shù)文件的順序調入，研究不同參數(shù)組對實時試驗的影響</p><p><b>　?、?實驗過程自動化</b></p><p>　　提供到ControlDesk 所有組成部分的編程接口</p>

73、<p>　　對耗時及需重復進行的試驗過程可以實現(xiàn)自動化，如：參數(shù)研究</p><p>　　利用Macro Recorder 記錄ControlDesk 的操作</p><p>　　利用面向對象的功能強大的算法語言編制自動試驗算法</p><p>　　提供到MATLAB 接口，實現(xiàn)與MATLAB 的數(shù)據(jù)交換</p><p>　　C

74、ontrolDesk 故障仿真</p><p>　　對標準ControlDesk 功能的擴展</p><p>　　在中型或大型dSPACE 模擬器中遠程控制故障注入單元</p><p>　　通過故障仿真瀏覽器可訪問所有故障仿真部件</p><p>　　在故障模式窗口中實現(xiàn)管腳錯誤定義</p><p>　　可導入ECU

75、管腳描述文件</p><p>　　ControlDesk的故障仿真功能使得操作dSPACE模擬器的故障注入單元變得非常便利。利用CotrolDesk故障仿真功能可以仿真電控單元(ECU)的線束故障。比如你可以仿真ECU單個管腳對地短路或電壓短路故障，或者是仿真ECU單個管腳斷線的情況。</p><p>　　4.3 dSPACE 硬件</p><p>　　4.3.1

76、 智能化的單板系統(tǒng)</p><p>　　1.DS1103 PPC控制器板</p><p>　　現(xiàn)代控制器的功能越來越復雜，這就要求在投入生產(chǎn)之前對控制器進行詳盡的優(yōu)化設計。這一優(yōu)化過程需要有功能強大的硬件開發(fā)平臺做支持。</p><p>　　為滿足這一要求，dSPACE 推出了DS1103 PPC 控制器板，這是迄今為止所有單板系統(tǒng)中功能最強大、I/O 最豐富的開發(fā)

77、系統(tǒng)。為了不給開發(fā)帶來任何限制，DS1103 使用了PowerPC 處理器來進行浮點運算（933MHz）。</p><p>　　對于新型控制器的開發(fā)而言，dSPACE 的單板方案是功能強大而又可以信賴的工具。單板方案提供了控制器方案設計及代碼生成和下載所需的一切，使RCP 更加方便易行。</p><p>　　DS1103 PPC 控制器擁有大量I/O 接口，使其可以滿足RCP 的要求。DS

78、1103 PPC 控制器板除36 路ADC、8 路DAC 以外還配有數(shù)字I/O。同時，DS1103 PPC 控制器板還集成了一個以TI公司的TMS320F240 DSP 為核心的I/O 子系統(tǒng)，可用來滿足特殊的I/O 要求。這種DSP 可提供三相PWM 信號發(fā)生器，尤其適于驅動方面的應用。</p><p>　　DS1103 擁有6 路數(shù)字增量編碼器接口，可以方便的應用于機器人的設計。DS1103 還配有一個測速控

79、制器，可用來對數(shù)字或模擬增量編碼器位置信號進行解析，這使其可以應用于電氣驅動控制。</p><p>　　DS1103 還集成了Infineon 的CAN 控制器，使其也可以適應汽車及自動化方面的應用。</p><p>　　DS1103 可以方便地插入PC 機中，由PC 機負責提供電源，完成程序下載。所有的實時計算都是由PPC 控制器板獨立執(zhí)行，只有dSAPCE 的試驗工具軟件并行運行于主機

80、上。</p><p>　　2.DS1104 PPC 控制器板</p><p>　　DS1104 是新開發(fā)的用于快速控制原型的單板硬件，它使得用戶的PC 機擁有強有力的開發(fā)系統(tǒng)?；赑owerPC 技術的實時硬件以及豐富的I/O 接口提供了用于解決不同工業(yè)領域的控制器開發(fā)更理想的方案。新板DS1104 控制器板價格低廉，使得它成為一套既適用工業(yè)開發(fā)又適用大學研究極好的開發(fā)系統(tǒng)。</p&

81、gt;<p>　　它擁有 dSPACE 原型板所有的優(yōu)點：完全的圖形化設計， Simulink/Stateflow 建模和實驗管理軟件，而且僅占用一個PC 機的PCI 插槽。</p><p>　　4.3.2 標準組件系統(tǒng)</p><p>　　1.處理器板（Processor Boards）</p><p>　　處理器板概述:dSPACE 標準組件系統(tǒng)的

82、基本出發(fā)點是將實時系統(tǒng)和提供用戶接口的系統(tǒng)完全分開。無論主機的要求多么復雜，也無論使用的是何種操作系統(tǒng),dSPACE 實時硬件都能保證滿足每一采樣周期的準確時間要求。所有的 dSPACE 標準組件板都必須至少配置一塊處理器板。所有的dSPACE 標準組件系統(tǒng)都是以DS1005 或DS1006 為核心構造的。處理器板通過高速32 位總線（PHS 總線）提供到I/O 板的接口，通過ISA 總線提供到主機的硬件接口。</p>&

83、lt;p><b>　　2.I/O 板</b></p><p>　　為了滿足快速控制原型及硬件在回路仿真的需求，dSPACE 提供了系列I/O 板可供選擇。</p><p><b>　　4.4本章小結</b></p><p>　　本章重點對dSPACE的發(fā)展現(xiàn)狀前景，軟件及硬件作了介紹，同時介紹了如何利用dSPACE軟

84、件進行設計，實驗。</p><p>　　第五章 基于dSPACE的ABS控制器實現(xiàn)</p><p>　　5.1 dSPACE硬件部分及外圍電路</p><p>　　我們利用如圖1所示的三個開關電路，其中兩個用的是復位開關，一個用的是自鎖開關：兩個復位開關用來模擬遙控器遠程操控的開鎖和落鎖按鍵；自鎖開關用來模擬鑰匙是否在鑰匙孔的信號。</p><

85、p>　　本系統(tǒng)利用dSPACE普通I/O口作為信號采集和信號輸出端口。其中遙控器開鎖按鍵與Z3 Group 4 ch 4 in 端口相連；遙控器落鎖按鍵與a3 Group 4 ch 7 in 端口相連；鑰匙信號按鍵與Y3 Group 4 ch 1 in 端口相連。這三個端口作為信號的輸入端。A3 Group 1 ch 1 out、A4 Group 1 ch 2 out、A5 Group 1 ch 3 out分別與節(jié)點一的單片機P1

86、.2、P1.3、INT0相連，對節(jié)點一傳輸控制信號。具體連接如圖2所示：</p><p>　　圖1 開關電路圖 圖2 dSPACE接口</p><p><b>　　5.2程序編制</b></p><p>　　圖3 單脈沖子系統(tǒng) 圖4 布爾變量延時子系統(tǒng)<

87、/p><p>　　本系統(tǒng)利用Matlab/Simulink建立控制模型，對四路輸入信號進行處理，從而得到三路輸出。通過對輸入信號進行轉化，得到相應的控制信號。如：鑰匙位置信號（當檢測到鑰匙從鎖孔內(nèi)拔出時），向A3、B3口輸出一個低電平脈沖，而A5默認輸出高電平。所以當節(jié)點一接收到A3、A5、B3的低、高、低的信號時向CAN總線上發(fā)送帶有開鎖數(shù)據(jù)的報文，控制其他節(jié)點一同完成相應動作。圖3圖4分別為單脈沖子系統(tǒng)及布爾變量

88、延時子系統(tǒng)。</p><p><b>　　主程序如圖5所示：</b></p><p><b>　　圖5 主程序</b></p><p>　　此程序為對滑移率及車速信號的模擬,滑移率的臨界值為15在滑移率大于15時由程序控制最后輸出信號為1、0此時進入abs減壓狀態(tài)，當滑移率小于15時，進入增壓狀態(tài)。</p>

89、<p>　　其中信號為低電平單脈沖信號，如圖3所示，此封裝的子系統(tǒng)，只有在上升沿的跳變激勵下才會產(chǎn)生一個低電平脈沖。由于我們這個系統(tǒng)的信號大多為布爾型，而Matlab/Simulink沒有封裝好的布爾變量的延時子系統(tǒng)，所以我們封裝了如圖7所示的布爾型變量延時子系統(tǒng)，這個子系統(tǒng)在主程序和低電平脈沖的系統(tǒng)中被調用。主程序如圖5所示∶1）當檢測到Y3端口產(chǎn)生一個上升沿的跳變時，這樣A3、B3輸出0脈沖信號，A5輸出高電平1的信號，這

90、樣節(jié)電一接到這個信號后，向總線上發(fā)送開鎖信號，使得各個節(jié)點能夠同時完成開鎖功能；2）當檢測到Z3和a3端口中有低電平觸發(fā)時，A3、A5、B3輸出“1-0-0”或“0-1-0”的信號， 3）當ADC Type 1 in Con 2 Ch 4端口監(jiān)測到的車速信號大于20Km/h時，A5、B3輸出0脈沖信號，A3輸出高電平1的信號。</p><p>　　程序運行狀態(tài)如圖6所示：</p><p>

91、;<b>　　圖6程序運行狀態(tài)</b></p><p>　　5.2 controldesk實現(xiàn)</p><p>　　controldesk實現(xiàn)如圖7所示，當踩下制動踏板，且車速大于20km/h時，電磁閥開始進行增壓和減壓的動作。</p><p>　　圖7 controldesk實現(xiàn)</p><p>　　圖8 contro

92、ldesk實現(xiàn)</p><p>　　在車速小于和大于20千米時實現(xiàn)0,0,0,1的變化，我們利用ControlDesk對四路輸入信號和三路輸出信號進行監(jiān)測。當我們按動開關的時候，在狀態(tài)指示中能夠顯示我們的按鍵信息，在右端能夠顯示發(fā)送的相應動作信號，在中間我們用一個車速表顯示模擬車速，模擬車速超過20Km/h時，ABS起作用。</p><p><b>　　5.3本章小結</b

93、></p><p>　　本章完成了對dSPACE程序的編制，利用模擬車速和模擬滑移率完成對ABS電磁閥的控制。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　試驗表明，基于MATLAB/Simulink和dSPACE開發(fā)的汽車ABS控制器，通過半實物仿真獲得了滿意的效果。利用MATLAB/Simulink開發(fā)中央節(jié)點過

94、程中所需編寫的代碼少，模型參數(shù)的修改、代碼的生成及下載非常方便。開發(fā)的ABS控制器能夠滿足車輛的實際要求，可以在實車上使用。本文最終實現(xiàn)用dSPACE軟件模擬PWM波，來實現(xiàn)對繼電器電路至電磁閥的控制從而實現(xiàn)車輪的抱死與張開。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]余志生.汽車理論(修訂版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993. &

95、lt;/p><p>　　[2]李朝祿.汽車制動防抱裝置(ABS)構造與原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.</p><p>　　[3]柯愈治.汽車防抱制動系統(tǒng)結構原理與檢修[M].北京:人民交通出版社,1998.</p><p>　　[4]潘旭峰.現(xiàn)代汽車電子技術[M].北京:北京理工大學出版社,1998. </p><p>　　[5]周

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101、lt;p>　　[17]何祈雯，朱偉興．滑模變結構汽車ABS滑移率控制方法的研究[J]．汽車科技． </p><p>　　2004(2)：19-21．</p><p>　　[18]龍曉林，杜小芳．汽車ABS滑模變結構控制的分析與仿真[J]．專用汽車．2004 </p><p>　?。?）：25-26．</p>&l

102、t;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時光流水，歲月如梭，轉瞬間四年的大學生活即將結束，我懷著忐忑不安心情向四年來在學習和生活上給予我關心和幫助的老師和同學們致以真摯的謝意。</p><p>　　本設計工作是在指導教師王悅新的悉心指導下完成的。老師具有很強的工程設計能力，在相關領域有著豐富的經(jīng)驗，在設計思想、軟硬件設計、算法設計、程序編制等多

103、方面給了我具體的指導。另外，老師為我們提供了寬松的學習環(huán)境和良好的設計條件，在此致以深厚的敬意和謝意．而且王老師，在硬件設計方面對我提供了各方面需要的工具；使后續(xù)的各項工作能夠按進度計劃順利進行。在此表示衷心的感謝！</p><p>　　同學武中峰，在我完成設計的過程中一直給予我大量的幫助，在控制系統(tǒng)的控制策略和控制算法方面給了我很多啟發(fā)性的意見；在dSPACE 軟件的學習使用方面給予了許多建議。在此表示衷心的感

104、謝！</p><p>　　最后衷心地感謝各位老師在百忙之中來評閱我的設計論文，期待老師給予批評指正。</p><p><b>　　附錄A 外文文獻</b></p><p>　　As one kind of automobile electro-technology, Anti-lock Braking System (ABS) improves

105、 automobiles passablility, steering stability and initiative security by a long way on all types of adhesion road.</p><p>　　Anti-lock braking systems were first developed for aircraft use in 1929, by the Fre

106、nch automobile and aircraft pioneer, Gabriel Voisin, as threshold braking on airplanes is nearly impossible. An early system was Dunlop's Maxaret system, introduced in the 1950s and still in use on some aircraft mode

107、ls. These systems used a flywheel and valve attached to the hydraulic line that fed the brake cylinders. The flywheel was attached to a drum that ran at the same speed as the wheel. In normal braking t</p><p&g

108、t;　　Anti-lock Braking System(ABS) is an important device to improve the activesafety of vehicle.With the development of automotive today，its significance hasbeen regarding more than ever.Anti-lock braking system (ABS) is

109、 braking-system closed-loop control device which prevent wheel lock when braking and,as a result，retain the vehicle steerability and stability．The main components of ABS including：hydraulic modulator，wheel speed sensor，a