車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）車輛ABS控制器設(shè)計(jì)

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1、黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) ABS控制器設(shè)計(jì) 院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-7班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 實(shí)驗(yàn)師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 II The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of ABS

2、Controller Candidate：You Haoyu Specialty：Vehicle Engineering Class：BW07-7 Supervisor：Wang Yuexin Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們物質(zhì)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

3、自動調(diào)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。 本文首先剖析了防抱死制動系統(tǒng)的控制原理，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了ABS的結(jié)構(gòu)以及各部分的作用和工作原理。同時對ABS控制算法進(jìn)行了研究，選擇了ABS控制器的硬件并設(shè)計(jì)了ABS控制器的軟件。軟件核心是單片機(jī)。隨著功能技術(shù)和應(yīng)用水平的提高，單片機(jī)應(yīng)用研究在ABS領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步深入。本文研究了以高性能單片機(jī)為核心的ABS控制器的開發(fā)思路和設(shè)計(jì)方法。 總之，研究結(jié)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(shí)用價值，是一種簡單

4、、方便、具有較好操縱性、制動性，并且有較好適應(yīng)性的方法。進(jìn)一步的研究工作一定要繼續(xù)開展下去。 關(guān)鍵詞：防抱死系統(tǒng)；dSPACE；滑移率；邏輯控制；制動  ABSTRACT Along with the advancement of science and technology and the improvement of people's living standards, the safety of human society, especially for automobile braking safety performance i

5、s put forward higher request. Auto anti-lock braking system (ABS) is a braking which can automatically adjust 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

6、 has an important significance to cars. 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 design of ABS controller was ABS controller softw

7、are. 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 on the performance. This is the core of ABS controller chip development train of thought and design method. Anyhow, the resu

8、lts of the research can see logic threshold method used in automobile anti-lock braking system is not only of theoretical 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.

9、 Key words：ABS；dSPACE；Sliding Rate；Logic controlling；Brake 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1選題的目的意義 1 1.2 ABS技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3本文的主要研究內(nèi)容 3 1.4 ABS技術(shù)發(fā)展的最新成果和未來發(fā)展方向 3 第2章ABS系統(tǒng)構(gòu)成原理及控制方法 5 2.1汽車ABS系統(tǒng)的組成及各結(jié)構(gòu)部件的作用 5 2.1.1車輪轉(zhuǎn)速傳感器 7 2.1.2電子控制單元(ECU) 8 2.1.3制動壓力調(diào)節(jié)器

10、8 2.2 ABS系統(tǒng)的工作原理 9 2.2.1車輪的滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 10 2.2.2制動過程中的加減速度 11 2.2.3制動過程中的載荷轉(zhuǎn)移 11 2.3 ABS系統(tǒng)的控制方法 11 2.4本章小結(jié) 13 第3章ABS控制器硬件的設(shè)計(jì) 14 3.1硬件流程圖 14 3.2ABS制動泵 15 3.3 驅(qū)動電路 16 3.4本章小結(jié) 16 第4章ABS控制器軟件的設(shè)計(jì) 17 4.1dSPACE簡介 17 4.2dSPACE軟件環(huán)境介紹 18 4.2.1代碼生成及下載軟件 18 4.2.2實(shí)驗(yàn)軟件 23 4.3dSPACE硬件 25 4.3

11、.1智能化的單板系統(tǒng) 25 4.3.2標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng) 25 第5章 基于dSPACE的ABS控制器實(shí)現(xiàn) 27 5.1程序編制 27 5.2controldesk實(shí)現(xiàn) 28 結(jié)論 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 附錄A外文文獻(xiàn) 32 附錄B外文文獻(xiàn)翻譯 34 第一章 緒 論 1.1 選題的目的、意義 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(diǎn)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(diào)節(jié)以及制動器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒有車輪運(yùn)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(diào)節(jié)輪缸或氣室制動壓

12、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(dāng)車輪抱死時，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)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(yán)重。 汽車防抱死制動系統(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(yùn)動狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)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(shù)在汽車上最有成就的應(yīng)用項(xiàng)目之一，汽

13、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。 隨著世界經(jīng)濟(jì)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(jī)遇。提高汽車整車和零配件的國產(chǎn)化，趕超世界先進(jìn)水平，是國人的共同愿望。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jī)械和汽車行業(yè)的研究人員亟待解決的問題。 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)展，汽車產(chǎn)量大幅度增加。而另一方面我國公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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

14、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(shù)研制工作開始于上世紀(jì)80年代中期，落后歐美幾十年，加強(qiáng)ABS技術(shù)的研究和應(yīng)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(guān)行業(yè)和保護(hù)人身安全是具有現(xiàn)實(shí)意義的。 1.2 ABS技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1920年ABS技術(shù)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(xiàng)電液控制的ABS裝置專利，促進(jìn)了ABS技術(shù)在汽車上的應(yīng)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(jī)用ABS并成為飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)裝置，1954年福特汽車公司

15、在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分采用機(jī)械式，結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格偏高。ABS技術(shù)在汽車上的推廣應(yīng)用舉步艱難。直到70年代后期，由于電子技術(shù)迅猛發(fā)展，為ABS技術(shù)在汽車上應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。ABS控制部分采用了電子控制，其反應(yīng)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(zhì)量逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強(qiáng)，價格也逐漸降低。這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。 進(jìn)入90年代后，ABS技術(shù)不斷發(fā)展成熟，控

16、制精度、控制功能不斷完善?，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國家已廣泛采用ABS技術(shù)，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(dá)90％以上，轎車ABS的裝備率在60％左右，運(yùn)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(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。 近年來

17、，ABS技術(shù)在我國也正在推廣和應(yīng)用，1999年我國制定的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》中已把裝用ABS作為強(qiáng)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(shù)，但這些ABS裝置我國均沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)。 國內(nèi)研究ABS主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟(jì)南捷特汽車電子研究所、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)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)包括東風(fēng)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(shù)難度大，國外技術(shù)

18、封鎖嚴(yán)密，國內(nèi)企業(yè)暫時不能獨(dú)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(shù)壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進(jìn)展和突破。如清華大學(xué)和浙江亞太等承擔(dān)的汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)（ABS）“九五”國家科技攻關(guān)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(guān)鍵技術(shù)方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論，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(jìn)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(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)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

19、義，標(biāo)志著我國汽車液壓ABS國產(chǎn)化已邁出堅(jiān)實(shí)的一步。同時合肥工業(yè)大學(xué)也研制出國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓制動電子防抱系統(tǒng)，率先在HF6700輕型汽車上匹配使用獲得成功。國內(nèi)液壓ABS技術(shù)含量與國外雖有一定的差距，但在政府的大力支持和國內(nèi)豐富的人力資源配合下，相信國內(nèi)可以在較短的時間內(nèi)在ABS技術(shù)某些領(lǐng)域趕超國際水平。 1.3 本文的主要研究內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容包括四部分：對ABS控制器的硬件進(jìn)行合適的選擇，ABS的軟件設(shè)計(jì)，ABS控制算法的研究，利用dSPACE實(shí)驗(yàn)仿真部分。 1.4 ABS技術(shù)發(fā)展的最新成果和未來發(fā)展方向 進(jìn)入上世紀(jì)90年代以來ABS控制器已普遍采用16位單片機(jī)為CPU

20、，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(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展。20世紀(jì)80年代中后期，驅(qū)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(qū)動過程中(特別是起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過程)防止驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，使汽車在驅(qū)動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)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(shí)質(zhì)上是ABS基本思想在驅(qū)動領(lǐng)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(yīng)的軟件，就可以實(shí)現(xiàn)防滑控制功能，使性價比大大提高。 ABS從出現(xiàn)到廣泛應(yīng)用于汽車上，經(jīng)歷了近半個世紀(jì)，到目前為止ABS的總體結(jié)構(gòu)方案已趨于成熟，但汽車制動安全技術(shù)目前仍是汽車技術(shù)

21、的一個熱點(diǎn)，在該技術(shù)領(lǐng)域，未來的研究方向和發(fā)展趨勢集中在如下幾個方面： (1) 提高ABS控制方法的自適應(yīng)性和系統(tǒng)的可靠性，從而進(jìn)一步提高整車的安全性能。雖然ABS已經(jīng)作為一項(xiàng)成熟的技術(shù)得到廣泛的應(yīng)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(yīng)用的是采用門限值控制算法的ABS。其缺點(diǎn)是控制邏輯比較復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。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(shù)和車用微機(jī)控制技術(shù)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。 (2) 汽車動態(tài)控制系統(tǒng)VDC。VDC(Vehicle Dynarnics Control)系統(tǒng)又稱ESP

22、系統(tǒng)(Electronic Stability Program),是把ABS/ASR與電子全控式(或半控式)懸掛、電子控制四輪轉(zhuǎn)向、電子控制液壓轉(zhuǎn)向、電子控制自動變速器等在功能、結(jié)構(gòu)上有機(jī)地結(jié)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。 (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(xiàng)汽車主動安全技術(shù)，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，有效地提高公路交通運(yùn)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(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)裝置，因此ABS/AS

23、R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。 (4) 電子制動系統(tǒng)(Braking-by-wire)。其中，電子機(jī)械制動系統(tǒng)(Electronic Mechanical Braking-EMB)是一個全新的制動機(jī)構(gòu)。EMB應(yīng)用于轎車上，取消了傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，動作機(jī)構(gòu)是電動機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shí)時向電動機(jī)發(fā)出作動信號，實(shí)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

24、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(jī)構(gòu)是液壓力裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shí)時向車輪液壓裝置發(fā)出作動信號，對制動器實(shí)施ABS制動。 (5) 在ABS系統(tǒng)中嵌入電子制動力分配裝置(Electronic Brake Force Distribution---EBD)，構(gòu)成了ABS+EBD系統(tǒng)。EBD的功能就是在汽車ABS開始制動壓力調(diào)節(jié)之前，高速計(jì)算出四個輪胎與路面間的附著力大小，然后調(diào)節(jié)制動器制動力，達(dá)到制動力與附著力的匹配．進(jìn)一步提高車輛制動時的方向穩(wěn)定性，同時盡可能地縮

25、短制動距離。 第二章 ABS系統(tǒng)組成、原理及控制方法 2.1 汽車ABS系統(tǒng)的組成及各結(jié)構(gòu)部件的作用 1-制動壓力調(diào)節(jié)裝置 2-制動器總成 3-ECU 4-車輪轉(zhuǎn)速傳感器 圖2.1較為典型的汽車ABS系統(tǒng)的基本組成原理圖 ABS系統(tǒng)是加裝在汽車原有的常規(guī)制動系統(tǒng)之上的電子控制系統(tǒng)。因此首先要對汽車制動系統(tǒng)進(jìn)行分析，以弄清ABS與常規(guī)制動系統(tǒng)的聯(lián)系。圖2.1為一個四輪汽車防抱死控制系統(tǒng)的示意圖。 1-前輪輪速傳感器 2-制動分泵

26、 3-ABS指示燈 4-制動報警燈 5-制動壓力調(diào)節(jié)器 6-制動總泵 7-ABS繼電器 8-后輪輪速傳感器 圖2.2 汽車制動系及ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 由上面的示意圖，可以抽象出ABS系統(tǒng)的基本組成部分以及各部分之間的連接框圖如圖2.2所示。 警示燈 中央控制器 電 磁 閥 車輪 制動踏板 主制動缸

27、 圖2.3 ABS基本組成部分框圖 汽車的制動系統(tǒng)隨車型的不同而不同，同樣ABS系統(tǒng)也因車而異。因此ABS的類型較多但基本都由由中央控制器、壓力調(diào)節(jié)器(電磁閥)、輪速傳感器、警示燈以及一些控制繼電器組成。車輪轉(zhuǎn)速傳感器一般為電磁感應(yīng)式，通常安置在被控車輪上。電磁閥既可以設(shè)置在制動總泵至制動分泵的制動管路中形成分離結(jié)構(gòu)，也可與制動總泵合為一體形成整體結(jié)構(gòu)，對制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。電子控制器是防抱死制動系統(tǒng)的控制中樞，它主要接收車輪轉(zhuǎn)速傳感器和制動燈開關(guān)等

28、輸入的信號，對制動過程中被控車輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)需要對壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，使壓力調(diào)節(jié)器對被控車輪的制動壓力進(jìn)行保持、減小和增大等調(diào)節(jié)，并根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器反饋的信號修正控制指令。電子控制器還具有對防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的功能。ABS報警燈安置在儀表板上，由電子控制器控制其亮滅，指示防抱死制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)的功能是使行駛的汽車車輪受制動力矩的作用而減速停止的安全裝置。在絕大多數(shù)情況下汽車設(shè)計(jì)的制動缸制動力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路面摩擦力，這使得全制動必定會導(dǎo)致車輪抱死。在緊急制動情況下，當(dāng)駕駛員腳踩踏板使制動壓力過大時，輪速傳感器能夠迅速探測到車輪有抱死的傾向，并控

29、制器控制壓力調(diào)節(jié)器動作以減小制動壓力，隨之車輪輪速恢復(fù)；當(dāng)車輪輪速恢復(fù)且地面附著力有減少趨勢時，控制器又控制壓力調(diào)節(jié)器動作增加制動壓力。這樣反復(fù)動作，使車輪一直處于最佳的制動狀態(tài)，最有效地利用地面附著力，得到最佳的制動距離和制動穩(wěn)定性。并且可以防止制動過程中后輪抱死導(dǎo)致的車輛側(cè)滑甩尾，防止前輪抱死喪失的轉(zhuǎn)向能力，提高汽車躲避車輛前方障礙物的操縱性和彎道制動時的軌跡保持能力，大大提高制動過程的方向穩(wěn)定性。同時汽車制動效能得到提高，制動距離一般要比不安裝ABS系統(tǒng)的同類型車輛要短。 2.1.1車輪轉(zhuǎn)速傳感器 車輪轉(zhuǎn)速傳感器是汽車ABS系統(tǒng)中主要的信號傳感器，其作用是對車輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測，獲

30、得車輪轉(zhuǎn)速信號。目前用于ABS系統(tǒng)的輪速傳感器主要有磁電式輪速傳感器和霍爾式輪速傳感器兩種類型。磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將物體轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢來測量車輪速度的。在電控防抱制動系統(tǒng)中使用的傳感器，多數(shù)為磁電式輪速傳感器。它結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在以下缺點(diǎn)： 1) 輸出信號的大小隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，若車速過慢，其輸出信號過低而使得系統(tǒng)認(rèn)為車輛速度為零； 2) 頻率響應(yīng)低，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時傳感器易出現(xiàn)錯誤信號，加重軟件濾波難度； 3) 抗電磁波干擾能力差，尤其是車速較慢，輸出信號幅值較小時。 近年來出現(xiàn)的霍爾式車輪速度傳感器克服了磁電式輪速傳感器的上述缺點(diǎn)，并且具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1

31、) 輸出信號幅值不變。在工作電壓為12V時，輸出幅值保持11.5-12V不變，車速再慢甚至到零，幅值都不變； 2) 頻率響應(yīng)高(可達(dá)20kHz)，用于ABS系統(tǒng)中可檢測1000km/h的信號，故可滿足使用要求； 3) 抗電磁干擾能力強(qiáng)。由于輸出信號在整個輪速范圍內(nèi)不變，且幅值較高，所以抗電磁能力很強(qiáng)。 目前霍爾式輪速傳感器越來越廣泛地應(yīng)用在ABS系統(tǒng)中。 2.1.2 電子控制單元(ECU) ABS的電子控制單元(Electronic Control Unit)，常用ECU表示，也為稱中央控制器。它的主要作用是接收輪速傳感器等輸入信號，實(shí)時計(jì)算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等控制

32、參數(shù)，并進(jìn)行判斷、輸出控制指令，控制電磁閥進(jìn)行制動調(diào)節(jié)。另外還應(yīng)具備故障監(jiān)測等功能，如有故障時會使ABS停止工作并將ABS警示燈點(diǎn)亮。 2.1.3制動壓力調(diào)節(jié)器 制動壓力調(diào)節(jié)器是ABS中的主要執(zhí)行器。目前常用的制動壓力調(diào)節(jié)器為電磁閥，其作用是接受ABS電子控制單元的指令，對制動管路進(jìn)行通、斷等動作，調(diào)節(jié)制動系的壓力，使之增大、保持或減小，實(shí)現(xiàn)制動壓力控制功能。 由于ABS是在原來傳統(tǒng)制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加一套控制裝置形成的，因此ABS也是建立在傳統(tǒng)的常規(guī)制動過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作的。在制動過程中，若車輪沒有抱死趨勢，其制動過程與常規(guī)制動過程完全相同。只有車輪趨于抱死時，ABS才會對趨于抱死的車

33、輪的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常，只有在汽車速度達(dá)到一定速度(如8km/h)后，ABS系統(tǒng)才會對制動過程中趨于抱死的車輪的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車速度降到一定程度時，由于車速很低，車輪制動抱死對汽車制動性能的不利影響很小，為了使汽車盡快制動停車，ABS就會自動終止防抱死制動壓.力調(diào)節(jié)，其車輪仍可能被制動抱死。在制動過程中，如果常規(guī)制動系統(tǒng)發(fā)生故障，ABS會隨之失去控制作用。若只是ABS發(fā)生故障、常規(guī)制動系統(tǒng)正常時，汽車制動過程仍像常規(guī)制動過程一樣照常進(jìn)行，只是失去防抱死控制作用?，F(xiàn)代ABS一般都能對系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)測，具有失效保護(hù)和自診斷功能，一旦發(fā)現(xiàn)影響ABS正常工作的故障時，將自動關(guān)掉ABS

34、，恢復(fù)常規(guī)制動，并將ABS警示燈點(diǎn)亮，向駕駛員發(fā)出警示信號，提醒駕駛員及時進(jìn)行修理。 2.2 ABS系統(tǒng)的工作原理 (1) 普通制動（ABS不工作狀態(tài)） 在制動力較小、車輪未出現(xiàn)滑移或車速較低時，ABS處于不工作狀態(tài)，即ABS得ECU無指令給液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈，閥體在回位彈簧力的作用下打開A孔、關(guān)閉B孔，來自主缸的制動液通過A孔、B孔進(jìn)入輪缸，產(chǎn)生制動效果；解除制動時，輪缸的制動液經(jīng)B孔、A孔及單向閥流回主缸。此時，電動泵的電動機(jī)也是處于不工作狀態(tài)。 (2) 緊急制動（ABS工作） 1）減壓狀態(tài) 當(dāng)車輪要抱死時，ABS的ECU發(fā)出控制指令，給液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈提供較大的電流，電

35、磁線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁吸力吸引閥體，閥體克服回位彈簧力將A孔關(guān)閉，切斷了主缸的進(jìn)液通路。同時打開C孔，輪缸內(nèi)的制動液從B孔經(jīng)C孔進(jìn)入儲液器。由于輪缸制動液經(jīng)上述回路返回主缸而使壓力下降，防止車輪抱死。至于液壓降低的程度，由ABS的ECU根據(jù)車輪速度傳感器的信號進(jìn)行控制。 1—主缸 2—ABS ECU 3—蓄電池 4—儲液器 5,8,9—單向閥 6—電動泵驅(qū)動電機(jī) 7—電動泵 10—A孔 11—回位彈簧 12—C孔 13—車速傳感器 14—輪缸 15—B孔 圖2.4汽車ABS工作原理示意圖 2）保持狀態(tài) 輪缸減壓后，如果車輪處于最佳滑移率的范圍之內(nèi)，ABS的E

36、CU會根據(jù)傳感器的信號發(fā)出相應(yīng)指令，使液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈通較小的電流，使閥體保持在中間位置，此時正好關(guān)閉A孔和C孔，使輪缸處于保持壓力狀態(tài)。 3）增壓狀態(tài) 當(dāng)車輪制動器制動力不足時，通過車輪速度傳感器檢測信號，ABS的ECU便停止向液壓調(diào)節(jié)器的電磁線圈供電，閥體在彈簧力作用下回位打開A孔，關(guān)閉C孔，主管路中的高壓制動液便可通過A孔、B孔到達(dá)輪缸，使其輪缸液壓升高，從而加大制動力。 2.2.1車輪的滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 車輛的制動過程可以描述為以下幾個部分：首先由駕駛員踩踏制動踏板啟動制動缸：制動缸提供制動力矩并施加到車輪上；車輪因制動力而減速；輪胎與地面相互作用而產(chǎn)生的地面附著力使

37、車輛減速。這一過程中，制動力矩與地面附著力構(gòu)成動力學(xué)系統(tǒng)。我們定義車輪與地面間滑移率為： （2.1） 式中： S—滑移率； v—車輛速度； —車輪角速度； R—車輪半徑。 我們稱輪胎與地面間的摩擦系數(shù)為附著系數(shù)，為車輪滑移率的函數(shù)．考慮到車輛的轉(zhuǎn)向制動，可以將車輪受力分為橫向力和縱向力，相應(yīng)的附著系數(shù)也可分解為橫向附著系數(shù)和縱向附著系數(shù)，如圖2.3所示。可以分析橫向摩擦系數(shù)和縱向摩擦系數(shù)與車輪滑移率之間的關(guān)系，得到輪胎特性曲線。 輪速方向 車速方向

38、 輪上橫向力方向 圖2.5 車輪橫向、縱向力 很顯然，當(dāng)滑移率為零時，由定義知， 圖2.5車輪橫向、縱向力車輪處于滾動狀態(tài)，車速等于輪速，制動力為零。隨著制動力不斷增大，滑移率達(dá)到100％時車輪抱死。對大多數(shù)情況而言，車輪滑移率在某個特定值下有最大的附著系數(shù)。某些特殊路面如沙石路面及未壓實(shí)的新雪路面，在車輪抱死時其前方堆積物的增加造成阻力，使附著系數(shù)增大。制動的目的之一是得到最短的制動距離，

39、很顯然使車輛滑移率維持在峰值附著系數(shù)處就可以得到最大的地面附著力，也就有最短的制動距離。同時在峰值附著系數(shù)處的橫向力也較大，對維持車輛的制動穩(wěn)定性十分有利。在實(shí)際制動過程中駕駛員是很難做到這一點(diǎn)的，并且應(yīng)急制動情況下駕駛員更無精力去顧及這種最佳的操縱，而ABS系統(tǒng)恰恰是為了實(shí)現(xiàn)這一目的。峰值附著系數(shù)對應(yīng)的最佳滑移率隨輪胎特性路面的情況而變化，一般其值的變化范圍在5％—30％之間。 在制動過程中，輪胎經(jīng)常會受到側(cè)向力而發(fā)生側(cè)偏和側(cè)滑現(xiàn)象，如制動時要避免障礙物、轉(zhuǎn)彎制動、在分離附著系數(shù)路面制動等。從制動穩(wěn)定性的角度來說，在轉(zhuǎn)彎制動的情況下，前輪先抱死時，車輛受到的橫向力減小，車輪失去轉(zhuǎn)向能力，車

40、輛將沿軌跡的切線方向甩出，使車輛失控。當(dāng)后輪先抱死時，車輛將產(chǎn)生較大的橫擺力矩，加劇過轉(zhuǎn)向特性，最后也將導(dǎo)致車輛的失穩(wěn)。 2.2.2制動過程中的加減速度 對正在旋轉(zhuǎn)的車輪施加制動，隨著制動壓力的升高，在車輪旋轉(zhuǎn)的相反方向上將產(chǎn)生制動力矩，輪速減小并產(chǎn)生滑移。制動完全解除時，制動力矩消失，車輪從滑移狀態(tài)恢復(fù)到滾動狀態(tài)。即車輪速度逐步增加到汽車速度，在這個過程中車輪的加減角速度處于不斷變化的過程中。一般講，制動強(qiáng)度越大，車輪減速度越大；在滑動狀態(tài)下，解除制動越快車輪加速度越大。 2.2.3制動過程中的載荷轉(zhuǎn)移 汽車重量是靠各個車輪來支撐的。在輪胎和路面的接觸面上有一個垂直方向的作用力，這個

41、力叫做輪胎載荷。輪胎載荷隨著車輛制動力和轉(zhuǎn)彎時的離心力而變化。 直線制動時，汽車制動時根據(jù)總制動力的大小做減速運(yùn)動。制動時所產(chǎn)生的地面制動力等于車輪載荷與附著系數(shù)之積。制動時所產(chǎn)生的慣性力與總制動力大小相等、方向相反、指向行駛方向，并作用在汽車質(zhì)心上。這兩個力將使汽車產(chǎn)生一個前傾力偶距，使前輪載荷增加，后輪載荷減少．假定附著系數(shù)為，車重G、軸距L、質(zhì)心高度，則： (2.2) 可知，質(zhì)心越高、軸距越短，載荷轉(zhuǎn)移的幅度越大。 汽車轉(zhuǎn)彎制動時，汽車的離心力為，作用在汽車的質(zhì)心上。側(cè)傾力偶矩產(chǎn)生后，使外側(cè)輪胎載荷增加，內(nèi)側(cè)輪胎減少．假定輪距為C，離心力所產(chǎn)生的力偶距對每個車輪平均分配， 則

42、： (2.3) 上述這種車輪載荷的變化叫做動載荷轉(zhuǎn)移，由于載荷的轉(zhuǎn)移，汽車轉(zhuǎn)彎使前外車輪的制動力最大，后內(nèi)車輪的制動力最小。 2.3 ABS系統(tǒng)的控制方法 汽車ABS系統(tǒng)的工作環(huán)境十分惡劣，要求系統(tǒng)本身抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。車輪在緊急制動中的抱死過程很快，約為0.2-0.5s，要求ABS系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控能力強(qiáng)，控制過程迅速，大部分系統(tǒng)的循環(huán)都要求毫秒量級。以上特點(diǎn)對研究可行的ABS控制算法有很大的限制，復(fù)雜的算法很難實(shí)現(xiàn)。如果采用高級的硬件設(shè)備，則系統(tǒng)硬件成本太高，無法滿足要求。傳統(tǒng)的ABS控制方法是基于經(jīng)驗(yàn)式的邏輯門限方法，每裝配一種新的車型都需要通過大量的道路試驗(yàn)來確定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

43、產(chǎn)品的發(fā)展往往經(jīng)歷了漫長的歷史。由于這些因素，汽車電子學(xué)的實(shí)用化進(jìn)展并不是像人們預(yù)料的那樣快速。 隨著硬件設(shè)備性能飛速提高，在ABS算法領(lǐng)域也出現(xiàn)了基于現(xiàn)代控制理論的方法，較為典型的有滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。它是一種非線性控制策略，是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模面的程度來變更控制器結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)按照滑模面規(guī)定規(guī)律運(yùn)行的一種控制方法。在ABS過程中，車輪滑移率的變化也是一個非線性過程，為了達(dá)到控制滑移率的目的，可以用滑模變結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行控制，具體控制方法可參閱文獻(xiàn)。 另一類方法是智能控制的方法，比較典型的方法是模糊控制方法。模糊控制是基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則又可以結(jié)合數(shù)學(xué)過程的新型控制方法，它與系統(tǒng)的模型無關(guān)，不需要建

44、立控制過程精確的數(shù)學(xué)模型，而是完全憑人的經(jīng)驗(yàn)，將語言變量代替數(shù)字變量進(jìn)行自動控制。ABS系統(tǒng)利用模糊邏輯可通過制動時車輛運(yùn)動特征與路面特性間的關(guān)系估計(jì)路面特征，根據(jù)滑移率和滑移率誤差的變化，確定防抱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)器的壓力調(diào)節(jié)值。這種方法具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性，但調(diào)試設(shè)定參數(shù)比較困難，對設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)依賴性很大。具體方法可參閱文獻(xiàn)。雖然近年在ABS控制算法領(lǐng)域提出了許多新的方法，但這些方法在應(yīng)用中并不順利，這主要是由于車輛本身參數(shù)及行駛工況的復(fù)雜特性。其中的較為有代表性的一種是： 公式 四輪速 車速 比較計(jì)算四輪滑移率 進(jìn)入工作狀態(tài)（減壓保壓

45、增壓三個工作狀態(tài)） 是否超過設(shè)值15%-20% 控制繼電器電磁閥 Y 正常制動壓力上升 通過dSPACE軟件模擬PWM波來實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電路的控制從而完成對abs泵的控制 1) 在制動的初始階段，制動壓力上升，車輪產(chǎn)生制動減速度．當(dāng)車輪達(dá)到某一減速度值，說明車輪已有抱死傾向，加速度車輪狀態(tài)已處于不穩(wěn)定的區(qū)域，此時則命令減小制動壓力。 2) 車輪由于慣性仍有一段制動減速度下降，隨后制動減速度開始上升，最終產(chǎn)生車輪角加速度。這表明車輪

46、已恢復(fù)到穩(wěn)定的車輪特性區(qū)域，我們希望車輛盡可能多的時間內(nèi)停留在這一區(qū)域內(nèi)。所以保持制動壓力。 車輪由于慣性的原因加速度會繼續(xù)上升一段時間，然后呈下降趨勢。這時如果維持保壓，車輪減速度比較小，達(dá)不到峰值附著系數(shù)，所以當(dāng)加速度下降到某一門限時，制動壓力要重新開始增加。為使制動狀態(tài)能較長時間地停留在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，則采用交替式的增壓減壓，一獲得不同的壓力增加速率，得到最優(yōu)的制動效果。門限值控制法大多選擇加、減速度門限作為主要門限，以滑移率作為輔助門限。 2.4 本章小結(jié) 本章分析了ABS系統(tǒng)的基本構(gòu)成，結(jié)合汽車傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析了ABS各部分的作用。說明了ABS中央控制器在ABS系統(tǒng)中起到的核心

47、作用。一般的ABS系統(tǒng)主要由中央控制器、壓力調(diào)節(jié)器(電磁閥)、輪速傳感器、警示燈以及一些控制繼電器組成。輪速傳感器可以將車輪速度轉(zhuǎn)化為頻率信號，經(jīng)過信號處理電路后可以轉(zhuǎn)化為方波信號，通過測量兩個方波之間的時間間隔，可以得到輪速度。壓力調(diào)節(jié)器是主要的執(zhí)行部件，通過控制各電磁閥的通斷狀態(tài)達(dá)到調(diào)節(jié)制動壓力的目的。中央控制器是整個系統(tǒng)的核心，將信號輸入，經(jīng)過邏輯判斷后，控制電磁閥產(chǎn)生相應(yīng)的動作輸出。 第3章 ABS控制器硬件的設(shè)計(jì) 3.1 硬件設(shè)計(jì)流程 目前常見的ABS控制器總體結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1所示：其

48、以單片機(jī)控制為主。 圖3.1 ABS控制器的硬件組成結(jié)構(gòu)圖 我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以dSPACE作為控制中樞控制ABS執(zhí)行器。 制動踏板 dSPACE ABS泵電磁閥 開關(guān)電路（電磁閥電路） 圖3.2硬件設(shè)計(jì)流程圖 3.2 ABS制動泵 本設(shè)計(jì)選擇的是捷達(dá)ABS制動系統(tǒng)中的制動泵。液壓控制單元裝在制動主缸與制動輪缸之間。主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換執(zhí)行ABS ECU的指令，自動調(diào)節(jié)制動器中的液壓壓力。 低壓儲液罐與電動液壓泵合為一體裝于液壓控制單元上。低壓儲油罐的作用是用于暫時存儲從輪缸中流

49、出的制動液，以緩和制動液從制動輪缸中流出時產(chǎn)生的脈動。電動液壓泵的作用是將在制動壓力階段流入低壓儲液罐中的制動液及時送至制動主缸，同時在施加壓力階段，從低壓儲液罐中吸取剩余制動力，泵入制動循環(huán)系統(tǒng)，給液壓系統(tǒng)以壓力支持,增加制動效能。電動液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)是由電子控制單元控制的。 圖3.3 ABS制動泵 液壓控制單元閥體內(nèi)包括8個

50、電磁閥，每個回路各一對，其中一個是常開進(jìn)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(shí)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： (1) 開始制動階段（系統(tǒng)油壓建立） 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(jìn)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(guān)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。 (2) 油壓保持 當(dāng)駕駛員繼續(xù)踩制動踏板，油壓繼續(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(jìn)油閥通電并關(guān)閉閥門，出油閥依然不帶電壓仍保持關(guān)閉，系統(tǒng)油壓保

51、持不變。 (3) 油壓降低 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(jìn)油閥繼續(xù)通電保持關(guān)閉狀態(tài)，有抱死趨勢的車輪被釋放，車輪轉(zhuǎn)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。 (4) 油壓增加 為了使制動最優(yōu)化，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速增加到一定值后，電子控制單元給出油閥斷電，關(guān)閉此閥門，進(jìn)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(zhuǎn)速又降低。這樣反復(fù)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）。 3.3

52、 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路如圖3.4所示，利用dSPACE產(chǎn)生PWM波，控制繼電器開關(guān)，進(jìn)而完成對ABS電磁閥的開關(guān)頻率控制。通過控制占空比來達(dá)到10赫茲左右的電磁閥開關(guān)頻率。 5v 510 TLP127 IN4007 +5V 4.7k CD4069 50P 20P IRF540N IN4007 電磁閥線圈 +12v 圖3.4 驅(qū)動電路圖 3.4 本章小結(jié) 本章根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了硬件系統(tǒng)的選擇，同時對選擇的硬件從經(jīng)濟(jì)、硬件來源等方面分析其結(jié)構(gòu)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

53、樣的選擇給了自己足夠信息來源，也不至于讓選擇太盲目。 第四章 ABS控制器軟件的設(shè)計(jì) 4.1 dSPSCE簡介 dSPACE實(shí)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(shí)時環(huán)境下的開發(fā)及測試工作平臺,實(shí)現(xiàn)了和MATLAB/Simulink 的無縫連接。dSPACE實(shí)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(diǎn)是具有高速計(jì)算能力，包括處理器和I/O 接口等；軟件環(huán)境可以方便地實(shí)現(xiàn)代碼生成/下載和試驗(yàn)調(diào)試等工作。dSPACE 具有強(qiáng)大的功，可以很好地完成控制算法的設(shè)計(jì)、測試和實(shí)現(xiàn)，并為這一套并行工程提供

54、了一個良好的環(huán)境。 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(shè)計(jì)到數(shù)學(xué)分析和仿真，從實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的監(jiān)控和調(diào)節(jié)都可以集成到一套平臺中來完成。 dSPACE 的軟件環(huán)境主要由兩大部分組成,一部分是實(shí)時代碼的生成和下載軟件RTI(Real-Time Interface),它是連接dSPACE 實(shí)時系統(tǒng)與MATLAB/Simulink紐帶,通過對RTW(Real-Time Workshop)進(jìn)行擴(kuò)展,可以實(shí)現(xiàn)從Simulink模型到dSPACE 實(shí)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(shí)驗(yàn)與測試環(huán)境（軟件)CtrolDes

55、k、自動試驗(yàn)及參數(shù)調(diào)整軟件MLIB/MTRACE 、PC與實(shí)時處理器通信軟件CLIB 以及實(shí)時動畫軟件RealMotion 等。 dSPACE 實(shí)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(diǎn)： dSPACE 組合性很強(qiáng)。dSPACE 在設(shè)計(jì)時就考慮了大多數(shù)用戶的需求，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)進(jìn)行多種組合。對不同用戶而言，可以在運(yùn)算速度不同的多種處理器（如：TI公司的TMS 系列、DEC 公司的Alpha 系列、Motorala 公司的PowerPC 系列）之間進(jìn)行選擇，最快的處理器浮點(diǎn)運(yùn)算速度高達(dá)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

56、組成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。 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(shí)時分析、設(shè)計(jì)過渡到實(shí)時的分析和設(shè)計(jì)上來，大大節(jié)省了時間和費(fèi)用。 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?qū)崟r仿真測試，而不是一物一用。 dSPACE 是基于PC 機(jī)的Windows 操作系統(tǒng)，dSPACE 實(shí)時系統(tǒng)與主機(jī)的硬件接口使用標(biāo)準(zhǔn)ISA 總線，從而避免用戶再投資別的設(shè)備。 實(shí)時性好。一旦代碼下載到實(shí)時系統(tǒng)，代碼本身將是獨(dú)立運(yùn)行的，試驗(yàn)工具軟件只是通過內(nèi)存映射來訪問試驗(yàn)過程中的各種參數(shù)及

57、結(jié)果變量，不會產(chǎn)生對試驗(yàn)過程的中斷。 可靠性高。dSPACE 實(shí)時系統(tǒng)硬件、代碼生成及下載軟件、試驗(yàn)工具軟件都經(jīng)過dSPACE工程師的精心設(shè)計(jì)、制造和調(diào)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。 靈活性強(qiáng)。dSPACE 實(shí)時仿真系統(tǒng)允許用戶在單板系統(tǒng)和組件系統(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(jìn)行選擇，使dSPACE 系統(tǒng)具有很大的靈活性，從而可以適應(yīng)用戶各方面的應(yīng)用需求。 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(shù)人員及專家學(xué)者的注意。目前，dSPACE 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、發(fā)動機(jī)、電力機(jī)車

58、、機(jī)器人、驅(qū)動及工業(yè)控制等領(lǐng)域。越來越多的工廠、學(xué)校及研究部門開始用dSPACE 來解決實(shí)際工作及研究中遇到的問題。由于他們的努力，dSPACE 的應(yīng)用領(lǐng)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(shí)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(jìn)行動力控制原型的開發(fā)；而德國的鐵路運(yùn)輸巨頭Adtranz 則用dSPACE 實(shí)現(xiàn)了電力機(jī)車的仿真；美國的Boein

59、g, Calspan 公司用dSPACE 進(jìn)行飛行器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真；還有一些研究部門如荷蘭的Delft 工業(yè)大學(xué)、日本的Waseda 大學(xué)等用dSPACE 進(jìn)行機(jī)器人控制算法的研究；而且，由于dSPACE 的高度可靠性，許多工業(yè)用戶用dSPACE 實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程控制，如Achenbach Buschütten 公司就依賴dSPACE 的高可靠性來控制型材的平面度；丹麥的Grundfos 還用dSPACE 來驗(yàn)證專用集成電路的設(shè)計(jì)可行性。dSPACE 已成為眾多用戶解決實(shí)際問題的一條可以信賴的途徑，而且，正是由于 dSPACE 的存在，使得控制系統(tǒng)的開發(fā)、產(chǎn)品型控制器的仿真測試變得

60、更加方便易行，大大加快了新產(chǎn)品的研制速度，也使技術(shù)研究人員對控制算法及仿真測試方案的研究進(jìn)入更高的境界。 4.2 dSPACE軟件環(huán)境介紹 4.2.1 代碼生成及下載軟件 (Implementation Software) 1.代碼的生成過程 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(shí)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(shí)現(xiàn)手工代碼的下載。 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(zhuǎn)到實(shí)時仿真的最快捷的方式就是用Simulink。dSPCA

61、CE 的實(shí)時接口庫RTI（Real-Time Interface）允許通過圖標(biāo)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)，代碼的生成及下載過程被簡化成鼠標(biāo)的輕輕一擊。 2.MATLAB/Simulink-現(xiàn)代控制設(shè)計(jì)平臺 MATLAB集計(jì)算、可視化及編程于一身。在MATLAB 中，無論是問題的提出還是結(jié)果的表達(dá)都采用用戶習(xí)慣的數(shù)學(xué)描述方法，而不需要用傳統(tǒng)的編程語言進(jìn)行前后處理。這一特點(diǎn)使MATLAB 成為數(shù)學(xué)分析、算法開發(fā)及應(yīng)用程序開發(fā)的良好環(huán)境。M

62、ATLAB 是MathWorks 產(chǎn)品家族中所有產(chǎn)品的基礎(chǔ)。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(dāng)。 MATLAB 工具箱 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(yù)測控制工具箱；μ-分析及綜合工具箱；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱；優(yōu)化工具箱等。 Simulink 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(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模

63、型的圖形交互界面。 通過Simulink 提供的豐富的功能塊，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。 Stateflow Stateflow?提供了圖形工具幫助用戶設(shè)計(jì)和分析事件驅(qū)動系統(tǒng)。Stateflow 基于有限狀態(tài)機(jī)理論，能夠快速建立和仿真復(fù)雜事件驅(qū)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(qū)動行為。通過Simulink 和Stateflow用戶可以在統(tǒng)一的環(huán)境下設(shè)計(jì)、建立和仿真整個控制系統(tǒng)的行為。 RTW（Real-Time Workshop） Real-Time Workshop?可從Simulink 方框圖中自動生成C 代碼

64、。RTW 與dSPACE 的RTI （Real-Time Interface）聯(lián)合可完成從方框圖到dSPACE 實(shí)時硬件的無縫轉(zhuǎn)換。 Stateflow Coder Stateflow Coder? 是一個單獨(dú)提供的與 Stateflow 結(jié)合使用的工具，能夠生成獨(dú)立的控制邏輯代碼。 3.RTI(Real-Time Interface)-從方框圖自動生成代碼并下載 RTI 是連接dSPACE 實(shí)時系統(tǒng)與軟件開發(fā)工具M(jìn)ATLAB/Simulink 之紐帶。RTI 對Simulink庫進(jìn)行了擴(kuò)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(shè)置。同時通過對RTW

65、 進(jìn)行擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)從Simulink 模型到dSPACE 實(shí)時硬件代碼的無縫自動下載。這可使用戶完全致力于實(shí)際設(shè)計(jì)過程并能迅速完成設(shè)計(jì)的更改，費(fèi)力的手工編程已成為過去。 首先，可以用圖形方式從 dSPACE 的RTI 庫中選定相應(yīng)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(biāo)點(diǎn)一下，RTI 就會自動編譯、下載并啟動實(shí)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(yàn)工具軟件如ControlDesk 進(jìn)行變量的訪問。 通過 RTI 來實(shí)現(xiàn)控制原型或?qū)ο蠓抡鎸?shí)時代碼的生成一般有下列幾個步驟：

66、① 用 Simulink 建立模型并進(jìn)行離線仿真 圖4.1 ② 加入 dSPACE I/O，將離線模型轉(zhuǎn)為實(shí)時模型 圖4.2 ③ 用 RTW“Build”命令生成實(shí)時代碼并下載到實(shí)時硬件中 圖4.3 ④ 用 dSPACE 試驗(yàn)工具進(jìn)行試驗(yàn)過程中的交互操作 圖4.4 除標(biāo)準(zhǔn) I/O 功能外，RTI 還支持用戶在SIMULINK 框圖中完成： 􀁺 指定部分模型為定時執(zhí)行 􀁺 指定部分模型為軟件中斷 􀁺 指定部分模型為硬件中斷 􀁺 指定中斷及定時任務(wù)的優(yōu)先級 􀁺 支持單采樣頻率和多采樣頻率 􀁺 支持單任務(wù)模式和多任務(wù)模式 另外，RTI 還充分考慮了實(shí)際工程應(yīng)用中可能遇到的各種問題，如： 􀁺 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 􀁺 支持多處理器，允許在SIMULINK 中完成多處理器模型的分割 􀁺 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 􀁺 允許處理器之間進(jìn)行中斷 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)。 當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，單處理器系統(tǒng)難以完成時，需要多個