【全套帶圖】汽車防抱死制動系統(tǒng)試驗儀的軟件設(shè)計

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購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 汽車防抱死制動 系統(tǒng)試驗儀的軟件設(shè)計 系部名稱 ： 汽車工程系 專業(yè)班級 ： 車輛工程 學(xué)生姓名 ： 楊 旭 指導(dǎo)教師 ： 付百學(xué) 職 稱 ： 教 授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 s on u 009龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 汽車防抱死制動系統(tǒng)是提高車輛制動性 能和行車安全的重要裝置，主要功能是在汽車制動時防止車輪因抱死而使車輛失去方向，從而提高車輛行駛的安全性。 隨著我國汽車保有量的不斷增加，車輛行駛的安全性也越來越受人們的觀注，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)及合理使用高性能的汽車防抱死制動系統(tǒng)已經(jīng)成為一項重要的課題。 本文通過介紹與分析 結(jié)構(gòu) 與工作原理、試驗儀的功能要求，確定了試驗儀的總體方案，為構(gòu)建出 試驗儀進(jìn)行了軟件模塊的設(shè)計，給出了系統(tǒng)的抗干擾措施，完成了軟件系統(tǒng)的調(diào)試工作 ， 并給與仿真。 關(guān)鍵詞： 防抱死制動系統(tǒng)；軟件 ； 設(shè)計 ；調(diào)試；仿真 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 is to of is to to of to of so as to of in of s of of of of a In of BS of to in to a a of to 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 ...................................................................................................................... I ............................................................................................................. 1 章 緒論 ·························································································· 1 車防抱死制動系統(tǒng)試驗儀的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ····································· 1 究的目的及意義 ·········································································· 2 文研究的主要內(nèi)容 ······································································· 2 第 2 章 總體方案設(shè)計 ...................................................................................... 4 計思想 ······················································································ 4 計步驟 ·············································································· 4 現(xiàn)功能和創(chuàng)新點 ·································································· 4 定 型 ··············································································· 4 分類 ··········································································· 4 擇 型 ······································································· 5 車防抱死制動系統(tǒng)的組成和工作原理 ··············································· 6 車防抱死制動系統(tǒng)組成 ························································· 6 車防抱死系統(tǒng)工作原理 ························································· 7 體方案確定 ················································································ 9 驗儀組成及工作原理 ······················································ 9 真實驗板總體布置 ······························································· 9 章小結(jié) ····················································································· 10 第 3 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 ······································································· 11 件設(shè)計的編程語言 ······································································· 11 發(fā)環(huán)境的選擇 ···································································· 11 程語言的選擇 ···································································· 11 程語言的介紹 ···································································· 12 程環(huán)境 ······················································································ 12 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 件系統(tǒng)的主程序 ·········································································· 14 制系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計 ····························································· 17 統(tǒng)初始化模塊 ··································································· 17 統(tǒng)啟動自檢模塊 ································································ 17 控制模塊 ·································································· 18 據(jù)采集中斷服 務(wù)程序 ·························································· 18 障診斷模塊 ······································································ 18 考車速計算模塊 ································································ 18 件系統(tǒng)抗干擾技術(shù) ······································································ 19 檢程序 ············································································· 19 余技術(shù) ············································································· 19 件陷阱技術(shù) ······································································· 19 件 “ 看門狗 ” 技術(shù) ····························································· 20 章小結(jié) ····················································································· 21 第 4 章 硬件選擇與 系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用 ························································· 22 制系統(tǒng)組成及原理 ······································································ 22 路硬件設(shè)計 ········································································ 23 片機(jī)的選擇 ······································································· 23 極管的功能原理及接口電路 ················································· 27 制開關(guān)的設(shè)計及其接口電路 ················································· 28 源的選擇及其電路 ······························································ 29 動芯片的選擇 ···································································· 31 件程序運(yùn)行和調(diào)試 ······································································· 32 試過程 ············································································· 32 試中出現(xiàn)的問題 ································································· 32 件的仿真演示 ············································································· 33 真面板 ············································································· 33 壓演示 ············································································· 33 壓演示 ············································································· 34 壓演示 ············································································· 34 路演示 ············································································· 35 電聯(lián)合演示 ······································································· 36 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 章小結(jié) ····················································································· 37 結(jié)論 .................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 39 致謝 .................................................................................................................... 41 附錄 .................................................................................................................... 42 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 車防抱死制動系統(tǒng)試驗儀的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從 發(fā)展取得 了很大的突破。 目前國內(nèi)、外使用的汽車制動防抱死仿真實驗裝置數(shù)量 不多 ，而且功能 并不全面 。 現(xiàn)今 使用的汽車制動防抱死 系統(tǒng)試驗軟件可以分為兩類： 一類是以 國外 進(jìn)口設(shè)備為代表的汽車制動防抱死仿真實驗裝置。它主要是利用一個電子控制系統(tǒng)控制電動機(jī)的通斷電來模擬汽車制動時 顯示系統(tǒng)也僅僅是顯示制動過程中輪速的變化，不能較真實的反映汽車的制動防抱死過程 [1]。而且該裝置無真實的制動防抱死系統(tǒng)，無法展示 具有真實感 ， 更無故障仿真處理功能 。 第二類是我國部分院校自行研 制的汽車制動防抱死仿真試驗裝置，其主要特點如下 ： 1、 以電機(jī)為動力源 ， 靠皮帶驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn) 該種結(jié)構(gòu)在進(jìn)行制動仿真實驗時，皮帶與車輪間存在強(qiáng)烈的打滑現(xiàn)象，皮帶磨損較快，而且會產(chǎn)生噪聲。同時，該結(jié)構(gòu)不便于調(diào)速甚至不能調(diào)速，無法展現(xiàn)不同車速下 無法反映汽車在不同附著系數(shù)路面上制動效果的差異。 2、 以轉(zhuǎn)速表顯示制動時車輪轉(zhuǎn)動速度的變化 其顯示功能較差，效果不很明顯。要真正反映 動仿真實驗裝置還必須能夠如實地展現(xiàn) 以曲線的形式顯示制動時 滑移率 等參數(shù)的變 化。 3、 故障診斷的仿真功能尚不完善 ， 不能便捷地進(jìn)行故障的仿真設(shè)置與清除 故障仿真設(shè)置與清除是該仿真系統(tǒng)的一個重要組成部分，不能進(jìn)行故障仿真將嚴(yán)重影響該裝置的實用性。 4、 主要采用口頭教學(xué)方式 如果利用二維或三維動畫形象直觀地展示 有助于我國廣大汽車使用者及汽車維修人員對 大地提高教學(xué)效率，有助于汽車的合理使用與合理維修。 由此可見，目前所使用的汽車制動防抱死仿真實驗裝置還相當(dāng)不完善，對汽車制動防抱死裝置進(jìn)行仿真研究，研制適應(yīng)我國國情的、 功能更加完備的汽車制動防抱死黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 仿真實驗裝置是非常必要的 [2]。 究的目的及意義 抱死制動系統(tǒng)，它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng)，現(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)， 有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動效果最佳的制動裝置 [3]。 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，我國汽車保有量不斷增加 (截止到 2008年末我國民用汽車保有量 約 為 6467萬輛， 比上年末增長 其中私人汽車保有量 4173萬輛，，汽車數(shù)量迅猛增加的同時，車速也變得越來越快，汽車工業(yè)的高速發(fā)展，給人們的工作和生活帶來了極大的方便。 制動時車輪的滑移率控制在 15%~20%的范圍內(nèi)，從而使車輪與地面之間始終保持在峰值附著系數(shù)附近進(jìn)行制動，以縮短制動距離。與此同時， 汽車的方向穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向操縱性得到明顯提高 [3]。 隨著 統(tǒng) 的逐漸普及，合理地使用和維修汽車制動防抱死裝置已成為廣大汽車用戶及汽車維修人員必須面對的問題。 統(tǒng)的技術(shù)含量較高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，學(xué)習(xí)難度較大。如果設(shè)計用單片機(jī)控制的汽車 驗儀裝置，通過現(xiàn)在新型單片機(jī)的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與控制功能，實時顯示制動時制動壓力的變化及車輪轉(zhuǎn)動減速度、滑移率和車速等參數(shù)的變化，同時進(jìn)行 真裝置故障的設(shè)置與排除，將極大地提高汽車 置的學(xué)習(xí)效率。 利用該試驗儀可以形象直觀地展現(xiàn)汽車 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及油電路的工作過程，將有助于我國廣大汽車使用者及汽車維修人員對 識的掌握，有助于汽車的合理使用與合理維修。 用單片機(jī)控制的汽車防抱死試驗儀是對現(xiàn)行車輛的防抱死制動系統(tǒng)的模擬系統(tǒng)。研究與開發(fā) 驗儀，能夠顯性地展現(xiàn)車載 工作狀況，將其工作原理與控制方法再現(xiàn)，對于準(zhǔn)確了解和掌握 工作原理、使人們正確使用 統(tǒng)提高車輛安全性方面具有重要意義。 文研究的主要內(nèi)容 在 對 課題進(jìn)行了認(rèn)真全面地分析 ， 對 中等轎車 據(jù)我國汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，確定以應(yīng)用較為普遍的四通道 、 四傳感器 3 統(tǒng)作為研究對象，根據(jù)四通道 、 四傳感器 對國內(nèi)、外現(xiàn)有汽車制動防抱死仿真實驗裝置進(jìn)行充分分析論證的基礎(chǔ)上，確定 設(shè)計 的具體研究內(nèi)容如下 ： 1、 總體方案的確定 介紹 統(tǒng)的組成和基本原理，根據(jù)汽車防抱死制動系統(tǒng)的功能及 驗儀的組成，輪速傳感器、主控單片機(jī)及通訊設(shè)備的硬件系統(tǒng)，確定出總體方案。 2、 軟件模塊的設(shè)計 軟件部分配合硬件電路，共同完成 驗儀的智能模擬，采用 C 語言模塊化編程，實現(xiàn)單片機(jī)的控制，主要包括初始化模塊、啟動自檢模塊、主控制輪速可調(diào)模塊、數(shù)據(jù)采集中斷模塊、故障診斷模塊、參考車速計算模塊。數(shù)據(jù)采用 行通訊在上位機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像的顯示。 3、 軟件的抗干擾 軟件的 抗干擾 技術(shù)包括 自檢程序 、 冗余技術(shù) 、 陷阱技術(shù) 、 軟件 “ 看門狗 ” 技術(shù) 。文中采用了“看門狗 [4]”技術(shù)對程序的可靠性加以完備，防止程序出現(xiàn)跑飛的現(xiàn)象。 4、 軟件系統(tǒng)的測試與調(diào)試 首先完成軟件的模塊化測試，而后通過與硬件系統(tǒng)的混合調(diào)試，完善軟件系統(tǒng)對驗儀系統(tǒng)的軟件支持。 5、 軟件的實物仿真 軟件的實物仿真采用單片機(jī)控制，由上位機(jī)以及發(fā)光二極管共同控制。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 總體方案設(shè)計 計思想 計 步驟 驗儀設(shè)計涉及到電子、材料，而且涉及到單片機(jī)的編程。為了完成 現(xiàn)更多的功能，將按照以下幾步去做： （ 1）確定整體思想及要實現(xiàn)的功能； （ 2）確定軟件的編寫方法及模塊的整合； （ 3） 油路和電路的設(shè)計 和 布置 要 合理 ； （ 4） 故障的設(shè)置及診斷要 準(zhǔn)確； （ 5） 滑移率控制系統(tǒng)設(shè)計 ； （ 6） 擇要準(zhǔn)確，設(shè)計要合理。 現(xiàn)功能和創(chuàng)新點 1、 實現(xiàn)功能 （ 1）能進(jìn)行 件識別； （ 2）能進(jìn)行 作原理實驗； （ 3） 能進(jìn)行故障設(shè)置 ； （ 4） 能進(jìn)行 障診斷實驗； （ 5）能 同步顯示滑移率和車輪轉(zhuǎn)速。 2、 創(chuàng)新點 （ 1）控制面板的合理布置，能反應(yīng)油路、電路二者關(guān)聯(lián)工作狀態(tài)； （ 2）數(shù)字模塊顯示器適時顯示 工作狀況及滑移率 ； （ 3） 顯示 車輪轉(zhuǎn)速 的工作狀態(tài)； （ 4）故障模擬與實時檢測。 定 型 分類 根據(jù) 動管路布置方式的不同進(jìn)行分類，可分成單通道、雙通道、三通道或四通道的兩輪系統(tǒng)和四輪系統(tǒng) [5]。 1、 兩輪系統(tǒng) 兩輪系統(tǒng)僅對后輪提供防抱死制動性能，對前輪不提供防抱死制動性能。兩輪系黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 統(tǒng)常見于輕型貨車。兩輪 統(tǒng)可以是單通道系統(tǒng)或雙 通道系統(tǒng)。 在單通道系統(tǒng)中，同時調(diào)節(jié)左、右兩側(cè)后車輪的制動器，控制滑移。單通道系統(tǒng)依靠放在中央的 速傳感器的輸入信號。該轉(zhuǎn)速傳感器通常位于差速器齒圈上、變速器上或分動箱上。 雙通道兩輪 統(tǒng)相互獨(dú)立地調(diào)節(jié)每個后輪的液壓力。在每個車輪上都裝有輪速傳感器，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器傳來的速度信號來控制壓力調(diào)節(jié)。 2、 對角分路式系統(tǒng) 這種系統(tǒng)用兩個轉(zhuǎn)速傳感器的讀數(shù)調(diào)整所有四個車輪的車輪轉(zhuǎn)速。一個傳感器輸入控制右前輪，另一個傳感器輸入控制左前輪。 對應(yīng)后輪的制動壓力同時由其位于對角線上的前輪控制著。例如，右后輪與左前輪接受同一傳輸指令，左后輪與右前輪接受同一指令。 這種系統(tǒng)比兩輪系統(tǒng)要好，因為它可提供制動時的轉(zhuǎn)向控制。 3、 前 /后輪分路式系統(tǒng) 這種系統(tǒng)具有三通道回路。對每個前輪有單獨(dú)的液壓回路，對后輪有一條液壓回路。 4、 全輪 （ 四輪 ） 系統(tǒng) 全輪系統(tǒng)是最有效的 統(tǒng)，它是四路系統(tǒng)，每個車輪都有轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)控。 全輪系統(tǒng)是最有效的 統(tǒng)，它是四路系統(tǒng)，每個車輪都有轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)控。動力來保持防抱死控制和轉(zhuǎn)向控制。 擇 型 根據(jù) 型和特點 本設(shè)計選用 研究對象。該系統(tǒng)采用 3 通道 4 傳感器控制方式，即兩前輪獨(dú)立控制，兩后輪按低選原則控制（在 2 個后輪中，以保證附著系數(shù) 較 小的車輪不發(fā)生抱死為原則來調(diào)節(jié)制動壓力）。 有以下優(yōu)點 [6]： （ 1） 體積小、質(zhì)量輕； （ 2） 安全系數(shù)高； （ 3） 對所有 部件都能持續(xù)監(jiān)測； （ 4） 操作容易，具有自我診斷功能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 車防抱死制動系統(tǒng)的組成和工作原理 車防抱死制動系統(tǒng)組成 一般來說，帶有 汽車 防抱死 制動系統(tǒng)由基本制動系統(tǒng)和制動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩部分組成，如圖 示。前者是制動主缸、制動輪缸和制動管路等構(gòu)成的普通制動系統(tǒng)，用來實現(xiàn)汽車的常規(guī)制動，而后者是由傳感器、 制器、執(zhí)行器等組成的壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，在制動過程中用來確保車輪始終不抱死，車輪滑動率處于合理范圍內(nèi) [7]。 A B S E C 統(tǒng) 組成 圖 1、 輪速傳感器 汽車的每一個車輪上都裝有 車 輪速 度 傳感器，它的作用是將轉(zhuǎn)速變換為電信號送給 電子控制單元 速傳感器的結(jié)構(gòu)為極軸與永磁體相連，且安裝于傳感器轉(zhuǎn)盤的上方，因此磁體的磁通延伸到傳感器轉(zhuǎn)盤 上 ，并與它構(gòu)成磁路。當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，齒頂與齒隙輪流交替，此時磁通迅速變化，磁力線切割傳感線圈，于是在線圈中產(chǎn)生 了 感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓呈交流正弦波變化，其變化頻率與傳感器轉(zhuǎn)盤的齒數(shù)和車輪的輪速成正比。若傳感器轉(zhuǎn)子齒數(shù)為一固定 的 值，則交流正弦波的變化頻率只與車輪的轉(zhuǎn)速成正比。因此可以通過交流正弦波的變化頻率來確定車輪的轉(zhuǎn)速，并由線圈末端通過電纜傳輸送至 子控制單元 速傳感器是 統(tǒng)的關(guān)鍵部分，從傳 感器傳出信號的準(zhǔn)確性直接影響 性能 [8]。 2、 制器 電子控制單元 主要任務(wù)是接收各車輪傳感器送來的信號，進(jìn)行比較、分析和判別，然后通過精確計算得出制動時車輪的轉(zhuǎn)速和車速。在制動過程中，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 盡管車輪的轉(zhuǎn)速下降，但其減速度的大小還隨著汽車制動時的車速以及所行駛的路況(諸如干瀝青路、濕滑或覆蓋有冰的路面等等 )的變化而變化。換句話說，電子控制單元 過制動過程中車輪轉(zhuǎn)速的變化來判斷車輪與道路表面之間的滑移狀況，然后控制 行器使之產(chǎn)生最合適的制動液壓，傳遞給各車輪制動分泵，以此來控 制各車輪的轉(zhuǎn)速。 子控制單元 包括初始檢測功能、故障排除功能，速度傳感器檢測功能和失效保障功能 [9]。 3、 執(zhí)行器 行器又稱為制動壓力調(diào)節(jié)器，由電磁閥、儲液器和回液泵電動機(jī)組成，安裝在制動總泵 (主缸 )與車輪制動分泵 (輪缸 )之間，主要功用是根據(jù) 控制指令，自動調(diào)節(jié)制動分泵 (輪缸 )的制動壓力 [10]。 電磁閥是制動壓力調(diào)節(jié)器的主要部件，通過電磁閥動作便可控制制動壓力 “ 升高 ” 、“ 保持 ” 和 “ 降低 ” 。 車防抱死系統(tǒng)工作原理 防抱 死 制動系統(tǒng)的目的是防止汽車車 輪 在 制動 過程中抱死， 避免失去可操縱性 （前輪 抱死 )和失去穩(wěn)定性 (后輪抱死 )的現(xiàn)象，并使制動力保持在最大值范圍，達(dá)到最佳的制動效果。 通常，人們會認(rèn)為只有在車 輪 抱死情況下， 制動 距離才最短。實際上，剎車在車輪 即 將抱 死而又未抱死的臨界狀態(tài)下剎車距離才最短。應(yīng)用 質(zhì)上就是把傳統(tǒng)的制動過程轉(zhuǎn)變成瞬態(tài)控制過程，其基本原理在于附著系數(shù)和滑移率的關(guān)系上。當(dāng)制動摩擦力矩足夠大時， 制動 將 能 使 車輪 速度減小，這時 車輪 與路面發(fā)生相對移動。路面作用于輪胎的制動力等于輪胎與路面間的附著力。附著力大小等于路面對輪胎垂直反作用力與路面附著系數(shù)的乘積。 車輪 純滾動時 s=0， 車輪 抱死時 s=100%。從附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線圖 動 開始時，附著系數(shù)隨著滑移率急劇增大，直至滑移率為 15%~20%左右達(dá)峰值 ， 隨著滑移率繼續(xù)增大，附著系數(shù)反而減小，直到車輪抱死 。 對于四輪可以進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)的 圖 般緊急制動時滾動阻力只有緊急制動力的幾十分之一，因此不計滾動阻力的影響，只考慮輪缸壓力 Pi(t)產(chǎn)生的制動力矩 著力） 11]。 假設(shè)單車輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量為 角速度為 ?i，車輪半 徑為 R，整車質(zhì)量為 M，車速為 v，則 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 圖 著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線 · ??? （ ?? （ 通常車輪制動力矩 輪缸壓力 Pi(t)成正比，假設(shè)制動力矩系數(shù)為 ? ?（ ? ? ?????? ?? 1 （ 可見車輪地面制動力 輪缸壓力 Pi(t)和車輪角減速度決定。 調(diào)壓模式有增壓、保壓和減壓 3 種 [12]。對于整個 統(tǒng)，由于其調(diào)壓開關(guān)特性、 油管、輪缸和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能確定，在只有數(shù)十毫秒的調(diào)壓周期內(nèi)，可利用二階多項式的制動輪缸壓力函數(shù) Pi(t)，等效調(diào)壓過程中壓力產(chǎn)生的制動效果 ，則 ? ? ?? ·· 2 （ 為綜合制動壓力調(diào)節(jié)過程各因素的影響，可以利用試驗方法，得到每種調(diào)壓方式的輪缸壓力實際的時間歷程統(tǒng)計數(shù)據(jù)，然后按能量法進(jìn)行擬合，求出 每 階系數(shù)，得到不同調(diào)壓模式下的制動輪缸的等效壓力函數(shù) Pi(t)。 滑移率 映車輪與道路的接觸狀態(tài)，可以由滑移率的定義式求得。制動時車速為 V，輪速為 V?i 為車輪角速度 ?i 和半徑的乘積 ，則 ??（ ψ S 0 1 1 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 圖 動過程單輪受力模型 從 統(tǒng)裝備的車輪轉(zhuǎn)速傳感器，可以獲得各輪輪速 V?i， 由公 式（ （ （ 求整車制動減速度，并 由公式 （ 算出從制動初速 始的任何時刻車速 ，則 t??? 00 （ 由 公 式（ 可以確定各車輪制動過程的滑移率 體方案確定 驗儀組成及工作原理 驗儀主要由 輪輪速傳感器、顯示器、制動主缸、液壓泵、 油閥和進(jìn)油閥等組成。 當(dāng) 教板 工作時 ， 模擬控制面板上就同步顯示其工作過程 。 其 工作原理 如下：當(dāng)接通開關(guān)電路， 到工況信息， 隨機(jī)顯示出此過程的輪速，并將信號傳回 過 理調(diào)出此工況二極管閃爍的程序，使二極管按此程序閃爍。與此同時， 信號傳到電動機(jī)，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)，踏板、制動鉗、出油閥、進(jìn)油閥等機(jī)械部分的運(yùn)動 [13]。 真實驗板總體布置 根據(jù)設(shè)計要求選擇 3 通道 4 傳感器 布置方式，兩前輪獨(dú)立控制，兩后輪一同控制。總體布置如圖 示 。 i?10 123456 7 89101112圖 體布置圖 章小結(jié) 本章主要 闡述了汽車防抱死制動系統(tǒng)試驗儀設(shè)計思想和它實現(xiàn)的功能以及創(chuàng)新點，確定了 型， 介紹了 統(tǒng)的組成和工作原理， 試驗儀系統(tǒng) 的功能要求，確定了試驗儀系統(tǒng)的總體方案， 對輪速傳感器信號采集電路、輪速可調(diào)節(jié)器電路、 系統(tǒng)所用傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了說明介紹 ，同時設(shè)計出汽車防抱死制動系統(tǒng)電教板總體布置圖。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 第 3 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 件設(shè)計的編程語言 發(fā)環(huán)境的選擇 根據(jù) 驗儀控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)不同，開發(fā)環(huán)境可分為以下兩種： （ 1）裸機(jī)環(huán)境：在基于裸機(jī)的編程環(huán)境下，開發(fā)者面臨的是一個完全空白的單片機(jī)芯片及其相關(guān)的周邊硬件電路，系統(tǒng)運(yùn)行的所有程序都必須由開發(fā)者來設(shè)計。 （ 2）操作系統(tǒng)環(huán)境：在基于操作系統(tǒng)的編程環(huán)境下，開發(fā)者面臨的是一個具有“實時多任務(wù)操 作系統(tǒng)”內(nèi)核的單片機(jī)。在操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行程序設(shè)計時，只須完成系統(tǒng)各項任務(wù)的程序設(shè)計，而任務(wù)的管理和調(diào)度等基本操作由操作系統(tǒng)內(nèi)核來完成。 從以上可以看出，基于操作系統(tǒng)的編程環(huán)境可以高效率的進(jìn)行軟件開發(fā)，但這需要付出一定的代價：操作系統(tǒng)內(nèi)核一般要花錢購買，并占有用系統(tǒng)資源。采用操作系統(tǒng)內(nèi)核的最佳場合是實時性要求高、任務(wù)比較多的系統(tǒng) [14]。 在低、中檔電子產(chǎn)品中，系統(tǒng)資源較為緊張，成本要求苛刻，通常不采用操作系統(tǒng)內(nèi)核。很多采用廉價單片機(jī)開發(fā)的小型電子產(chǎn)品功能單純，程序量不大，完全沒有采用操作系統(tǒng)的必要。在一般 的智能儀器中，系統(tǒng)任務(wù)數(shù)目不多，通常不采用操作系統(tǒng)也能很好地完成任務(wù)。 結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用裸機(jī)環(huán)境來開發(fā)軟件系統(tǒng)。 程語言的選擇 目前單片機(jī)軟件的開發(fā)主要采用匯編語言和 C 語言，或者采用匯編語言與 C 語言混合編程。采用匯編語言編程必須對單片機(jī)的內(nèi)部資源和外圍電路非常熟悉，尤其是對指令系統(tǒng)的使用必須非常熟練，故對程序開發(fā)者的要求是比較高的。用匯編語言開發(fā)是 較為辛苦，因為程序量大，各個方面 均需要考慮，一切問題都需要由程序設(shè)計者安排，其實時性和可靠性完全取決于程序設(shè)計人員的水平。采用匯編語言程序 主要適用于功能比較簡單的中小型應(yīng)用系統(tǒng) [15]。 采用 C 語言編程時，只需對單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本了解，對外圍電路比較熟悉，而對指令系統(tǒng)則不必非常熟悉。用 C 語言開發(fā)軟件相對比較輕松，很多細(xì)節(jié)問題無需考慮，編譯軟件會替設(shè)計者安排好。因此， C 語言在單片機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣，使用者越來越多。當(dāng)開發(fā)環(huán)境為基于操作系統(tǒng)編程時，編程語言通常采用 C 語言。所以，考慮到使用匯編語言和 C 語言的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用 C 語言編程 [16]。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 程語言的介紹 單片機(jī)控制程序主要采用 C 語言進(jìn)行編寫 。 C 語言 —— 高級語言，是一種通用 的計算機(jī)程序設(shè)計語言，它既可以用來編寫通用計算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來編寫一般的應(yīng)用程序，由于它具有直接操作計算機(jī)硬件的功能，所以非常適合用來編寫單片機(jī)程序，與其他的計算機(jī)高級程序設(shè)計語言相比，它具有以下的特點： 1、 語言規(guī)模小 ， 使用簡單 在現(xiàn)有的計算機(jī)設(shè)計程序中， C 語言的規(guī)模是最小的， 準(zhǔn)的 C 語言一共只有 32 個關(guān)鍵字， 9 種控制語句，然而它的書寫形式卻比較靈活，表達(dá)方式簡潔，使用簡單的方法就可以構(gòu)造出相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型和程序結(jié)構(gòu)。 2、 可以直接操作計算機(jī)硬件 C 語言能夠直接訪問單片機(jī)的物理空間地址 ，亦可直接訪問片內(nèi)或片外存儲器，還可以進(jìn)行各種位操作。 3、 表達(dá)能力強(qiáng) ， 表達(dá)方式靈活 C 語言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，可以采用整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)類型、聯(lián)合類型、枚舉類型等多種數(shù)據(jù)類型來實現(xiàn)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。利用 C 語言提供的多種運(yùn)算符，我們可以組成各種表達(dá)式，還可以采用多種方法來獲得表達(dá)式的值，從而使程序設(shè)計具有更大的靈活性。 4、 可移植性 由于單片機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，所以不同類型的單片機(jī)就要用不同的匯編語言來編寫程序，而 C 語言則不同，它是通過匯編來得到可執(zhí)行代碼的，所以不同的機(jī)器上有 80%的代碼是公用的，一般只要對程序稍加修改，甚至不加修改就可以方便地把代碼移植到另一種單片機(jī)中 [17]。 程環(huán)境 一款功能強(qiáng)大的優(yōu)秀的單片機(jī)程序編輯、調(diào)試、仿真中文 軟件可以配合硬件進(jìn)行單片機(jī)的硬件仿真，也可以單獨(dú)進(jìn)行單片機(jī)的軟件仿真。利用該軟件進(jìn)行單片機(jī)軟件的編輯調(diào)試和模擬仿真，結(jié)合一臺寫碼器，就可進(jìn)行低投入的單片機(jī)的開發(fā)工作。 以作為 片機(jī)的開發(fā)工具，安裝好軟件后，打開窗口，點擊 文件 ，選 新建文件 ，如圖 圖 示 。 有集成的調(diào)試器，可以再 程序 主窗口中打開一個窗口來進(jìn)行調(diào)試工作。使用調(diào)試器的方法是，從工程菜單中選擇 全速執(zhí)行或者單步執(zhí)行 ， 來調(diào)試文件中黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 是否有錯誤語句，如圖 示。 圖 擇 圖 立工程文件 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 圖 件程序的調(diào)試 件系統(tǒng)的主程序 當(dāng)路面狀態(tài)等的變化，使制動力的控制一旦進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)時，車輪就很容易進(jìn)入鎖死狀態(tài)。所以需要迅速減壓，以降低制動力防止車輪鎖死；反之，當(dāng)制動力不足時，此時需要迅速增加控制油壓，以提高制動力，保證制動控制區(qū)始終落在最佳的 控制區(qū)。圖 示 制流程圖。 過車輪速度演算車輪的加速度，并設(shè)定模擬車體的運(yùn)動速度演算車輪的加速度，并設(shè)定模擬車體的運(yùn)動速度和滑依率的基準(zhǔn)值。然后根據(jù)車輪的運(yùn)動狀況，判定是否制動狀態(tài)，當(dāng)車輪進(jìn)入制動控制狀態(tài)時，根據(jù)實際制動要求判定控制油壓模型，進(jìn)行制動油壓的控制。如果不是制動狀態(tài)時，檢查系統(tǒng)機(jī)能是否正常，如果正常，就返回控制程序的初始狀態(tài)，否則，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常現(xiàn)象時，點亮警告燈后關(guān)閉 源，結(jié)束本控制程序。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 圖 制 流程圖 開始 輸入車輪速度 演算車輪加速度 設(shè)定模擬車體速度 移率基準(zhǔn)值 設(shè)定 油壓控制模型判定 制動狀態(tài)？ 液壓控制 單元指令 檢查機(jī)能 警示燈點亮 源 束 N Y N Y 正常？ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 本設(shè)計中控制流程在 制流程的基礎(chǔ)上加了故障診斷等。使試驗儀功能更加強(qiáng)大。 驗儀控制流程如圖 示。 圖 驗儀流程圖 主程序開始 模擬 單步 /連續(xù) 電動機(jī)工作 降 保 正常行駛 二極管閃爍 作 滑移率演示 跳出中斷 工作電路演示 跳出中斷 是否有故障 跳出中斷 單步 /連續(xù) 否 1 0 0 1 0 1 連續(xù) 單步 禁止 障診斷 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 制系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計 統(tǒng)初始化模塊 系統(tǒng)初始化模塊在系統(tǒng)上電復(fù)位時對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化內(nèi)容包括內(nèi)部的時鐘、各端口設(shè)置、串行通訊接口、模擬和數(shù)字通道、看門狗定時器、系統(tǒng)變量等，以保證 單片機(jī) 正常運(yùn)行。 圖 統(tǒng)初始化 統(tǒng)啟動自檢模塊 為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行 ， 系統(tǒng)在復(fù)位和初始化完畢后要進(jìn)行自檢 ， 對系統(tǒng)的關(guān)鍵軟、硬件部分進(jìn)行靜態(tài)檢測，以判斷系統(tǒng)的軟、硬件工作是否正常 [18]。在系統(tǒng)自檢期間，故障警示燈將會自動點亮，如果電子控制裝置發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在故障，電子控制裝置將會以故障代碼的形式存儲故障情況，故障警示燈會持續(xù)點亮 ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)位至常規(guī)狀態(tài)；如果未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在故障，在自檢過程結(jié)束后，故障警示燈在 會自動熄滅，表示系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。 ‘ ) 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 控制模塊 主控制模塊為 統(tǒng) 的控制主程序，主控制模塊自身做無限的循環(huán)，連續(xù)調(diào)用故障診斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計算模塊、路面識別模塊 ， 實時進(jìn)行車輛運(yùn)動狀態(tài)和外界環(huán)境的判斷。 據(jù)采集中斷服務(wù)程序 數(shù)據(jù)采集模塊由定時中斷服務(wù)程序完成。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集和主控制程序分離的 結(jié)構(gòu)型式。由于 磁閥動作響應(yīng)時間通常不小于 7加上制動系統(tǒng)的機(jī)械滯后 ， 傳統(tǒng)的數(shù) 據(jù) 采集和控制周期通常不能低于電磁閥動作響應(yīng)時 間 。 為了使數(shù)據(jù)處理更為方便和準(zhǔn)確 ， 提高數(shù)據(jù)采樣頻率是一種有效的手段之 一 ， 因此用了 3期的定時中斷數(shù)據(jù)采集程序 [19]。 為了滿足 制系統(tǒng)的需要 ， 采集的數(shù)據(jù)主要包 括 ： 四個車輪轉(zhuǎn)速信號 ， 蓄能器壓力信號 (預(yù)留 )。 考慮到數(shù)據(jù)采集模塊屬于實時模塊，對實時性要求較高，所以在設(shè)計軟件時，盡可能的利用硬件資源，減少占用時間。 障診斷模塊 故障診斷模塊在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中實時檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)各電磁閥和電機(jī)的故障反饋端，車輪、輪速信號。輪速的檢測采用下式： 1????? ???? 式中 ： ω 左前輪轉(zhuǎn)動角速度 ， s； ω 右前輪轉(zhuǎn)動角 速度 ， s； ω 左后輪轉(zhuǎn)動角速度 ， s； ω 右后輪轉(zhuǎn)動角速度 ， s。 λ1 為設(shè)定好的閥值。式（ 足時認(rèn)為輪速傳感器工作正常；式（ 滿足時，再通過對同軸車輪轉(zhuǎn)速差和同側(cè)前后輪轉(zhuǎn)速差的分析比較，就可以識別出發(fā)生故障的車輪輪速傳感器，電控單元以故障代碼的形式存儲故障情況 [20]。 考車速計算模塊 參考車速計算模塊用來計算車身速度 。 由于 成 本等方面的原 因 ， 一般車輛上是不安裝車身速度傳感器的 ， 統(tǒng)控制的目 標(biāo) 就是將車輪的縱向滑動 率 （ 滑移率或滑轉(zhuǎn)率）控制 在合 理 的范圍內(nèi)，見式 （ 。 %1 00?? ??? r ?(黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 式中 ： v —— 計算的參考車速， km/h； ?I —— 各車輪轉(zhuǎn)動角速度， s； — 對應(yīng)車輪的滑轉(zhuǎn)率和滑移率； r —— 車輪半徑 ， 件系統(tǒng)抗干擾 技術(shù) 軟件系統(tǒng)抗干擾 技術(shù)包括 自檢程序 、 冗余技術(shù) 、 陷阱技術(shù) 、 軟件 “ 看門狗 ” 技術(shù) 。 檢程序 對微控制器內(nèi)的特定部位或某些內(nèi)存單元狀態(tài)標(biāo)志，在開機(jī)后，運(yùn)行中斷循環(huán)測試，以保證系統(tǒng)中存 儲，傳輸以及運(yùn)算的可靠性。 余