车辆abs控制器设计本科学位论文

黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论1.1选题的目的、意义在汽车防抱死制动系统出现之前，汽车所用的都是开环制动系统。其特点是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节以及制动器的尺寸和型式有关。由于没有车轮运动状态的反馈信号，无法测知制动过程中车轮的速度和抱死情况，汽车就不可能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。因此在紧急制动时，不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。当车轮抱死时，地面的侧向附着性能很差，所能提供的侧向附着力很小，汽车在受到任何微小外力的作用下就会出现方向失稳问题，极易发生交通事故。在潮湿路面或冰雪路面上制动时，这种方向失稳的现象会更加严重。汽车防抱死制动系统（Anti-lockBrakingSystem简称ABS）的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象，因而是一个闭环制动系统。它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一，汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效提高行车的安全性。随着世界经济全球化的日益发展，市场竞争日趋激烈，尤其是在我国加入世贸组织之后，汽车行业面临前所未有的挑战和机遇。提高汽车整车和零配件的国产化，赶超世界先进水平，是国人的共同愿望。在产品设计水平的提高，开发周期的缩短、生产成本的降低等各个方面，都有我们广大机械和汽车行业的研究人员亟待解决的问题。近年来，随着我国汽车工业的大规模投资及国内汽车工业与国外汽车工业的合资得到迅速发展，汽车产量大幅度增加。而另一方面我国公路交通基础设施建设虽然得到了各级政府的大力支持，但总的趋势仍然是车流量和车辆密度不断增加，道路交通安全事故也随之增加。为了有效减少交通事故，必须在车辆上加装ABS系统。我国的ABS技术研制工作开始于上世纪80年代中期，落后欧美几十年，加强ABS技术的研究和应用，完善汽车的主动安全性能，对于我们发展汽车及其相关行业和保护人身安全是具有现实意义的。1.2ABS技术的国内外发展现状1920年ABS技术由英国人霍纳摩尔研制成功，并申请了专利。1936年，德国博世公司（BOSCH）申请一项电液控制的ABS装置专利，促进了ABS技术在汽车上的应用。汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司，第二次世界大战以后，成功开发了飞机用ABS并成为飞机的标准装置，1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置，这种ABS装置控制部分采用机械式，结构复杂，功能相对单一，只有在特定车辆和工况下防抱死才有效，因此制动效果并不理想。机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到70年代后期，由于电子技术迅猛发展，为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。ABS控制部分采用了电子控制，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，制动效果也明显改善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。进入90年代后，ABS技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。现在发达国家已广泛采用ABS技术，ABS装置已成为汽车的必要装备。北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90％以上，轿车ABS的装备率在60％左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100％。ABS装置制造商主要有：德国博世公司（BOSCH），欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司（DELCO），美国通用及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司（BENDIX），美国克莱斯勒汽车采用；还有德国戴维斯公司（TEVES）、德国瓦布科（WABCO）、美国凯尔西海斯公（KELSEYHAYES）等，这些公司的ABS产品都在广泛地应用，而且还在不断发展、更新和换代。近年来，ABS技术在我国也正在推广和应用，1999年我国制定的国家强制性标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用ABS作为强制性法规。此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等均开始采用ABS技术，但这些ABS装置我国均没有自主的知识产权。国内研究ABS主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、清华大学、西安交通大学、吉林大学、华南理工大学、合肥工业大学等单位，虽然起步较晚，也取得了一些成果。在气压ABS方面，国内企业包括东风电子科技股份有限公司、重庆聚能、广东科密等都已形成了一定的生产规模。液压ABS由于技术难度大，国外技术封锁严密，国内企业暂时不能独立生产，但在液压ABS方面也在做自主研发，力图突破国外跨国公司的技术壁垒，已经取得了一些新的进展和突破。如清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统（ABS）“九五”国家科技攻关课题，在ABS控制理论与方法、电子控制单元、液压控制单元、开发装置和匹配方法等关键技术方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理论，避免了传统的逻辑门限值研究方法的局限性，取得了理论上的突破，研发ABS成功且进入产业化、批量生产阶段。其试样在南京IVECO轻型客车上匹配使用全面达到了国家标准GB12676-1999和欧洲法规EECR13的要求。这对振兴我国汽车工业与汽车零部件业具有划时代意义，标志着我国汽车液压ABS国产化已迈出坚实的一步。同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱系统，率先在HF6700轻型汽车上匹配使用获得成功。国内液压ABS技术含量与国外虽有一定的差距，但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下，相信国内可以在较短的时间内在ABS技术某些领域赶超国际水平。1.3本文的主要研究内容本文的主要内容包括四部分：对ABS控制器的硬件进行合适的选择，ABS的软件设计，ABS控制算法的研究，利用dSPACE实验仿真部分。1.4ABS技术发展的最新成果和未来发展方向进入上世纪90年代以来ABS控制器已普遍采用16位单片机为CPU，除本身朝着集成化、低价格、大批量的方向发展外，还在原系统基础上进行了扩展。20世纪80年代中后期，驱动防滑控制系统是ASR得到了发展，它能够防止汽车在驱动过程中(特别是起步、加速、转弯等过程)防止驱动轮发生滑转，使汽车在驱动过程中的方向稳定性、转向操纵能力和加速性等也都得到提。它是伴随着汽车制动防抱死系统的产品化发展起来的，实质上是ABS基本思想在驱动领域的发展和推广。利用原有的ABS系统，只增加部分控制系统和相应的软件，就可以实现防滑控制功能，使性价比大大提高。ABS从出现到广泛应用于汽车上，经历了近半个世纪，到目前为止ABS的总体结构方案已趋于成熟，但汽车制动安全技术目前仍是汽车技术的一个热点，在该技术领域，未来的研究方向和发展趋势集中在如下几个方面：(1)提高ABS控制方法的自适应性和系统的可靠性，从而进一步提高整车的安全性能。虽然ABS已经作为一项成熟的技术得到广泛的应用，但在控制方法上一直没有取得较大的突破。目前得到广泛应用的是采用门限值控制算法的ABS。其缺点是控制逻辑比较复杂，调试困难。开发完成的ABS装置对各类车型的互换性不好。随着传感器技术和车用微机控制技术的发展，采用各种现代控制算法的ABS研究是目前的研究热科，以使ABs的性能更加完善。(2)汽车动态控制系统VDC。VDC(VehicleDynarnicsControl)系统又称ESP系统(ElectronicStabilityProgram),是把ABS/ASR与电子全控式(或半控式)悬挂、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车行驶的方向稳定性和良好的动态稳定性。(3)ABS/ASR与自动巡航控制装置ACC集成。汽车ACC(AdaptiveCruiseControl)装置是近年来发展起来的又一项汽车主动安全技术，它可使汽车保持一定的行驶安全车距，主动避免碰撞事故发生，有效地提高公路交通运输能力。由于ABS、ASR和ACC都要用到相同的轮速采集系统、制动力调节装置以及发动机调节装置，因此ABS/ASR与ACC的集成，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全行驶性能。(4)电子制动系统(Braking-by-wire)。其中，电子机械制动系统(ElectronicMechanicalBraking-EMB)是一个全新的制动机构。EMB应用于轿车上，取消了传统的液压制动系统，动作机构是电动机，执行机构仍是制动器。制动时，驾驶员踩下电子制动踏板，电子制动踏板带有踏板感觉模拟器，踏板行程信号通过CAN总线传送至控制器，控制器实时向电动机发出作动信号，实施ABS制动EMB类似的还有电子液压制动系统(ElectronicHydraulicBraking.EHB)，它取消了传统制动系统中的真空助力器，制动主缸等部件。作动机构是液压力装置，执行机构是制动器。制动时，驾驶员踩下电子制动踏板，电子制动踏板带有踏板感觉模拟器，踏板行程信号通过CAN总线传送至控制器，控制器实时向车轮液压装置发出作动信号，对制动器实施ABS制动。(5)在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置(ElectronicBrakeForceDistributionEBD)，构成了ABS+EBD系统。EBD的功能就是在汽车ABS开始制动压力调节之前，高速计算出四个轮胎与路面间的附着力大小，然后调节制动器制动力，达到制动力与附着力的匹配．进一步提高车辆制动时的方向稳定性，同时尽可能地缩短制动距离。第二章ABS系统组成、原理及控制方法2.1汽车ABS系统的组成及各结构部件的作用1-制动压力调节装置2-制动器总成3-ECU4-车轮转速传感器图2.1较为典型的汽车ABS系统的基本组成原理图图3.3ABS制动泵液压控制单元阀体内包括8个电磁阀，每个回路各一对，其中一个是常开进油阀，一个是常闭出油阀。它在制动主缸、制动轮缸和回油路之间建立联系，实现压力升高、压力保持和压力降低的功能，防止车轮抱死，其工作原理如下：(1)开始制动阶段（系统油压建立）开始制动时，驾驶员踩制动踏板，制动压力由制动主缸产生，经常开的不带电压的进油阀作用到车轮制动轮缸上，此时，不带电压的出油阀依然关闭，ABS系统没有参与控制，整个过程和常规液压制动系统相同，制动压力不断上升。(2)油压保持当驾驶员继续踩制动踏板，油压继续升高到车轮出现抱死趋势时，ABS电子控制单元发出指令使进油阀通电并关闭阀门，出油阀依然不带电压仍保持关闭，系统油压保持不变。(3)油压降低若制动压力保持不变，车轮有抱死趋势时，ABSECU给出油阀通电打开出油阀，系统油压通过低压储液罐降低油压，此时进油阀继续通电保持关闭状态，有抱死趋势的车轮被释放，车轮转速开始上升。与此同时，电动液压泵开始起动，将制动液由低压储液罐送至制动主缸。(4)油压增加为了使制动最优化，当车轮转速增加到一定值后，电子控制单元给出油阀断电，关闭此阀门，进油阀同样也不带电而打开，电动液压泵继续工作从低压储液罐中吸取制动液泵入液压制动系统。随着制动压力的增加，车轮转速又降低。这样反复循环地控制(工作频率为5～6次/s，将车轮的滑移率始终控制在20%左右）。3.3驱动电路驱动电路如图3.4所示，利用dSPACE产生PWM波，控制继电器开关，进而完成对ABS电磁阀的开关频率控制。通过控制占空比来达到10赫兹左右的电磁阀开关频率。5v5v510TLP127IN4007+5V4.7kCD406950P20PIRF540NIN4007电磁阀线圈+12v图3.4驱动电路图3.4本章小结本章根据要实现的功能进行了硬件系统的选择，同时对选择的硬件从经济、硬件来源等方面分析其结构功能、选择理由。尤其是对轮速传感器、制动泵的选择更是针对到车型，这样的选择给了自己足够信息来源，也不至于让选择太盲目。第四章ABS控制器软件的设计4.1dSPSCE简介dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台,实现了和MATLAB/Simulink的无缝连接。dSPACE实时系统由两大部分组成，一是硬件系统,二是软件环境。其中硬件系统的主要特点是具有高速计算能力，包括处理器和I/O接口等；软件环境可以方便地实现代码生成/下载和试验调试等工作。dSPACE具有强大的功，可以很好地完成控制算法的设计、测试和实现，并为这一套并行工程提供了一个良好的环境。dSPACE的开发思路是将系统或产品开发诸功能与过程的集成和一体化，即从一个产品的概念设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验到实验结果的监控和调节都可以集成到一套平台中来完成。dSPACE的软件环境主要由两大部分组成,一部分是实时代码的生成和下载软件RTI(Real-TimeInterface),它是连接dSPACE实时系统与MATLAB/Simulink纽带,通过对RTW(Real-TimeWorkshop)进行扩展,可以实现从Simulink模型到dSPACE实时硬件代码的自动下载。另一部分为测试软件，其中包含了综合实验与测试环境（软件)CtrolDesk、自动试验及参数调整软件MLIB/MTRACE、PC与实时处理器通信软件CLIB以及实时动画软件RealMotion等。dSPACE实时仿真系统具有许多其它仿真系统具有的无法比拟的优点：dSPACE组合性很强。dSPACE在设计时就考虑了大多数用户的需求，设计了标准组件系统，可以对系统进行多种组合。对不同用户而言，可以在运算速度不同的多种处理器（如：TI公司的TMS系列、DEC公司的Alpha系列、Motorala公司的PowerPC系列）之间进行选择，最快的处理器浮点运算速度高达1000MFlops；I/O也具有广泛的可选性，通过选择不同的I/O配置，即可组成不同的应用系统。dSPACE的过渡性和快速性好。由于dSPACE和MATLAB的无缝连接，使MATLAB用户可以轻松掌握dSPACE的使用，方便地从非实时分析、设计过渡到实时的分析和设计上来，大大节省了时间和费用。性能价格比高。dSPACE是一个操作平台，它可用于许多产品的开发或实时仿真测试，而不是一物一用。dSPACE是基于PC机的Windows操作系统，dSPACE实时系统与主机的硬件接口使用标准ISA总线，从而避免用户再投资别的设备。实时性好。一旦代码下载到实时系统，代码本身将是独立运行的，试验工具软件只是通过内存映射来访问试验过程中的各种参数及结果变量，不会产生对试验过程的中断。可靠性高。dSPACE实时系统硬件、代码生成及下载软件、试验工具软件都经过dSPACE工程师的精心设计、制造和调试，不存在任何兼容性问题，可靠性高，是可以信赖的软/硬件平台。灵活性强。dSPACE实时仿真系统允许用户在单板系统和组件系统、单处理器系统和多处理器系统、自动生成代码和手工编制代码之间进行选择，使dSPACE系统具有很大的灵活性，从而可以适应用户各方面的应用需求。正是由于dSPACE的优越性，使得dSPACE从诞生之日起就引起众多工程技术人员及专家学者的注意。目前，dSPACE已经广泛应用于航空航天、汽车、发动机、电力机车、机器人、驱动及工业控制等领域。越来越多的工厂、学校及研究部门开始用dSPACE来解决实际工作及研究中遇到的问题。由于他们的努力，dSPACE的应用领域正在日益拓宽。许多汽车界的用户都把dSPACE作为可以信赖的开发测试工具，如：Audi公司用dSPACE实现了ABS控制器测试台；有的汽车界用户如：Chrysler、Delphi、Ford、GeneralMotors、Honda、ToyotaMotor、Nissan、MazdaMotor等公司，用dSPACE进行动力控制原型的开发；而德国的铁路运输巨头Adtranz则用dSPACE实现了电力机车的仿真；美国的Boeing,Calspan公司用dSPACE进行飞行器的控制系统设计和仿真；还有一些研究部门如荷兰的Delft工业大学、日本的Waseda大学等用dSPACE进行机器人控制算法的研究；而且，由于dSPACE的高度可靠性，许多工业用户用dSPACE实现工业过程控制，如AchenbachBuschütten公司就依赖dSPACE的高可靠性来控制型材的平面度；丹麦的Grundfos还用dSPACE来验证专用集成电路的设计可行性。dSPACE已成为众多用户解决实际问题的一条可以信赖的途径，而且，正是由于dSPACE的存在，使得控制系统的开发、产品型控制器的仿真测试变得更加方便易行，大大加快了新产品的研制速度，也使技术研究人员对控制算法及仿真测试方案的研究进入更高的境界。4.2dSPACE软件环境介绍4.2.1代码生成及下载软件(ImplementationSoftware)1.代码的生成过程代码的生成及下载可以自动完成也可手工完成。无论是单处理器系统还是多处理器系统，均可由Simulink方框图自动生成代码并下载到实时系统硬件中。另外，dSPACE还提供了方便易用的软件工具来实现手工代码的下载。从Simulink自动生成并下载将控制原型或仿真模型从离线仿真转到实时仿真的最快捷的方式就是用Simulink。dSPCACE的实时接口库RTI（Real-TimeInterface）允许通过图标的方式来指定用户I/O。RTI与MathWorks的RTW（Real-TimeWorkshop）共同生成dSPACE硬件所需的代码。因此，无论用的是单处理器系统还是多处理器系统，代码的生成及下载过程被简化成鼠标的轻轻一击。2.MATLAB/Simulink-现代控制设计平台MATLAB集计算、可视化及编程于一身。在MATLAB中，无论是问题的提出还是结果的表达都采用用户习惯的数学描述方法，而不需要用传统的编程语言进行前后处理。这一特点使MATLAB成为数学分析、算法开发及应用程序开发的良好环境。MATLAB是MathWorks产品家族中所有产品的基础。MATLAB省去了工程师用C或Fortan等高级语言编程的需求，使他们集中精力于数据分析和算法开发。它相对于C语言的地位就和C相对汇编语言的地位相当。MATLAB工具箱MATLAB包括下列常用工具箱：控制系统工具箱；系统识别工具箱；模糊逻辑工具箱；LMI控制工具箱；模型预测控制工具箱；μ-分析及综合工具箱；神经网络工具箱；优化工具箱等。SimulinkSIMULINK是用来建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境，包括连续系统，离散系统和混杂系统。Simulink提供了采用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形交互界面。通过Simulink提供的丰富的功能块，用户可以迅速地创建系统的模型，而不需要书写一行代码。StateflowStateflow提供了图形工具帮助用户设计和分析事件驱动系统。Stateflow基于有限状态机理论，能够快速建立和仿真复杂事件驱动系统的逻辑行为。这样，Simulink的用户可以在他们的模型之中描述事件驱动行为。通过Simulink和Stateflow用户可以在统一的环境下设计、建立和仿真整个控制系统的行为。RTW（Real-TimeWorkshop）Real-TimeWorkshop可从Simulink方框图中自动生成C代码。RTW与dSPACE的RTI（Real-TimeInterface）联合可完成从方框图到dSPACE实时硬件的无缝转换。StateflowCoderStateflowCoder是一个单独提供的与Stateflow结合使用的工具，能够生成独立的控制逻辑代码。3.RTI(Real-TimeInterface)-从方框图自动生成代码并下载RTI是连接dSPACE实时系统与软件开发工具MATLAB/Simulink之纽带。RTI对Simulink库进行了扩展,利用这些框图无需编写任何代码就能完成包括I/O接口及初始化过程的全部设置。同时通过对RTW进行扩展，可实现从Simulink模型到dSPACE实时硬件代码的无缝自动下载。这可使用户完全致力于实际设计过程并能迅速完成设计的更改，费力的手工编程已成为过去。首先，可以用图形方式从dSPACE的RTI库中选定相应的I/O模型，将之拖入Simulink模型中并指定其参数，以完成对dSPACEI/O板的选定。之后，只要鼠标点一下，RTI就会自动编译、下载并启动实时模型。另外，RTI还根据信号和参数产生一个变量文件，可以用dSPACE的试验工具软件如ControlDesk进行变量的访问。通过RTI来实现控制原型或对象仿真实时代码的生成一般有下列几个步骤：①用Simulink建立模型并进行离线仿真②加入dSPACEI/O，将离线模型转为实时模型③用RTW“Build”命令生成实时代码并下载到实时硬件中④用dSPACE试验工具进行试验过程中的交互操作除标准I/O功能外，RTI还支持用户在SIMULINK框图中完成：指定部分模型为定时执行指定部分模型为软件中断指定部分模型为硬件中断指定中断及定时任务的优先级支持单采样频率和多采样频率支持单任务模式和多任务模式另外，RTI还充分考虑了实际工程应用中可能遇到的各种问题，如：通过附加手段解决采样频率不同的模块之间数据传送的不一致性支持多处理器，允许在SIMULINK中完成多处理器模型的分割允许指定处理器之间的数据通讯协议，可采用：同步BUFFER，异步BUFFER，及共享存储区方式允许处理器之间进行中断RTI可以处理连续系统、离散系统、混合系统和多采样频率系统。当系统比较复杂，单处理器系统难以完成时，需要多个处理器并行工作。这时，就需要RTI-MP的帮助以完成多处理器系统的系统设计、建立多处理器网络结构（包括处理器之间的通讯）。RTI-MP允许用拖放方式对系统模型进行分割，每一个子系统均可进行单独调整。为了对多处理器系统进行观察及参数修改，需要配合使用多处理器试验工具软件ControlDeskMultiprocessorExtension。4.PPC编译器不论用何种方式（手动或自动）生成实时系统，都需要一个C编译器。根据配置的不同，dSPACE系统使用POWERPC编译器ComplierForPPC：适用于所有基于POWERPC处理器的系统。4.2.2实验软件（ExperimentSoftware）1.ControlDesk综合实验环境ControlDesk是dSPACE开发的新一代实验工具软件。虽然控制器的开发及仿真模型的建立使用的是MATLAB/SIMULINK，但是，一旦模型已经通过RTI实现并下载到实时硬件中，余下的工作就由ControlDesk来完成。ControlDesk将提供对实验过程的综合管理。利用ControlDesk可以实现：①对实时硬件的图形化管理方便地进行新硬件的注册管理检查内存大小及处理器时钟频率利用WINDOWS拖放方式轻松完成目标程序的下载用START和STOP控制实时程序的启动和停止通过ERRORMESSAGELOGGING窗口实现出错监视功能观看配置数据②用户虚拟仪表的轻松建立用拖放方式建立虚拟仪表与实时程序进行动态数据交换跟踪实时曲线在线调参记录实时数据（可记录在文件中）实时数据回放提供各种专业虚拟仪表库（汽车库等）③变量的可视化管理以图形方式访问RTI生成的变量文件通过拖放操作在变量和虚拟仪表之间建立联系除访问一般变量外，还可访问诸如采样时间、中断优先级、程序执行时间等其它与实时操作相关的变量④参数的可视化管理可根据实时变量树生成参数文件通过参数文件对实时试验进行批参数修改通过多个参数文件的顺序调入，研究不同参数组对实时试验的影响⑤实验过程自动化提供到ControlDesk所有组成部分的编程接口对耗时及需重复进行的试验过程可以实现自动化，如：参数研究利用MacroRecorder记录ControlDesk的操作利用面向对象的功能强大的算法语言编制自动试验算法提供到MATLAB接口，实现与MATLAB的数据交换ControlDesk故障仿真对标准ControlDesk功能的扩展在中型或大型dSPACE模拟器中远程控制故障注入单元通过故障仿真浏览器可访问所有故障仿真部件在故障模式窗口中实现管脚错误定义可导入ECU管脚描述文件ControlDesk的故障仿真功能使得操作dSPACE模拟器的故障注入单元变得非常便利。利用CotrolDesk故障仿真功能可以仿真电控单元(ECU)的线束故障。比如你可以仿真ECU单个管脚对地短路或电压短路故障，或者是仿真ECU单个管脚断线的情况。4.3dSPACE硬件4.3.1智能化的单板系统1.DS1103PPC控制器板现代控制器的功能越来越复杂，这就要求在投入生产之前对控制器进行详尽的优化设计。这一优化过程需要有功能强大的硬件开发平台做支持。为满足这一要求，dSPACE推出了DS1103PPC控制器板，这是迄今为止所有单板系统中功能最强大、I/O最丰富的开发系统。为了不给开发带来任何限制，DS1103使用了PowerPC处理器来进行浮点运算（933MHz）。对于新型控制器的开发而言，dSPACE的单板方案是功能强大而又可以信赖的工具。单板方案提供了控制器方案设计及代码生成和下载所需的一切，使RCP更加方便易行。DS1103PPC控制器拥有大量I/O接口，使其可以满足RCP的要求。DS1103PPC控制器板除36路ADC、8路DAC以外还配有数字I/O。同时，DS1103PPC控制器板还集成了一个以TI公司的TMS320F240DSP为核心的I/O子系统，可用来满足特殊的I/O要求。这种DSP可提供三相PWM信号发生器，尤其适于驱动方面的应用。DS1103拥有6路数字增量编码器接口，可以方便的应用于机器人的设计。DS1103还配有一个测速控制器，可用来对数字或模拟增量编码器位置信号进行解析，这使其可以应用于电气驱动控制。DS1103还集成了Infineon的CAN控制器，使其也可以适应汽车及自动化方面的应用。DS1103可以方便地插入PC机中，由PC机负责提供电源，完成程序下载。所有的实时计算都是由PPC控制器板独立执行，只有dSAPCE的试验工具软件并行运行于主机上。2.DS1104PPC控制器板DS1104是新开发的用于快速控制原型的单板硬件，它使得用户的PC机拥有强有力的开发系统。基于PowerPC技术的实时硬件以及丰富的I/O接口提供了用于解决不同工业领域的控制器开发更理想的方案。新板DS1104控制器板价格低廉，使得它成为一套既适用工业开发又适用大学研究极好的开发系统。它拥有dSPACE原型板所有的优点：完全的图形化设计，Simulink/Stateflow建模和实验管理软件，而且仅占用一个PC机的PCI插槽。4.3.2标准组件系统1.处理器板（ProcessorBoards）处理器板概述:dSPACE标准组件系统的基本出发点是将实时系统和提供用户接口的系统完全分开。无论主机的要求多么复杂，也无论使用的是何种操作系统,dSPACE实时硬件都能保证满足每一采样周期的准确时间要求。所有的dSPACE标准组件板都必须至少配置一块处理器板。所有的dSPACE标准组件系统都是以DS1005或DS1006为核心构造的。处理器板通过高速32位总线（PHS总线）提供到I/O板的接口，通过ISA总线提供到主机的硬件接口。2.I/O板为了满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板可供选择。4.4本章小结本章重点对dSPACE的发展现状前景，软件及硬件作了介绍，同时介绍了如何利用dSPACE软件进行设计，实验。第五章基于dSPACE的ABS控制器实现5.1dSPACE硬件部分及外围电路我们利用如图1所示的三个开关电路，其中两个用的是复位开关，一个用的是自锁开关：两个复位开关用来模拟遥控器远程操控的开锁和落锁按键；自锁开关用来模拟钥匙是否在钥匙孔的信号。本系统利用dSPACE普通I/O口作为信号采集和信号输出端口。其中遥控器开锁按键与Z3Group4ch4in端口相连；遥控器落锁按键与a3Group4ch7in端口相连；钥匙信号按键与Y3Group4ch1in端口相连。这三个端口作为信号的输入端。A3Group1ch1out、A4Group1ch2out、A5Group1ch3out分别与节点一的单片机P1.2、P1.3、INT0相连，对节点一传输控制信号。具体连接如图2所示：P1.2IN2(P1.2IN2(遥控器开锁键)IN3(遥控器落锁键)P1.3INT0IN1(钥匙位置信号)Y3Group4ch1A3Group1ch1outZ3Group4ch4inA4Group1ch2outa3Group4ch7A5Group1ch3outADCType1inCon2Ch4dSPACEMicroAutoboxIN4(模拟的车速信号)图1开关电路图图2dSPACE接口5.2程序编制图3单脉冲子系统图4布尔变量延时子系统本系统利用Matlab/Simulink建立控制模型，对四路输入信号进行处理，从而得到三路输出。通过对输入信号进行转化，得到相应的控制信号。如：钥匙位置信号（当检测到钥匙从锁孔内拔出时），向A3、B3口输出一个低电平脉冲，而A5默认输出高电平。所以当节点一接收到A3、A5、B3的低、高、低的信号时向CAN总线上发送带有开锁数据的报文，控制其他节点一同完成相应动作。图3图4分别为单脉冲子系统及布尔变量延时子系统。主程序如图5所示：图5主程序此程序为对滑移率及车速信号的模拟,滑移率的临界值为15在滑移率大于15时由程序控制最后输出信号为1、0此时进入abs减压状态，当滑移率小于15时，进入增压状态。其中信号为低电平单脉冲信号，如图3所示，此封装的子系统，只有在上升沿的跳变激励下才会产生一个低电平脉冲。由于我们这个系统的信号大多为布尔型，而Matlab/Simulink没有封装好的布尔变量的延时子系统，所以我们封装了如图7所示的布尔型变量延时子系统，这个子系统在主程序和低电平脉冲的系统中被调用。主程序如图5所示∶1）当检测到Y3端口产生一个上升沿的跳变时，这样A3、B3输出0脉冲信号，A5输出高电平1的信号，这样节电一接到这个信号后，向总线上发送开锁信号，使得各个节点能够同时完成开锁功能；2）当检测到Z3和a3端口中有低电平触发时，A3、A5、B3输出“1-0-0”或“0-1-0”的信号，3）当ADCType1inCon2Ch4端口监测到的车速信号大于20Km/h时，A5、B3输出0脉冲信号，A3输出高电平1的信号。程序运行状态如图6所示：图6程序运行状态5.2controldesk实现controldesk实现如图7所示，当踩下制动踏板，且车速大于20km/h时，电磁阀开始进行增压和减压的动作。图7controldesk实现图8controldesk实现在车速小于和大于20千米时实现0,0,0,1的变化，我们利用ControlDesk对四路输入信号和三路输出信号进行监测。当我们按动开关的时候，在状态指示中能够显示我们的按键信息，在右端能够显示发送的相应动作信号，在中间我们用一个车速表显示模拟车速，模拟车速超过20Km/h时，ABS起作用。5.3本章小结本章完成了对dSPACE程序的编制，利用模拟车速和模拟滑移率完成对ABS电磁阀的控制。结论试验表明，基于MATLAB/Simulink和dSPACE开发的汽车ABS控制器，通过半实物仿真获得了满意的效果。利用MATLAB/Simulink开发中央节点过程中所需编写的代码少，模型参数的修改、代码的生成及下载非常方便。开发的ABS控制器能够满足车辆的实际要求，可以在实车上使用。本文最终实现用dSPACE软件模拟PWM波，来实现对继电器电路至电磁阀的控制从而实现车轮的抱死与张开。参考文献[1]余志生.汽车理论(修订版)[M].北京:机械工业出版社,1993.[2]李朝禄.汽车制动防抱装置(ABS)构造与原理[M].北京:机械工业出版社,1995.[3]柯愈治.汽车防抱制动系统结构原理与检修[M].北京:人民交通出版社,1998.[4]潘旭峰.现代汽车电子技术[M].北京:北京理工大学出版社,1998.[5]周云山,于秀敏.汽车电控系统理论与设计[M].北京:北京理工大学出版社,1999.[6]司利增.汽车防滑控制系统—ABS与ASR[M].北京:人民交通出版社,1996.[7]高为炳,霍伟.大系统的稳定性,分散控制及动态递阶控制基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994.[8]杨庆彪.汽车电控制动系统原理与维修精华[M].北京:机械工业出版社,2006.[9]MC9S12DP256BDeviceUserGuideV02.15,Motorola[M],Inc,2005.[10]Cho,J.M;Hwang,D.H.DesignandimplementationofHILSsystemforECUofcommercialvehicles.IndustrialElectron2ics[J].2001.Proceedings.ISIE2001,IEEEInternationalSymposiumon,Volume2001June.2,12–116.[11]鲁植雄.汽车ABS.ASR和ESP维修图解[M].北京:电子工业出版社,2006.[12]董继明,罗灯明.汽车检测与诊断技术[M].北京:机械工业出版社,2007.[13]张洪欣.汽车系统动力学[M].上海:同济大学出版社,1996.[14]马明星,毛务本．车辆防抱死制动系统(ABS)控制算法的研究[J]．城市车辆，2002(6)：21-23．[15]刘昭度，齐志权．液压ABS系统研究进展与发展方向[J]．液压与气动．2004(12)：1-3.[16]刘颖姣，王贵勇．汽车ABS技术的发展趋势研究[J]．轻型汽车．2006(6)：2l-24．[17]何祈雯，朱伟兴．滑模变结构汽车ABS滑移率控制方法的研究[J]．汽车科技．2004(2)：19-21．[18]龙晓林，杜小芳．汽车ABS滑模变结构控制的分析与仿真[J]．专用汽车．2004（3）：25-26．致谢时光流水，岁月如梭，转瞬间四年的大学生活即将结束，我怀着忐忑不安心情向四年来在学习和生活上给予我关心和帮助的老师和同学们致以真挚的谢意。本设计工作是在指导教师王悦新的悉心指导下完成的。老师具有很强的工程设计能力，在相关领域有着丰富的经验，在设计思想、软硬件设计、算法设计、程序编制等多方面给了我具体的指导。另外，老师为我们提供了宽松的学习环境和良好的设计条件，在此致以深厚的敬意和谢意．而且王老师，在硬件设计方面对我提供了各方面需要的工具；使后续的各项工作能够按进度计划顺利进行。在此表示衷心的感谢！同学武中峰，在我完成设计的过程中一直给予我大量的帮助，在控制系统的控制策略和控制算法方面给了我很多启发性的意见；在dSPACE软件的学习使用方面给予了许多建议。在此表示衷心的感谢！最后衷心地感谢各位老师在百忙之中来评阅我的设计论文，期待老师给予批评指正。附录A外文文献Asonekindofautomobileelectro-technology,Anti-lockBrakingSystem(ABS)improvesautomobilespassablility,steeringstabilityandinitiativesecuritybyalongwayonalltypesofadhesionroad.Anti-lockbrakingsystemswerefirstdevelopedforaircraftusein1929,bytheFrenchautomobileandaircraftpioneer,GabrielVoisin,asthresholdbrakingonairplanesisnearlyimpossible.AnearlysystemwasDunlop'sMaxaretsystem,introducedinthe1950sandstillinuseonsomeaircraftmodels.Thesesystemsusedaflywheelandvalveattachedtothehydrauliclinethatfedthebrakecylinders.Theflywheelwasattachedtoadrumthatranatthesamespeedasthewheel.Innormalbrakingthedrumandflywheelwouldspinatthesamespeed.Ifthewheelslowedsuddenlythedrumwoulddothesame,leavingtheflywheelspinningatafasterrate.Thiscausedthevalvetoopen,allowingasmallamountofbrakefluidtobypassthemastercylinderintoalocalreservoir,loweringthepressureonthecylinderandreleasingthebrakes.Theuseofthedrumandflywheelmeantthevalveonlyopenedwhenthewheelwasturning.Intesting,a30%improvementinbrakingperformancewasnoted,becausethepilotsimmediatelyappliedfullbrakesinsteadofslowlyincreasingpressureinordertofindtheskidpoint.Anadditionalbenefitwastheeliminationofburnedorbursttires.Anti-lockBrakingSystem(ABS)isanimportantdevicetoimprovetheactivesafetyofvehicle.Withthedevelopmentofautomotivetoday，itssignificancehasbeenregardingmorethanever.Anti-lockbrakingsystem(ABS)isbraking-systemclosed-loopcontroldevicewhichpreventwheellockwhenbrakingand,asaresult，retainthevehiclesteerabilityandstability．ThemaincomponentsofABSincluding：hydraulicmodulator，wheelspeedsensor，andECUwhichusedtoprocessingsignalandcontrollingactuators.Firstly，thepaperintroducesthehistoryandbasicfunctionoftheanti-lockbrakingsystemandthewholestructureandcontrolprincipleofsystemalsobeenmentioned.AccordingtoMATLAB/Simulink,thecomponents’modelshavebeenestablished，whichincluding：singlewheeldynamicmodel,semi-carbrakingmodel,sevenfree-degreewholecarmodel,actuatormodel．EstablishthemodelofABSafteranalyzingcontrolalgorithms.Moreover,ComparetheSMCcontroleffectwithtraditionallogicalcontroleffect.Thesimulationresultclearlyshoesthebettereffectivenessofapplied.Basedonthevariedwheelaccelerationonthedifferentroadsurfacewhenappliedsamebrakingforce,analgorithmforidentifyingroadsurfacehasbeeninvented.Thesimulationresultshowsthebrakingdistancehasbeenshortenapparentlyafterappliedtheroadidentification．Basedonthevehicle-roaddynamicmodel,theroadcharacteristicparameter,whichdependsondiffer-enttypesofroadsurfaces,isintroducedandanewmethodofroadsurfaceidentificationforautomotiveanti-lockbrakingsystem(ABS)isproposed.Accordingtothecharacteristicsofvehicle-roaddynamicmodel,asimplemathresolutionmethodofthemodel'sfactorsisestablished.Onlyusingtheinformationofwheelspeed,thevehiclereferencevelocityandthewheelslipratioareestimatedreal-timely.Andbasedonthewheeldynamicmodel,theroadcharacteristicparameterisdeterminedtoidentifytheroadsurfaceforthedeterminationofthresholdsofABSregulativeparameters.Withthisnewmethod,theroadsurfaceidentificationcanbeaccuratelyobtainedandcalcu-lationtimeisshortthatitcanmeettheABSrealtimecontrolneed,anditalsoimprovestheperformanceofABS.附录B外文文献翻译汽车防抱死制动系统(Anti-lockBrakingSystem，简称ABS)作为一种汽车电子技术，大大地提高了汽车在各种附着系数路面的可通过性、操纵稳定性及主动安全性。防抱死制动系统是首次开发使用的飞机于1929年由法国汽车和飞机的先驱，如在飞机上加布里埃尔佛伊辛制动门槛，几乎是不可能的。早期的系统是邓洛普的Maxaret系统，在20世纪50年代提出并仍在使用的一些飞机模型。这些系统所用的飞轮和连接到液压刹车线，馈气瓶阀门。飞轮附于鼓，在相同的车轮速度跑。在正常的制动鼓和飞轮会以相同的速度旋转。如果车轮突然放慢鼓会做相同的，离开飞轮以更快的速度旋转。这造成阀打开，使制动液的一个小数额绕过到本地水库主缸，降低气缸压力和释放刹车。作者：鼓和飞轮使用意味着只阀门打开时，车轮转动。在测试中，在制动性能提高了30％指出，由于飞行员立即刹车，而不是完全适用于缓慢增加压力，以便找到撬点。另外一个好处是，消除焚烧或车胎爆裂。

防抱死制动系统（ABS）是一种重要的设备，以提高车辆行驶安全性。今天的汽车发展历史，其意义就超过防抱死制动系统