【汽车ABS防抱死制动系统设计12000字（论文）】

III引言“防抱死系统“就是“防抱死刹车系统”，它的优点是防滑和防锁死。它是一种集防滑和防锁死功能于一体的汽车安全控制系统，可以有效地防止车辆发生事故。当遇到紧急情况时，驾驶员可以进行紧急制动或其他制动操作。前轮失去了对机动车的转向功能，容易与障碍物发生碰撞而引发交通事故，同时由于后轮的转动也容易造成车辆侧滑。为了减小制动距离和防止车辆侧滑，提高汽车的转向能力，需要对汽车驱动结构进行改进，其中最重要的就是加装防抱死系统了。制动系统与防抱死系统配合使用，可实现以下几个方面的功能：提高制动效果、保证紧急制动下的车身平衡；这样就保证了汽车制动过程中司机能顺利的对汽车进行操作，让汽车从滑行到滚动，降低了车轮的磨损，提高了轮胎的寿命，而且还让保养变得更容易。现在可以看到不论是新车市场或是二手车市场汽车的成交率非常大，表明我国汽车保有率已经到达顶峰，汽车高密度造成汽车制动过程中要求较高，为降低事故发生率，对于汽车制动方面做相关设计的公司已经开始着手对刹车防抱死系统做相关研究工作，缩短汽车制动距离让汽车制动更平稳，而防抱死系统主要为汽车加装防抱死汽车控制单元、轮速和车速传感器等。根据这一情况，本课题设计了一款汽车ABS防抱死制动系统，并借助于80C196KC单片机来实现系统的控制以达到改善车辆运行工况和提高车辆运行安全性的效果。第1章系统结构及工作原理1.1系统组成防抱死制动系统以常规制动为主，装有闭合保护电气控制。该系统能够在汽车紧急停车时有效地防止轮胎被抱死并保持车辆行驶安全状态。尽管防抱死制动系统在不同的生产厂家，其控制方法及具体构造不尽相同，但是，防抱死制动系统和电子控制单元、车轮转速传感器与制动压力调节器的基本构造是一致的。1.1.1电子控制单元电子控制单元（ECU），是系统整体运行的“大脑”，它担负着数据接收、加工、输出等功能。在防抱死系统中，ECU通过检测轮速传感器采集到的实时轮速来判断是否需要启动防抱死系统进行制动，并通过控制轮速阀或电磁阀等执行机构实现防车轮抱死功能。当前，基于传感器的汽车制动系统已经成为研究热点之一，而其中最重要的是防抱死系统地控制算法。防抱死系统由电子控制单元、制动系统及ECU组成，其中制动系统是整个系统的核心部分。图1.1是一个典型四传感器三通道控制防抱死系统ECU电路框图。图1.1防抱死系统ECU内部电路框图1.1.2轮速传感器轮速器通常装于汽车车轮上，对汽车防抱死系统起着检测速度作用。根据电磁感应产生原理可知：电磁感应器由齿圈外表面到中心距离为1.2所示。齿圈通过半轴与轮毂连接。电磁传感器安装于车体与间隙之间，用于检测间隙是否存在。在电磁式传感传感器中，齿圈会对汽车产生作用，当齿圈齿顶与齿隙接触时，由于电磁感应圈的电磁变化而产生电磁变化，这种电磁磁场会通过电磁式传感线圈产生感应电动势，该电动势又会通过压差转换成原始电压信号。在防抱死系统结构中，轮速传感器是其核心部件之一，它的优劣，可以很大程度地影响并决定着防抱死系统运行效能，其中，特别重视轮速传感器对磁场变化灵敏度的研究。在轮速传感器灵敏度差或出现故障的情况下，将影响汽车防抱死系统功能发挥。图1.2轮速传感器原理图1.1.3制动压力调节器制动压力调节器主要目的及作用在于接受电子控制单元发出的命令，由电磁阀使防抱死系统制动压力短时停止。当需要改变车辆行驶速度或者增加牵引力或减载率时，可将制动压力调整到所需数值，以保证汽车正常运行。所述制动压力调节器包括储液罐、所述进气泵与电磁阀构成。其主要作用是根据车辆行驶工况变化，及时调整发动机油门开度以满足不同路面状况下的行车需求。在实践上，制动压力调节器可通过调整制动压力，对车轮制动力进行控制，使得制动过程中车轮不会被抱住死亡，充分利用了车轮驱动系数。为了实现这一目的，制动压力调节器采用了闭环控制方式。因控制信号为电磁阀输出信号，因此，在制动阀故障诊断中加入错误诊断反馈是十分必要的，也就是ECU将控制命令发送给执行器，执行机构需要一个特殊通道将执行返回控制。图1.3三通道防抱死系统制动压力调节器2.2系统工作原理防抱死系统分为机械式与电子式。汽车防抱死系统一开始设计时是二轮系统，意为在车辆两后轮上安装防抱死系统，由于两个后轮中装入的防抱死系统公用液压管和控制阀，所以，就制动作用传输机理而言，二轮系统又叫“单通道控制系统”。二轮系统具有判断后轮附着力较低的车轮状态，从而判断汽车制动需求的功能，这就是“低选原理”。这样的信号判定方式，同样存在着缺点，主要表现为某后轮发生抱死情形，系统需泄压双后轮，这样，就很难对汽车后轮即时车速进行调节，所以也就很难发挥较好的制动效果。之后，伴随着汽车工业研发技术不断提高，“三通道控制系统”也逐渐兴起于某些工业生产。“三通道控制系统”区别于二轮系统的地方在于前轮加装管道，以达到独立控制的作用。尽管从后轮作用来看，作用并没有太大的改变，但增加前轮控制体系，在防抱死条件下能较好的控制车辆转向及防侧滑功能。因此这种新型多路防抱死系统已经成为当前汽车行业发展研究重点之一。当前，汽车生产工业体系还有很多车辆都配备了该三路防抱死系统控制系统。如今市场上已经出现了很多不同类型的四通道防抱死系统以及三通道控制系统，其中最常见的就是独轮防抱套结构的车辆。车轮通过液压管路与电磁阀相连。四通道防抱死系统在汽车防抱死中得到了广泛的应用，提高了汽车防抱死的控制水平。特别是对车辆在制动过程中的状态进行调节，能较好的保证车辆的稳定性，是目前适用最多、使用最广泛的制动体系之一。第2章系统硬件设计2.180C196KC最小系统汽车防抱死制动系统属于典型的计算机控制系统，它以电子控制单元为中心。它具有实时检测车速、制动力和轮胎压力等参数并根据这些信息计算出该时刻车辆是否发生侧滑及紧急制动的功能。一方面，它负责对传感器信号进行AID转换，或者把数字输入信号收集在计算机内存内进行分析和处理，另一方面，控制命令需要经过D/A转换或者数字输出来驱动作动系统的运行，并对电子控制单元内的CPU进行软件编程，实现了多种控制算法，因此，电子控制单元在整个控制系统中处于关键地位，其实现依赖于选定计算机种类。与ABS系统相比较，对于以车轮滑移率为控制目标的模式，输入电子控制单元信号为速度脉冲，它是通过传感器收集感应到的正弦信号，经模拟电路滤波整形校正后，成为一系列标准方波信号，再经单片机定时/计数器端口或者数字输入端口送入单片机内存。单片机内存储有大量的轮胎信息，这些信息可供驾驶员在行驶过程中向汽车提供必要的数据支持，以便更好地发挥汽车的性能。单片机内的微处理芯片对输入各轮速信号，通过某种算法计算出，例如，车辆参考速度、车轮角减速度的计算等，依据这些数值大小，决定对应控制命令，也就是压力升高，压力降低和压力的维持，控制信号再从数字输出端口导出，经模拟电路驱动功率放大后，可直接驱动电磁阀工作，然后控制制动压力。这种控制方法具有响应速度快、稳定性好以及控制精度高等优点。同时，输出信号也包含报警指示等。目前国内对汽车的控制系统大多是以单片计算机为基础进行开发和设计的，在整个系统的开发阶段一般使用的都是通用CPU，这种CPU具有很多优点：如：CPU数量少、体积小、成本低、功耗低、使用方便、网络功能强大、算法简单、编程手段丰富、运算速度快等等。单片机是汽车上最重要的电子控制单元之一。由于单片机具有体积小、重量轻、高可靠性、价格便宜、使用方便等特点，所以非常适合汽车电子系统的研制。随着计算机技术的发展，汽车电子控制技术也越来越先进，在提高整车性能和安全方面发挥着日益重要的作用。早期汽车控制系统是由八位单片机控制，现已转换为16位，一些系统，例如发动机管理系统，已经研制并使用了32位CPU。防抱死系统中使用比较广泛的单片机有摩托罗拉单片机（Motorola）和英特尔单片机（Intel）、德州仪器（TI）公司及西门子（Siemens）16位单片机。本课题单片机选用MCS系列产品80C196KC单片机。该系列单片机具有体积小、成本低、功能强和可靠性高等特点，因而在工业控制领域得到广泛应用。80C196高性能16位单片机是Intel公司推出的系列高性能CHMOS16位单片机，尤其适用于对实时控制有较高要求的场合、当前，已经在汽车中得到了成功的运用，如点火、燃料和其他的控制。在使用过程中，CHMOS芯片采用了2种不同的节电方式：待机方式和掉电方式，前者可以节省大量的电量，后者则会增加芯片的功耗。MC-196家族的所有成员享受着一套指令系统并拥有通用CPU组织结构。由于它具有广泛的应用场合和功能，所以在单片机中被“嵌入”了许多新的技术，改变了以往“外围设备-电路-单片机”的模式。8OC196KC的内部EPROM/ROM为8K字节，内部RAM为232字节，均能用作通用寄存器，外加一个24字节的专用寄存器，等于一个256字节的内部寄存器。由于这些寄存器与通用寄存器相比，具有体积小，容量大，使用方便等特点，所以可以用来存贮大量信息和数据，是一个很好的存储器件。对ABS进行主控系统设计时，进行了软件开发，则充分利用其内通用寄存器。由于ABS是实时控制，而且制动的全过程都要用短短几秒的时间，所以，其对于时间的需求是很大的；又因其是采用模拟电路来实现制动效果的，所以对硬件提出较高的精度要求。通过分析需要收集到的数据，研究发现，若干参数的数量级分布比较集中，只要把每一类参数的量纲放大100倍，置于通用寄存器中，以便进行分析，运算，这不仅可以确保控制参数的精度（小数点后2位），并避免了对冗繁四则运算子程序的调用，使得它的算法更加简明，实时响应速度快、更合理。2.2轮速传感器选择转速传感器的作用就是探测车轮的转速，以及向ABS中电控单元输入速度信号。如图（图2.1），转速传感器安装于车轮中。图2.1转速传感器在车轮上的安装位置（1）电磁式转速传感器结构传感头结构见下图（图2.2），包括永磁体2、极轴5、感应线圈4、极轴的头部结构分为凿式与柱式。图2.2车轮转速传感器剖视图1.电缆2.永磁体3.外壳4.感应线圈5.极轴6.齿圈齿圈6在转动过程中齿顶与齿隙相间对向极轴。当车轮转动时会带动轮辋运动，而轮辋上的压力传感器会测量轮与地面之间的作用力。齿圈转动时，在感应线圈中，磁通量会交替发生变化，由此形成感应电动势，该信号经感应线圈端部电缆1传入ABS中电控单元。改变齿圈转速后，感应电动势频率随之改变。ABS电控单元检测感应电动势频率，从而检测车轮转速。电磁式轮速传感器具有结构简单，造价低廉的特点，但是有以下不足：其一，它的输出信号在不同转速下幅值不同。当车速过高时，由于电磁线圈产生很大的电流和磁场使转子旋转速度加快，使得磁通密度增加，导致输出电压降低，从而影响了传感器的灵敏度和可靠性。如果速度太慢，它的输出信号小于1V，电控单元则不能被探测；如果速度过高，则由于电路中电阻等元件老化引起的非线性影响会使测量值偏离真值率很高。二是响应频率低。转速过高时，传感器频率响应赶不上。由于这些原因，电磁差动轮对制动效果影响不大。目前国内外ABS系统控制车速范围通常在15～160km/h之间，未来需要将控制速度的范围扩展至8～260km/h，直至更大，很明显，电磁感应式轮速传感器是难以适应的。（2）霍尔轮速传感器`霍尔轮速传感器还包括传感头、齿圈。传感头采用永磁体制成，霍尔元件与电子电路及其他部分，永磁体磁力线经霍尔元件进入齿轮内，如图2.3。图2.3霍尔轮速传感器示意图1.磁体2.霍尔元件3.齿圈在齿轮处于图（a）中显示的位置上时，通过霍尔元件时，磁力线发散，磁场比较弱；以及当该齿轮处于该图中所指示的位置（b）上，通过霍尔元件，磁力线高度集中，磁场比较强。齿轮在旋转过程中使通过霍尔元件磁力线密度改变，从而导致霍尔电压发生改变，霍尔元件将输出一个毫伏（mV）电平的准正弦波电压。通过检测出这个电流值便可得到齿轮速度信息，从而实现对汽车行驶过程中车轮的精确控制，该信号也需要通过电子电路变换为标准脉冲电压。霍尔轮速传感器的优点是：一是输出信号电压幅值受转速影响较小；二是频率响应大。由于霍尔轮与被测车辆车轮间有间隙，所以在测量中产生了一定的误差。它的响应频率可以达到20kHz，对应于速度在1000km/h时探测到的信号频率；第三，具有较强的抗电磁波干扰能力。所以霍尔传感器不但在ABS轮速检测中得到了广泛的应用，还被广泛地应用在其控制系统转速检测中。本文对比了霍尔式轮速传感器和电磁感应式轮速传感器比较具有的优势：（1）输出信号幅值随轮速变化而恒定。（2）频率响应大，响应频率可达20khz，应用于ABS系统可以检测出大约1000Km/h的速度信号，大大地满足了使用的需要。（3）具有较强的抗电磁干扰能力，因其输出信号全轮速恒定，且幅值较大，故具有较强的抗电磁干扰的能力。考虑到霍尔传感器具有相对优势，本次设计使用霍尔轮速传感器进行测量。2.2.1霍尔传感器的设计霍尔轮速传感器应由开关型集成霍尔传感器与线性集成霍尔传感器2种类型组成。集成霍尔传感器是由硅集成电路在硅片上制作而成的传感器，它与传统的霍尔效应器件相比具有体积小、重量轻、功耗低、易于实现大规模集成电路等优点，特别适用于测量磁场。霍尔开关电路由霍尔数字电路、稳压器、霍尔片及差分放大器和施密特触波器等组成，其输入端与输出级连接。当外磁场的磁感应强度增加时，导通阀打开，霍尔电路输出管导通，输出低电平B；当外加磁场达到一定值后，B值减小，BRP2被吸合到输出管上，输出高电平。BOP为工作点和BRP释放点之间的差值。当BOP-B=BH时，会产生一个回差。霍尔信号经过放大后再输入到A/D转换器进行转换，得到电压值；通过运算可得电流大小。霍尔信号的频率随外界环境变化而改变，其周期也会随之发生变化。这种现象称为回差，回差值越大，说明性能越好。反之则相反。回差的大小直接影响到整个开关电路的性能和抗干扰能力。该系统采用了三通道四传感器排列方式，需4个传感器。每个传感器都有各自不同的特点，可单独使用也可以组合使用，以满足对各种环境条件下进行检测要求。霍尔传感器构成：传感头、齿圈。传感头包括永磁体霍尔元件，电子电路。2.2.2霍尔开关电路的选择霍尔轮速传感器主要由霍尔元件构成，要求其能输出大霍尔电压，并且温度漂移应尽量小，并要求其背后电路力求简单，从而缩小了尺寸，增加了可靠性。该系统选用了南京中旭电子公司CS3121霍尔开关电路。由于采用了集成芯片，使得霍尔器件的性能得到很大改善，从而降低了成本，简化了电路设计。该开关电路包括：电压调整电路、霍尔电压发生器等、差分放大器，施密特触发器、反向电压保护装置、温度补偿电路和集电极开关的输出极构成可以把磁场信号变换为数字电压输出，对于温度，电压变化较为平稳。它的适用参数为：电压电源范围宽VCC4.5V～30V；工作温度范围为-40～125摄氏度；无触点的电压极性反向保护器、具有良好的快速响应性、高频率、寿命长、能与TTL直接连接等特点、MOS与其他逻辑电路的接口，尺寸较小，便于安装。经过霍尔元件中的信号变化过程如下：系统所选用的霍尔开关型传感器的结构示意图如下：图2.4霍尔开关电路原理图1引脚接5v电源；2引脚接地；3接输出ABS系统霍尔传感器接线图如下：图2.5霍尔传感器在ABS系统中的接线图霍尔元件用永磁铁包封，经TTL电路缓冲后可直接传输至单片机高速输入端口。车轮轮速传感器也是由齿圈与霍尔传感头两个部件构成的，齿圈装于随轮旋转的零件上，例如半轴套筒、转向节、制动底盘等。它是通过测量轮毂与路面间的摩擦而产生电信号来检测车轮转速的。以确保轮速传感器输出的信号没有误差，在装设轮速传感器时，传感头应准确与齿圈对齐，要确保两者之间存在合适的空气间隙，且需要安装稳固。唯有如此，才能够保证车辆制动时的震动不对传感信号造成干扰与影响，实现无误输出。同时，还要注意维护保养。以免灰尘及溅泥，积水，要采取适当密封与润滑措施。传感器安装方案确定，传感器选型后，按安装地点，安装空间尺寸和使用传感器技术参数，设计了转速传感器用目标齿盘。齿盘设计应具备这一要求：齿盘设计要确保生成车速信号频率处于传感器测量范围；车速测量误差应该很小；能满足高速时对低速行驶车辆进行速度控制的需求。使得输出脉冲信号具有适当占空比；加工方便且稳定。2.3电源设计电子控制单元以单片机为中心，它对于供电电源提出了更高的要求。目前，汽车上使用的蓄电池一般都是通过充电或放电来维持电池工作。且蓄电池电压不稳，大电感用电器断开时，会使线路产生高频振荡的电磁波，峰值高达280V，而由点火电路产生的负脉冲电压在50～100V范围内出现峰值，并且在电气系统中具有一定的出现频率。这样就会使用电设备发生短路和断路事故。所以在电源的设计中必须要考虑到这几个方面。系统的稳压电源如图3-9所示，本实用新型能够将蓄电池供给的非稳定24V电压转换为可以为单片机80C196KC工作的4.5～5.5V高稳定电压。电压变换电路选用78XX系列一体化三端稳压器。该器件具有体积小、重量轻等特点，而且其工作方式与传统的正弦波型稳压电源一致。三端稳压电源的输出电流在100mA～3A之间，稳压系数在0.005%～0.02%之间，纹波抑制比达到56～68dB，能更好地满足单片机电压要求。如图2.6所示，C1可避免因输入引线过长引起电感效应自激。采用C2来降低负载电流瞬间改变所带来的影响。图2.6电源电路2.4信号输入电路设计在ABS系统中，车轮轮速作为主要的输入信号，对所述信号进行采集、处理是整个系统控制的关键。以使得所采集的轮速信号能够由单片机进行正确辨识，该系统所用霍尔传感器其由传感器和信号处理电路组成，由于他能直接输出标准方波信号，很适合HIS高速通道的采集，80c196kc的四个HIS口可以直接接收四个轮速传感器的脉冲信号，并且能够在某一时间内同时记录下触发过程中的状态与时间。它们和一般输入端口在三个方面有很大不同：（1）HIS既可以检测某一条输入线的状态变化情况，又可以同步记录该状态出现的瞬间。（2）HIS内部设有FIFO寄存器，它与保持器配合使用，可以一次记录最多八个事件，cpu会适时读取并处理这些事件，（3）HIS可以通过其四条输入线探测各种模式的状态改变。通过光电耦合器将轮速传感器的脉冲信号转换为电平，实现信号隔离，缓冲器整形后送入80c196kc高速输入端，输入信号的逻辑运算与处理等。其信号联系参照下图所示：图2.7轮速信号输入电路方框图输入电路的连线图：图2.8轮速信号输入电路图2.5电磁阀驱动电路设计该设计采用P1口输出高，低电瓶组合成不同状态，控制油路通断达到增压，保压和减压。80C196KC中P1口是一个准双向输入/输出口，包括缓冲器内口锁存器、内口寄存器、外口锁存器、外口寄存器、内口寄存器组成，外口锁存器中设置有上拉电阻结构，当口数据再0变为1后，可在短期内产生较强上拉作用，加快转变进程：外口锁存器输出后，有锁存功能，即口改写数据之前不发生变化。控制压力归结到P1.0与P1.1、P1.2与P1.3之间、对P1.4、P1.5输出状态进行控制，它的逻辑关系表如下：表2.1P1口与电磁动作逻辑关系表从逻辑关系表中可以看出，若系统要求电磁阀有不同控制只需在P1口有不同文字即可。电磁阀的驱动电路见图2.9：图2.9电磁阀驱动电路缓冲单元的设计：画面中74LS06为集电极开路六反相缓冲器，增加是为了增加输出电路带负载功能，使得传输通道和单片机接口之间电气匹配合理。光电耦合器单元：输出接口隔离技术位于开关量输出通道内，为了避免现场的强电磁干扰或者工频电压从输出通道向控制系统的反窜，通常需要用到通道隔离技术。光电耦合器利用光电转换原理进行信息传输，其使得信息产生端到接收断处的电气绝缘电阻可以达到数百兆Ω以上，因此具有较强的抑制地电位差干扰及电磁干扰的能力，光电耦合本质上就是针对干扰噪声进行隔离并形成有用信号的通道，这是抗干扰措施中最主要的手段，同时具有信号传输速度快，价格低廉，界面简单等特点。2.6泵电机驱动电路设计针对ABS系统电动泵传动需求，泵驱动电动机通过管路减压时会向蓄能器供油，确保其处于高压状态。该系统选择采用继电器控制电动机运行和停运状态。继电器选择：根据泵驱动电动机工作电压与工作电流以及接点工作电压与工作电流，选用机型：J2C-21F/012继电器。该继电器是以半导体二极管作为开关元件而制成的一种新型继电器。它的电参数如下：额定工作电压：12V（DC），线圈电阻400Ω，吸合电压9.8V，线圈耗用了0.36W功率。接点负荷电压28V、电流3A，其电路图如下，按继电器额定工作电压，额定工作电流，可判断继电器工作电流是：30mA，7407可将10～15mA送入光电耦合器，光耦合器的TIL117的电流传输比为50%，因此，其输出电流在5mA到10mA之间，经晶体管电流放大后，即可达到电流驱动。图2.10泵电机驱动电路二极管D1具有保护晶体管T的功能，继电器J相吸时二极管D1处于截止状态，对电路工作无影响继电器放线时因继电器线圈中有电感此时晶体管已处于截止状态，故在线圈两端有很高感应电压出现，该感应电压极性为上负下正且正端接于T集电极处，电感电压Vc和Vc比晶体管TD集电极处反向电压大时晶体管有可能被破坏，加二极管D时继电器线圈中有感应电流通过二极管D，故电感电压Vc不大，对晶体管有保护作用。第3章系统软件设计汽车防抱死制动系统有它独特之处，除了汽车自身环境恶劣，需要系统抗干扰能力强，可靠性高等特点外，其重要特点之一就是控制过程需要速度快，多数系统循环需要毫秒量级，这就给控制算法带来了极大的局限性，繁杂的算法是不会被执行的。或者是实用系统硬件成本过高，而且过于简单的算法也无法达到控制的质量。性能优良的ABS，必须保证车辆在多种道路条件下都能制动，都可以让车轮得到尽可能多的纵向制动力，防侧滑，与此同时，使得车轮制动力矩的变化范围尽量小。经典控制理论只适用于单输入-单输出的线性系统，本文提出了基于频率法和根轨迹法相结合的设计方法。ABS控制系统是一个由多个被控制对象组成的复杂的系统，由于汽车的制动过程是一个典型的非线性、多输入、多输出系统，所以用经典控制理论对它进行分析和设计是不合适的，ABS控制方法也就应运而生了。德国Bosch公司于1936年应用于ABS系统之控制方法为一建立于经验与逻辑上之控制方法，该方法之基本原则为：先观测车轮运动状态与控制车轮制动之控制量（例如油压）间之经验关系，拟定能让车轮最佳运动状态之控制法则，制动时将车轮加减速度值与参考滑移率值与其门限值表示车轮之运动状态，再依据拟定之经验控制法则判断车轮制动时之运动状态与参考滑移率之门限值，从而实现对车轮运动状态之调控。除根据车轮加减速度门限值进行控制的方法之外，也有建立在经典控制理论基础上的PID控制方法。在ABS控制系统中采用PID控制方法，它不通过对被控对象建立数学模型，同时又是以经验为主的控制方式。PID控制方法的控制对象为滑移率，直接求出控制量与控制目标偏离程度的对应关系。但是采用PID控制方法进行控制时，需要获取真实车速信号，获取车速信号，就目前来说，还存在着一定的难度。现代控制理论可以运用状态空间方法，通过对被控对象模型的建立，解决了多输入-多输出系统的复杂控制问题。在ABS控制方法中，以制动过程模型为基础的现代理论控制方法随之应运而生。其中最具代表性的是最优控制方法。其基本原理为：给出制动过程数学模型及一种最优性能指标，寻找最优控制函数，使得系统从初始状态到达终止状态时，性能指标达到最小值。这种控制思想在传统上被认为是最优控制。现代控制理论是针对被控对象而提出的，需要有一个准确的线性数学模型。且汽车制动过程为非线性系统。将最优控制方法和其他现代控制理论方法运用到ABS的控制方法中，描述制动过程的准确数学模型很难建立，且控制算法比较复杂，在运用中存在局限性。滑模控制作为变结构系统中的一种特例，变结构控制就是状态变量对不同控制区域采取不同控制率的控制方式，滑模控制方式就是把控制切换开关定位于滑模表面，首先当状态达到滑模表面时状态会维持在其之上，其次当滑向状态平衡零点时引入开关函数使滑模切换到滑模表面，此时不受系统扰动，系统参数不确定等因素影响。以现代控制理论为基础，进行汽车电子防抱制动控制研究，各种高级优化控制方案均可被提出，如“PID控制方式”、“最优化控制方式”和“滑模变结构控制方式”等。针对其控制模型进行了计算和分析，这些控制方式实现了ABS系统的控制，会有极为优良的防抱和制动性能。但要得到数学模型所需要的有关控制参数和状态变量，都需要对车体运动速度进行精确实时测量。汽车行驶的时候，车速和轮速不是等同的，车速是由轮速间接得到的，无论从准确性还是实时性等方面，均无法达到上述控制方式。目前能达到要求的车速传感器（如多卜勒雷达等）因造价过高而无法使用。此外，要达到上述控制方案，电伺服机构较为复杂。因而，ABS产品实际应用上述方案的不多。3.1主程序设计软件的设计是将控制算法转化为单片机可以实现的软件。该系统的软件部分包括：轮速数据的采集，轮速的处理、防抱死控制，故障诊断，利用80C196KC单片机开发装置，对控制器进行了软件调试。ABS系统在软件设计中采用了以MCS为核心C语言，使用模块化设计，增强软件可靠性。该系统主要用于汽车行驶安全方面，由两部分组成：防抱死控制单元与故障检测单元连接。主程序流程见图3.1。图3.1主程序流程图3.2防抱死控制部分设计在程序设计中，防抱死控制程序设计既是关键，又是难点，采取以加为主、减速度的门限值占主导地位，以滑移率门限值作为辅助控制策略，这种控制策略逻辑较为复杂。防抱死控制的程序流程见图3.2。图3.2防抱死控制程序流程图3.3故障诊断部分设计ABS系统以常规制动系统为原理，也就是常规制动系统，它是ABS发挥作用的基础，如果常规制动系统出现了故障或者失灵，ABS顿时失去了控制作用，也就是失去了阻止车轮彻底抱死的作用。而且ABS失效时常规制动系统仍能照常使用，就是没防抱死效果。故障诊断流程见图3.3。图3.3故障诊断流程图ABS用作汽车的电子安全装置，它的可靠性特别重要。自动诊断功能对于保证高可靠性至关重要，主要应用于对轮速传感器、制动调压装置（增减压电磁阀和液压源电机）、对电子控制装置和蓄电池的运行状态实施监测，当检测到问题时，存储故障代码，立即切断ABS电源，连接故障指示灯，让车辆回复常规制动状态。ABS具有制动诊断功能，贯串在软件流程之中，不但能对行车安全起到保障的作用，并能定位故障，给维修提供了方便。1.了解ABS自身的工作原理和特点，熟悉其自动检查和维修方法。汽车的电子控制单元（ECU）根据输入和输出信号计算出相应的电压值。当这些信号电压值较小时，经过一段时间以后，ECU会自动报警。若电路正常，ABS可继续工作。当传感器输出的信号为电信号时，由于传感器齿圈间有专用的专门线路连接着，所以可以通过测量传感器输出的信号来判断出车轮脉冲是否正常，从而达到诊断齿圈故障的目的。2.检测了8个电磁阀和回油泵电机组成的驱动电路。当汽车启动后，将制动信号输入到这8个电磁阀和回油泵电机上，产生相应的激励信号与响应信号，经V/F转换为频率信号送入CPU，再经采样/计数器处理后输出相应的响应信号，并显示出相应的电压。当CPU进入ABS循环状态时，根据设定的工作电压和相应的控制逻辑来判断其工作状态是否正常，如正常则打开增压阀或减压阀，如不正常则关闭电磁阀，并切断液压源电机。3.检测蓄电池电压。当车辆起动时对蓄电池的电压进行检测，发现电压过高或过低均视为蓄电池异常。4.检测传感器。轮速传感器输出的信号经过整形放大之后输入CPU，可以依据单位时间内脉冲数计算车轮速度。在没有制动信号的情况下，依