王悦新，齐晓杰，张金柱，孙远涛

（黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨150050）

汽车防抱死制动系统（ABS）是一种在制动时能够自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果的制动系统。该系统能够有效地缩短制动距离、提高制动时的方向稳定性，对汽车的行驶安全具有重要的意义。dSPACE是基于 MATLAB／Simulink仿真系统开发的软硬件实时控制工作平台，利用它可缩短系统的开发时间，节约开发费用。本文利用该系统开发ABS控制器，选择了ABS控制器的硬件并设计了ABS控制器的软件。

1 ABS系统控制策略及控制方法

1.1 ABS系统的控制策略

图1为一个四轮汽车防抱死控制系统的示意图。汽车的制动系统随车型的不同而不同，同样ABS系统也因车而异。因此，ABS的类型较多但基本都由中央控制器、压力调节器（电磁阀）、轮速传感器、警示灯以及一些控制继电器组成。车轮转速传感器一般为电磁感应式，通常安置在被控车轮上。电磁阀既可以设置在制动总泵至制动分泵的制动管路中形成分离结构，也可与制动总泵合为一体形成整体结构，对制动压力进行调节。电子控制器是防抱死制动系统的控制中枢，它主要接收车轮转速传感器和制动灯开关等输入的信号，对制动过程中被控车轮的运动状态进行监测，根据需要对压力调节器进行控制，使压力调节器对被控车轮的制动压力进行保持、减小和增大等调节，并根据车轮转速传感器反馈的信号修正控制指令。电子控制器还具有对防抱死制动系统的工作状态进行监测的功能。ABS报警灯安置在仪表板上，由电子控制器控制其亮灭，指示防抱死制动系统的工作状态。

图2为增压阶段ABS工作原理，ABS系统控制策略如下所述：

1）普通制动（ABS不工作状态）。在制动力较小、车轮未出现滑移或车速较低时，ABS处于不工作状态，此时，电动泵的电动机也是处于不工作状态。

2）紧急制动（ABS工作）。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没参与控制，整个过程和常规液压制动系统相同，制动压力不断上升。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保持关闭，系统油压保持不变。若制动压力保持不变，车轮有抱死趋势时，ABS电子控制单元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。为了制动最优化，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，进油阀打开使得制动液被泵入液压制动系统，随着制动压力的增加，车轮转速又降低，如此反复循环控制。

1.2 ABS系统的控制方法

通过dSPACE软件模拟PWM波来实现对开关电路的控制，从而完成对ABS泵的反复循环控制（工作频率为5～6次／s），将车轮的滑移率始终控制在20%。在制动的初始阶段，制动压力上升，车轮产生制动减速度，当车轮达到某一减速度值，说明车轮已有抱死倾向，车轮状态处于不稳定的区域，这时减小制动压力。此时Matlab模型要求每组电磁阀中的出油阀关闭，进油阀打开，此时处于增压阶段。车轮由于惯性仍有一段制动减速度下降，随后制动减速度开始上升，最终产生车轮角加速度。这表明车轮已恢复到稳定的车轮特性区域，希望车辆尽可能多的时间内停留在这一区域内，所以保持制动压力。此时Matlab模型要求每组电磁阀中的出油阀关闭，进油阀打开。减压阶段则进油阀关闭，出油阀打开。增压阶段电动液压泵工作，其它时间电动液压泵不工作。

2 ABS控制器硬件开发

2.1 驱动电路设计

电磁阀的开关需要继电器控制，继电器驱动电路如图3所示，利用dSPACE产生PWM（Pulse Width Modulation）波，控制继电器开关，进而完成对ABS电磁阀的开关频率控制。通过控制周期和占空比得到10Hz的电磁阀开关频率。此频率符合ABS电磁阀的开关频率。

图3 继电器驱动电路

2.2 dSPACE硬件部分及外围电路

本系统利用dSPACE普通I／O口作为信号采集和信号输出端口。其中开始信号按键与Y3 Group 4ch 1in端口相连，提示测试开始，其开关电路如图4所示。本系统采用的车速信号模拟装置为十转绕线电位计。电路由R1与R2＋R3组成分压电路，再由U1缓冲器得到一稳定的参考电压Vf1，将此稳定的参考电压送至电位计。参考电压为3.6V，经过十转的电位计，每一转360°，十转计有3 600°，因此，可以达到每一度的电压为1mV的精度。R6、R7、U4、R5、R4组成 OFFSET 电路，使V0输出电压在0°时，电压为0V。电路如图5所示。输出端由 MicroAutobox的DIO＿TYPE1＿BIT＿OUT＿M1＿G1＿C1和DIO＿TYPE1＿BIT＿OUT＿M1＿G1＿C2端口引出，连到继电器电路上进而控制相应ABS电磁阀。

2.3 程序编制

本系统利用 Matlab／Simulink建立控制模型，对三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：开始信号（ABS开始工作）、车速信号及滑移率信号，其中信号为低电平单脉冲信号，由于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，所以封装了如图6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。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。输出分别是进出油阀开关和电动液压泵启动信号。

图6 布尔变量延时子系统

主程序如图7所示。

图7 ABS控制器主程序

此程序包括对滑移率及车速信号的模拟及电磁阀的输出响应，out1和out2分别对应一组进出油阀。滑移率的临界值为20，通过把constant等于15的数值和幅值为10、频率为1的正弦函数相加来得到峰值达到20的正弦函数。当滑移率达到20时，constant1经开关量switch输出1，经case后out1输出1，同理经not逻辑取反out2输出0，由程序控制最后输出信号为1、0，1、0对应控制每个车轮两个电磁阀的开关状态，进油阀关闭、出油阀打开此时进入ABS减压状态。当滑移率小于20时，constant1经开关量switch输出0，经case后out1输出0，同理经not逻辑取反out2输出1，进油阀打开、出油阀关闭进入增压状态。当 ADC（选择converter2、channel4接口）模拟的车速信号大于20km／h时，case1里的default才起作用，经switch2处理，switch case中的default起作用使得out1和out2都输出0，此时是常规制动系统起作用。Bit in是个输入开关量表示车速大于20km／h时ABS准备工作。只有增压状态下点动液压泵才工作，比较进油阀打开时刻，电动液压泵延时工作，通过封装好的布尔变量的延时子系统来实现。

2.4 Controldesk实现

基于MicroAutobox的Controldesk实现如图8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。车速小于20km／h，ABS不工作。

图8 Controldesk实现

利用ControlDesk对输入信号和输出信号进行监测。当按动开关的时候，在状态指示中能够显示按键信息，右端显示发送的相应动作信号，用一个车速表显示模拟车速。

3 结束语

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。开发的ABS控制器能够满足车辆的实际要求。本文最终实现用dSPACE软件模拟PWM波，来实现对继电器电路及电磁阀的控制，从而实现ABS控制器的功能。但该控制器在实车上应用即通过targetlink定标把程序下载到单片机中实现对滑移率信号和车速信号的实时提取、精确控制还要作进一步的研究，油压信号的应用也在后续的考虑范围内。

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