基于MC9S12DP256的汽车ABS系统的电路设计

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1 引言

1.1 课题的背景与目的

“ABS”中文译为“防锁死刹车系统”。它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。ABS最早可追溯到20世纪20年代。1928年，ABS理论被提出；20世纪30年代，机械式 ABS在火车和飞机上得到应用；1954年，福特公司将飞机的ABS移置在林肯 (Lincoln)轿车上；1957 年，凯尔斯·海伊斯(KALSEY-HAYES)公司进行的ABS试验表明， ABS能够防止制动过程中汽车失去方向控制，并能缩短汽车的制动距离；60年代后期到70年代初期，电子控制的制动防抱死系统进入产品化阶段；70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为防滑控制系统的实用化奠定了基础。 目前应用的ABS产品基本都是基于车轮加、减速门限值及参考滑移率方法设计的。

目前，国际上ABS在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数类型汽车的标准装备。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%以左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100%。

以前消费者买车，都把有没有ABS作为一个重要指标。随着技术的发展，目前，我国绝大部分轿车已经将ABS作为标准配置。但对于ABS的认识以及如何正确使用，很多驾驶员还不是很清楚，甚至还出现了一些对ABS的误解。一些驾驶员认为ABS就是缩短制动距离的装置，装备ABS的车辆在任何路面的制动距离肯定比未装备ABS的制动距离要短，甚至有人错误地认为在冰雪路面上的制动距离能与在沥青路面上的制动距离相当；还有一些驾驶员认为只要配备了ABS，即使在雨天或冰雪路面上高速行驶，也不会出现车辆失控现象。 ABS并不是如有些人所想的那样，大大提高汽车物理性能的极限。严格来说，

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ABS的功能主要在物理极限的性能内，保证制动时车辆本身的操纵性及稳定性。同时，在加速的时候，也能防止轮胎的纯滑移，提高了加速性能和操作稳定性。

1.2 ABS在我国的现状和展望

我国对ABS的研究现状开始于20世纪80年代初。目前，我国政府已制定车辆安

全性方面的强制性法规，GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，规定首先在重型车和大客车上安装电子控制式ABS。GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》又具体规定了必须安装的车型和时间。规定决质量大于12000kg的长途客车和旅游客车总质量大于16000kg 允许挂接总质量大于10000kg 的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装ABS。

我国有许多单位和企业从事ABS的研制工作，东风汽车公司、重庆公路研究所、北京理工大学、清华大学、上海汽车制动系统有限公司和山东重汽集团等。其中山东重汽集团引进国际先进技术进行研究已取得了一些进展。重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动FKX-ACI型ABS装置已通过国家级技术鉴定，但各种制动情况的适应性还有待提高。清华大学研制的适用于轻型和小型汽车的液压ABS系统，北京理工大学和上海汽车制动系统有限公司致力于轿车的液压ABS系统的研究，已分别取得初步成果。

根据国内外的一些研究动态和高档轿车的实际应用表明，ABS技术将沿着以下几个方面继续发展：

（1）ABS和驱动防滑控制装置ASR一体化。ABS以防止车轮抱死为目的，ASR是防止车轮过分滑转，ABS是为了缓解制动，ASR是为了施加制动。由于二者技术上经较接近，且都能在低附着路面上充分体现它们的作用，所以将二者有机地结合起来。

（2）动态稳定控制系统VDC（或电子稳定控制（ESP））。VDC主要在ABS/ASR基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。ABS与电子全控式（或半控式）悬架、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控制系统在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车在各种恶劣情况下行驶时，都具有良好的动态稳定性。

（3）ABS/ASR与自动巡航系统（ACC）集成。自动巡航控制系统（ACC）的目的是在巡航行驶时自动把车速限制在一个设定的速度，并且能够根据前方车辆的行驶善，自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。在遇到障碍物时，可以自动施加制动，把车速调整到安全范围内。由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的轮速

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采集系统，制动压力调节装置以及发动机输出力矩调节装置，因此ABS/ASR/ACC集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全性能。

（4）减小体积，降低重量。为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车的重量了随之增加，对燃料经济性不利。所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量地减少重量。另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求ABS控制器的体积尽可能的小一些。

（5）随着ABS与新一代制动系统的结合，如电子液压制动EHB、电子机械制动EMB、ABS有了更快的响应速度，更好的控制效果，而且更容易与其他电子系统集成。ABS将成为集成化汽车底盘系统中不可缺少的一个节点。

（6）在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置（EBD）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，高速计算出汽车四个轮胎与路面间的附着力大小，然后调节车轮与附着力的区配，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。

（7）在ABS系统的基础上扩展成车速记录仪（VSR），又称汽车黑匣子。该装置通过实时采集的四个车轮轮速信号，再现交通事故发生过程中汽车的实际运行轨迹以及驾驶员对车辆的操作情况，便于公安交通管理部门能准确判断事故的责任。

掌握ABS核心技术不但是非常必要的而且具有深远意义，可有力地推动我国汽车工业的现代化进程。

1.3 ABS的应用

ABS的全名是Anti-lock Brake System（防锁死制动系统）或Anti-skid Braking System（防滑移制动系统），它能有效控制车轮保持在转动状态，提高制动时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。ABS通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器不断检测各车轮的转速，由计算机算出当时的车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想制动状态。

1906年ABS首次被授予专利，1936年博世注册了一项防止机动车辆车轮抱死的“机械”专利。所有的早期设计都有着同样的问题：因过于复杂而容易导致失败，并且它们运作太慢。1947年世界上第一套ABS系统首次应用于B-47轰炸机上。Teldix公司在1964年开始研究这个项目，其ABS研究很快被博世全

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部接管。两年内，首批ABS测试车辆已具有缩短制动距离的功能。转弯时车辆转向性和稳定性也被保证，但当时应用的大约1000个模拟部件和安全开关，这意味着被称为ABS 1系统的电子控制单元的可靠性和耐久性还不能够满足大规模生产的要求，需要改进。博世在电子发动机管理的发展过程中获得的技术，数字技术和集成电路(ICs)的到来使电子部件的数量降低到140个。

博世的工程师在1993年，使用新的电磁阀创造了ABS 5.0，并且在后来的几年研发了5.3 和5.7 版。新一代的ABS 8的主要特性是再次极大地减轻了重量、减少了体积、增大了内存，同时增加了更多功能，如电子分配制动压力，从而取代了减轻后轴制动压力的机械机构。当年有些汽车工业分析专家预言得到了证实：到20世纪90年代中期以后，世界市场上的大多数汽车和卡车将装备ABS。

2 关于MC9S12DP256

2.1 MC9S12DP256芯片的简介

MC9S12DP256 Motorola 16位单片机HCS12家族中的一员，其处理单元采用16位的STAR12CPU。片内资源包括256KB的Flash ROM、12KB的RAM、4KB的EEPROM、一个8通道的脉冲宽度调制模块(PWM)、一个8通道的增强型捕捉定时器模块(ECT)、两个8通道的A／D转换模块(ATD)、两个串行通讯接口(SCI)、三个串行设备接口(SPI)等。在Codewarrior集成开发环境中，可以对单片机进行程序编辑、编译、下载和在线调试，使其开发十分便利。ECT模块具有八个输入捕捉／输出比较(IC／OC)通道，四个8位或两个16位的脉冲累加器(PA1)通道。当该模块运行时，16位的自由定时器按照设定的时钟频率在$o000～$FFFF之间循环计数。若某个通道设置为I／O功能，当被测信号的设定边沿到来时，输入捕捉逻辑立即将自由定时器的内容捕捉到16位的IC／OC寄存器中，其分辨能力高达1 s甚至更高，并设置中断请求标志， 随后程序进行中断处理。若某个通道设置为OC功能，输出比较逻辑自动将IC／OC寄存器的内容与自由定时器的内容进行比较，一旦相符立即操作对应的引脚，同时设置相应的中断标志， 随后程序进行中断处理，引脚输出波形的时间分辨能力也可以达到1 s甚至更高。

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脉冲计数器则只对输入脉冲的个数或者边沿进行计数，不产生中断。在轮速采集算法中使用了该功能。IC／OC与通用I／O 口PORTr共享八个引脚。四个8位的PAl通道0～3与前四个IC通道IC0N3共享引脚PORTF0～3。本控制器中，PORTF0—3使用脉冲累加器功能，注录四个轮速传感器的脉冲个数。当产生实时中断(RTI)后，中断程序读取脉冲累加器的值，计算车轮的速度，同时脉冲累加器清零，重新开始计数。PORTT4～7使用输出比较功能，当IC／OC寄存器的值与自由计数器的值相等之后，产生中断，四个中断程序分别处理各自轮子的ABS控制策略。

2.2 针对MC9S12DP256的编程

图2.1 MC9S12DP256的内存中断分布

寄存器、RAM、EEPROM可以通过设置INITRG、INITRM、INITEE来重新分配他们的位置。这些寄存器只能写一次，建议在初始化分配寄存器、RAM、EEPROM的位置。对每个INITxx赋值后，在其指令后需插入一空指令。如果映射有冲突，寄存器具有最高优先级，与其重叠的RAM和EEPROM此时无效。复位后，寄存器从0x0000开始，但可以被映射到64K空间内的前32K的范围内，而且映射的地址必须是2K的整数倍。

1、复位后RAM区从0x1000开始，但可以被映射到64K字节空间内的任何16K字节块内。

2、RAM15-14用来决定RAM区映射到哪个16K的字节块中。RAM13-11不起作用。

3、RAMHAL用来决定12KRAM是放在16K的后12K区域还是前12K区域。

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通过CALL来调用非固定页中的函数，最后用RTI指令返回Codewarrior引入两个关键字：near, farNear函数用JSR或BSR来调用Far函数用CALL来调用比如：void far func1(void); //func1函数放在非固定页中，可以被其他页的函数调用const int *far ptr; //指向常量的指针放在非固定页中，这个指针可以用来指向非固定页中的变量 Codewarrior支持3种不同的内存模型：SMALL（默认），平面的64K的地址空间。所有的函数都是nearBANKED，即采用分页地址。所有的用户的函数都被默认为far，far类型的数据指针可以在SMALL和BANKED中使用LARGE，默认为数据和代码均为分页模式。所有的函数和数据指针都是far类型。这种内存模型运行时间比较长，因此很少使用代码和数据可以被分组被Linker放在特定的存储区中#pragma用来给代码段或数据段命名并分配属性#pragma CODE_SEG定义一个代码段。NEAR规定本段中的函数用JSR来调用，即只能被本页函数调用，除非把它放在固定页中FAR规定本段中的函数用CALL来调用如果没有规定NEAR或FAR,函数的类型由内存模型来决定。

如果没有规定段，则代码放在DEFAULT_ROM中所有跟在#pragma CODE_SEG后面的函数回放在该段中，直到下一个#pragma CODE_SEG出现，因此在头文件中，声明函数原型时，必须使用#pragma CODE_SEG #pragma CODE_SEG FUNCTIONS void func1(void); void func2(void); #pragma CODE_SEG DEFAULT #include \#pragma CODE_SEG FUNCTIONS void func1(void) {

/* code */ };

void func2(void) {

/* code */ };

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#pragma CODE_SEG DEFAULT

#pragma DATA_SEG把全局变量发到一个特定的段中#pragma DATA_SEG [SHORT] SHORT规定本段中的全局变量采用直接寻址方式。但是这段变量必须放在$0000到$00FF中如果没#pragma DATA_SEG，全局变量将会被放到DEFAULT_RAM段中所有跟在#pragma DATA_SEG后面的函数回放在该段中，直到下一个#pragma DATA_SEG出现如果全局变量被其他文件使用，则在其他文件中声明变量时，必须重复使用相同的#pragma DATA_SEG中断函数需要放在固定页#pragma TRAP_PROC表示以下的函数将用RTI指令返回如果使用interrupt关键字，则不必再#pragmaTRAP_PROC__NEAR_SEG显性地表示这段代码放在固定页 #pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED #pragma TRAP_PROC

void interrupt_func1(void) {

/* code */ };

#pragma CODE_SEG DEFAULT

#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED void interrupt interrupt_func1(void) {

/* code */ };

#pragma CODE_SEG DEFAULT

3 ABS系统各组成部件的功能

3.1组成元件

传感器 （2）车速传感器

检测车速，给ECU提供车速信号，用于滑移率控制方式 （3）轮速传感器

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检测车轮速度，给ECU提供轮速信号，各种控制方式均采用 （4）减速传感器

检测制动时汽车的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面，只用于四轮驱动控制系统

执行器

（6）制动压力调节器

接受ECU的指令，通过电磁阀的动作实现制动系统压力的增加、保持和降低 （7）液压泵

受ECU控制，在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；在循环式制动压力调节器调节压力降低的过程中，将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。 （8）ABS警告灯

ABS出现故障时，由EUC控制将其点亮，向驾驶员发出报警，并由ECU控制闪烁显示故障代码 （9）ECU

接受车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判别、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作

图3.1 ABS集成控制系统框图

3.2 传感器的结构型式与工作原理

(一) 转速传感器

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齿圈与轮速传感器是一组的，当齿圈转动时，轮速传感器感应交流信号，输出到ABS电脑，提供轮速信号。轮速传感器通常安装在差速器、变速器输出轴、各车轮轮轴上。轮速传感器在车轮上的安装位置轮速传感器是由传感头和齿圈等组成。

(二) 横向加速度传感器

有一些ABS系统中装有横向加速度传感器，因里面主要开关触点组成，因而一般称为横向加速度开关。横向加速度低于限定值时，两触点都处于闭合状态，插头两端子通过开关内部构成回路，当汽车在高速急转弯过程中，横向加速度超过限定值时，开关中的一对触点在自身惯性力的作用下处于开启状态，插头两端子之间在开关内部形成断路，此信号输入ECU后可对制动防抱死控制指令进行修正，以便有效地调节左右车轮制动轮缸的液压，使ABS更有效地工作。此装置在较高级的轿车和跑车上采用较多。 (三) 减速度传感器

目前，在一些四轮驱动的汽车上，还装有汽车减速度传感器，又称G传感器。其作用是在汽车制动时，获得汽车减速度信号。因为汽车在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，在低附着系数路面上制动时，汽车减速度小，因而该信号送入ECU后，可以对路面进行区别，判断路面附着系数高低情况。当判定汽车行驶在雪地、结冰路等易打滑的路面上时，采取相应控制措施，以提高制动性能。减速度传感器有光电式、水银式、差动式变压式等。 A．光电式减速度传感器

汽车匀速行驶时，透光板静止不动。当汽车减速度时，透光板则随着减速度的变化沿汽车的纵轴方向摆动。减速度越大，透光板摆动位置越高，由于透光板的位置不同，允许发光二极管传送到光电晶体管的光线不同，使光电晶体管形成开和关两种状态。两个发光二极管和两个光电晶体管组合作用，可将汽车的减速度区分为四个等级，此信号送入电子控制器就能感知路面附着系数情况。 B．水银式减速度传感器

水银式减速度传感器的基本结构如图所示，由玻璃管和水银组成。在低附着系数路面时汽车减速度小，水银在玻璃管内基本不动，开关在玻璃管内处于接通（ON）状态。在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，水银在玻璃管内由于惯性作用前移，使玻璃管内的电路开关断开（OFF），此信号送入ECU就能感

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知路面附着系数情况。

水银式汽车减速度传感器，不仅在前进方向起作用，在后退方向也能送出减速度信号。

C．差动变压式减速度传感器

3.3 电子控制模块（电脑）的结构与工作原理

ABS系统电子控制部分可分为电子控制器（ECU）、ABS控制模块、ABS计算机等，以下简称ECU。 3.31 ECU的基本结构

ECU由以下几个基本电路组成： 1）轮速传感器的输入放大电路。 2）运算电路。 3）电磁阀控制电路。

4）稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。 各电路的连接方式如下图所示 a) 轮速传感器的输入放大电路

安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速输出交流信号，输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。

不同的ABS系统中轮速传感器的数量是不一样的。每个车轮都装轮速传感器时，需要四个传感器，输入放大电路也就要求有四个。当只在左右前轮和后轴差速器安装轮速传感器时，只需要三个传感器，输入放大电路也就成了三个。但是，要把后轮的一个信号当作左、右后轮的两个信号送往运算电路。 b) 运算电路

运算电路主要进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算，以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。

初始速度、滑移率及加减速度运算电路把瞬间轮速加以积分，计算出初始速度，再把初始速度和瞬时线速度进行比较运算，则得出滑移率及加减速度。电磁阀开启控制运算电路根据滑移率和加减速度控制信号，对电磁阀控制电路输出减压、保压或增压的信号。 c) 电磁阀控制电路

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接受来自运算电路的减压、保压或增压信号，控制通往电磁阀的电流。 d) 稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路

在蓄电池供给ECU内部所有5V稳压电压的同时，上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内，并对轮速传感器输入放大器、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视，控制着电磁阀电动机和电磁阀。出现故障信号时，关闭电磁阀，停止ABS工作，返回常规制动状态，同时仪表板上的ABS警报灯点亮，让驾驶员知道有故障情况发生。 安全保护电路

ECU的安全保护电路具有故障状态外部显示功能。系统发生故障时，首先停止ABS工作，恢复常规制动状态，使仪表板上的ABS警报灯点亮，提示整个系统处于故障状态。现在的故障显示方法一般是通过ECU内部的发光二极管（LED）的闪烁、仪表板上的ABS警报灯的闪烁、或用专用的诊断装置加以显示。切断点火开关后故障显示内部消失，重新接通点火开关时若未发现故障，则认为系统正常，ABS可进行正常控制。具有专用诊断装置的ABS系统能够记忆故障内容，并能根据专用诊断装置的指令将记忆的故障编码，进行显示或消除。 1．接通电源时的初始检查

接通点火开关、ECU电源接通时，将检查下列项目。 （1）微处理机功能检查

①使监视器产生错误信息，让微处理机识别。 ②检查ROM区的数据，确认未发生变化。

③对RAM区进行数据输入和输出，判断工作是否正常。 ④检查A/D转换的输入，判断是否正常。 ⑤检查微处理机间的信号传递，判断是否正常。 （2）电磁阀动作检查

使电磁阀产生动作，判断是否正常工作。 （3）故障反馈电路功能检查

由微处理机来识别故障反馈电路工作是否正常。 2．汽车起步时的检查

汽车起步时对重要的外围电路进行检查，若检查结果正常，ABS开始工作。 （1）电磁阀功能检查

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①让电磁阀工作，判断是否正常。

②比较各电磁阀的开、关电阻，判断电磁阀是否工作正常。 （2）电动机动作检查

使电动机运转，判断是否正常。

（3）轮速传感器及输入放大电路的信号确认。 确认所有的轮速传感器信号都能输入到微处理机。 3．行驶中的定时检查

（1）12V（载货车为24V）、5V电压监视

识别供给的12V电压和5V内部电压是否为规定电压值。监视12V电压，并考虑ABS工作过程中电压瞬间下降和电动机起动时电压瞬间下降的情况，然后加以分析识别。

（2）电磁阀动作监视

ABS系统工作过程中，电磁阀必定动作，ECU随时监视电磁阀的工作情况。 （3）运算电路中运算结果的对比检查

ECU内部通常设有二套运算电路，同时进行运算和传输数据，利用各自的运算结果相互比较、互相监视，能够确保可靠性，及早发现异常情况。

另外，各种速度信号和输入、输出信号也在运算电路中相互比较，这些结果必须相同。

（4）微处理机失控检查

由监视电路判断微处理机工作是否正常。 （5）脉冲信号的监视

微处理机时钟信号的脉冲频率不能降低。 （6）ROM数字的确定

计算ROM数据之和，确认程序工作正常。 4．自行诊断显示

如果安全保护电路检查出有异常情况，则停止ABS系统的工作，返回原有的常规制动方式（不使用ABS），且ECU呈现故障状态。这时ECU内的发光二极管、ABS警报灯或专用诊断装置发出故障信号，ECU根据这些信号显示出故障码。 汽车生产厂、汽车型号或ABS系统不同时，故障码也不一样。 3.32 ECU的工作原理

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ECU是ABS系统的控制中心，它的本质是微型数字计算机，一般是由两个微处理器和其他必要电路组成的、不可分解修理的整体单元，电脑的基本输入信号是四个轮速传感器送来的轮速信号，输出信号是：给液压控制单元的控制信号、输出的自诊断信号和输出给ABS故障指示灯的信号： 1．ECU的防抱死控制功能

电子控制模块（电脑）有连续监测四个轮速传感器速度信号的功能。电脑连续地检测来自全部四个轮速传感器传来的脉冲电信号，并将它们处理、转换成和轮速成正比的数值，从这些数值中电脑可区别哪个车轮速度快，哪个车轮速度慢。电脑根据四个轮子的速度实施防抱死制动控制。电脑以四个轮子的传感器传来的数据作为控制基础，一旦判断出车轮将要抱死，它立刻就进入防抱死控制状态，向液压调节器输出幅值为12V的脉冲控制电压，以控制轮缸上油路的通、断。轮缸上油压的变化就调节了车轮上的制动力，使车轮不会因一直有较大的制动力而让车轮完全抱死（通与断的频率一般在3—12次/秒）。

3.2 A板电路结构示意图

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图3.3 A 板芯片引脚示意图

2．ECU的故障保护控制功能

首先，电脑能对自身的工作进行监控。由于电脑中有两个微处理器，它们同时接受、处理相同的输入信号，用与系统中相关的状态——电脑的内部信号和产生的外部信号进行比较，看它们是否相同，从而对电脑本身进行校准。这种校准是连续的，如果不能同步，就说明电脑本身有问题，它会自动停止防抱死制动过程，而让普通制动系统照常工作。此时，修理人员必须对ABS系统（包括电脑）进行检测，以及时找出故障原因。 ABS系统电脑内部监控工作来自轮速传感器①的输入信号同时被送到电脑中的两个微处理器②和③，在它们的逻辑模块④中处理后，输出内部信号⑤（车轮速度信号）和外部信号⑥（给液压调节器的信号），然后根据这两种信号进行比较、校对。逻辑模块④产生的内部信号⑤被送到两个不同的比较器⑦和⑧中（每个处理器中有一个比较器），在那里进行比较，如果它们不相同，电脑将停止工作。微处理器②产生的外部信号⑥一路直接送到比较器⑦，另一路由液压调节器控制电路⑨经过反馈电路⑩送到比较器⑧。微处理器③产生的外部信号直接送到比较器⑦和⑧。通过比较器进

行比较，如果外部信号不能同步，ABS系统电脑将要关闭防抱死制动系统。

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故障灯 控制CPU CAN物理层接口PCA82C250 电源监视器MC34064 MC9S12DP256B A/D PP PT 高端电磁阀驱动器MC33289 轮速传感器 安全CPU XC9572TQ100 电磁阀 信号整形放大

图3.4 ABS系统结构框图

ABS系统电脑不仅能监视自己内部的工作过程，而且还能监视ABS系统中其他部件的工作情况。它可按程序向液压调节器的电路系统及电磁阀输送脉冲检查信号，在没有任何机械动作的情况下完成功能是否正常的检查。在ABS系统工作的过程中，电脑还能监视、判断轮速传感器送来的轮速信号是否正常。 ABS系统出现故障，例如制动液损失、液压压力降低或车轮速度信号消失，电脑都会自动发出指令，让普通制动系统进入工作，而ABS系统停止工作。对某个车轮速度传感器损坏产生的信号输出，只要它在可接受的极限范围内，或由于较强的无线电高频干扰而使传感器发出超出极限的信号，电脑根据情况可能停止ABS系统的工作或让ABS系统继续工作。时候琥珀（黄）色ABS系统故障指示灯点亮不灭，就说明电脑已停止ABS系统的工作或检测到了系统的故障，驾驶员或用户一定要进行检修，如果处理不了，应及时送修理厂。

当有下列的异常现象被发现时，ABS控制电脑会使ABS故障指示灯点亮： ① 泵油电动机作用的时间超过一定的时间。 ② 车辆已经行走超过30S，而忘记放开驻车制动。 ③ 未收到四轮中任何一轮的传感器信号。

④ 电磁阀作用超过一定的时间或是检测到电磁阀断路。

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⑤ 发动机已经开始动作，或是车辆已经开动，未接收到电磁阀输出讯号。 ⑥ 当点火开关打开在I段时，ABS故障指示灯会点亮，如果没有异常现象，发动机起动后ABS故障指示灯就会熄灭。

图3.5 B 板电路结构示意图

ABS系统有两个故障指示灯，一个是红色制动故障指示灯，另一个是琥珀色或黄色ABS故障指示灯，见上图所示。两个故障指示灯正常闪亮的情况为：当点火开关接通时，红色指示灯与琥珀色指示灯几乎同时点亮，红色指示灯亮的时间较短，琥珀色指示灯亮的时间较长一些（约3S）；发动机起动后，储能器要建立系统压力，两灯会再次点亮，时间可达十几秒钟；驻车制动时，红色指示灯也应亮。如果在上述情况下灯不亮，说明故障指示灯本身或线路有故障。红色指示灯故障常亮，说明制动液不足或储能器中的压力不足（低于14MPa），此时普通制动系统和ABS系统均不能正常工作；琥珀色ABS故障指示灯常亮，说明电控单元发现ABS系统有故障。

3.试验数据采集存储系统

在集成系统开发过程中，需要存储试验数据，便于分析和比较控制程序的效果。 为此设计了独立的与上位机通讯的数据存储系统，采集和存储实验过程各传感器信号，并通过异步串口通讯（SCI）方式发送至上位PC 机，再由上位机完成试验结果的保存、分析和处理。这样做的好处有以下几点：

1）提高了集成控制系统的实时性。如果与上位机的通讯和数据传递也由集成控制系统完成，必然会影响到控制过程的实时性，采用的独立采集系统可以解决这一问题。 2）简化集成控制系统硬件电路复杂程度。为了分析和比较控制逻辑，需要采集 一些控制逻辑本身不要求的信号，例如制动过程中四个轮缸的制动压力信号和五轮仪

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轮速信号。采用独立采集系统就可以简化集成控制系统电路的复杂性，试验成功后，根据产品的要要，进行少量的修改，就可以方便地应用到实际产品中。 3）将试验结果传送至上位机，可以充分利用其强大的数学运算能力，充足的存 储空间，更加直观、准确的分析和完善控制逻辑。与集成系统数据采集信号相比，与上位机通讯的数据存储系统增加了四个车轮制动管路压力的采集和五轮仪轮速的采集，同时利用MC9S12DP256 自带的串行通讯接口（RS232），设计了与上位机的串行通讯发送完成中断服务程序。五轮仪轮速信号采集同样基于测周法原理进行，利用五轮仪脉冲上升沿中断记录两次主计时值，相减便可得到脉冲周期值。与集成控制系统轮速采集程序不同的是利用了MC9S12DP256 不带保持缓冲区的输入捕捉端口。

3.4 循环式制动压力调节器的工作原理

此种形式的制动压力调节器在制动主缸与轮缸之间串联一电磁阀，直接控

制轮缸的制动压力。这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。图中的储能器的功能是在减压过程中将从轮缸流经电磁阀的制动液暂时储存起来。回油液压泵也叫做再循环泵，其作用是将减压过程中从制动轮缸流进储能器的制动液泵回主缸。该系统的工作原理详述如下。 1．常规制动状态

在常规制动过程中，ABS系统不工作，电磁线圈中无电流通过，电磁阀处与“升压”位置。此时制动主缸和轮缸状态如下图所示，由制动主缸来的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而增减。此时回油液压泵也不工作。

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图3.6 循环式制动压力调节器

1-供液崩；2-制动压力调节器；3-三位三通电磁阀Ⅰ；4-储能器；5-压力开关；6-回油泵；7-储液器；8-三位三通电磁阀Ⅱ；9-三位三通电磁阀Ⅲ；10-驱动车轮制动器Ⅰ；11-驱动车轮制动器Ⅱ

2．保压状态

当转速传感器发出抱死危险信号时，电控单元向电磁线圈输入一个较小的保持电流（约为最大工作电流的1/2），电磁阀处于“保持压力”位置。此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中的制动压力保持一定。 3．减压状态

如果在电控单元“保持压力”命令发出后，车轮仍有抱死的倾向，电控单元即向电磁线圈输入一最大工作电流，使电磁阀处于“减压”位置，此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通，轮缸中制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降。 4．增压状态

当压力下降后车轮转速太快时，电控单元便切断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，主缸中的高压制动液再次进入轮缸，使制动压力增加。制动时，上述过程反复进行，直到解除制动为止。

3.5 可变容积式制动压力调节器的工作原理

图3.6是可变容积式制动压力调节器的基本原理图。它主要由电磁阀、控制

活塞、液压泵、储能器等组成。其基本工作原理如下。 常规制动时，电磁线圈

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6中无电流流过，电磁阀7将控制活塞14的工作腔与回油管路接通，控制活塞在强力弹簧的作用下被推至最左端，活塞顶端推杆将单向阀13打开，使制动主缸2与轮缸10的制动管路接通，制动主缸的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而变化。这种状态是ABS工作之前或工作之后的常规制动工况。需要减压时，电控单元9向电磁线圈6输入一大电流时，电磁阀内的柱塞8在电磁力作用下克服弹簧作用力移到右边。如图所示，将储能器3与控制活塞14的工作腔管路接通。制动液进入控制活塞工作腔推动活塞右移，单向阀13关闭，主缸2与轮缸10之间通路被切断。同时由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。 当电控单元9向电磁线圈6输入一较小电流时，由于电磁线圈的电磁力减小，柱塞8在弹簧力作用下左移至储能器、回油管及控制活塞工作腔管路相互关闭的位置，如图7所示。此时控制活塞左侧的液压保持一定，控制活塞在液压压力和强力弹簧弹力的作用下保持在一定位置，而此时单向阀13仍处于关闭状态，轮缸侧的容积也不发生变化，制动压力保持一定。 需要增压时，电控单元9切断电磁线圈6中的电流，柱塞8回到左端的初始位置，如下图所示，控制活塞工作腔与回油管路接通，控制活塞左侧控制液压解除，控制活塞左移至最左端时，单向阀被打开，轮缸压力将随主缸的压力增大而增大。

图3.7 可变容积式制动压力调节器

1-制动踏板；2-制动主缸；3-储能器；4-电动泵；5-储液室；6-电磁线圈；

7-电磁阀；8-柱塞；9-电控单元；10-制动轮缸；11-转速传感器；12-车轮； 13-单向阀；14-控制活塞

3.6 制动压力调节器的结构形式

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压力调节器总成（也叫ABS制动执行器、ABS液压控制总成）是在普通制动系统液压装置的基础上加装ABS制动压力调节器而成的。普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮缸和双液压管路等。ABS制动压力调节器装在制动主缸与轮缸之间，如果它与制动主缸装在一起，则称之为整体式制动压力调节器，否则就称为分离式制动压力调节器。

除了普通制动系统的液压部件外，ABS制动压力调节器通常由电动泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上，ABS就是通过电磁控制阀体上的控制阀，控制轮缸上的液压，使之迅速变大或变小，从而实现了防抱死制动功能。ABS制动压力调节器总成基本上可分为三类：整体式，制动主缸与液压总成装成一体的，分离式，制动主缸与液压总成是分别独立的总成，真空式，仅控制后轮，并采真空液压控制。

3.7 电磁阀的结构形式及工作原理

电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对ABS系统各个车轮制动力的控制。ABS系统中都有一个或两个电磁阀，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种型式。

图3.8 三位三通电磁阀

14-凹槽；15-进油口

1-回油口接口；2-滤芯；3-无磁支撑环；4-卸荷环；5-进油阀；6-柱塞（铁心）；7-电磁线圈；8-限压阀；9-阀座；10-出油口；11-承接盘；12-副弹簧；13-主弹簧；

三位三通电磁阀主要由阀体、进油阀、卸压阀、单向阀、弹簧、无磁支撑环、电磁线圈等组成。滑动支架6的两端由无磁支撑环3导向。主弹簧13和副弹簧12

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相对布置，但主弹簧弹力大于副弹簧弹力。为了关闭进油阀5和打开卸压阀4，滑动支架有约0.25mm的移动过程。无磁支撑环被压进阀体中，这样可迫使磁通在线圈中穿行时必须通过支架，并经工作气隙a穿出，以保证磁路有稳定的电磁特性。单向阀8与进油阀5并行设置，其作用是当解除制动时，单向阀打开，增加一个附加的、更大的由轮缸到主缸的出油通道，这样能使轮缸的压力迅速下降，即使在主弹簧断裂或支架被卡死的情况下也能使车轮制动器松开解除制动。该电磁阀工作过程如下：当电磁线圈中无电流通过时，由于主弹簧力大于副弹簧力，进油阀被打开，卸压阀关闭，制动主缸与轮缸油路接通，所以轮缸压力既能在没有ABS参与的常规条件下增加，也能在ABS系统工作的条件下增加。当向电磁线圈输入1/2最大工作电流时（保持电流），电磁力使支架向下移动一定距离将进油阀关闭。由于此时电磁力不足以克服两个弹簧的弹力，支架便保持在中间位置，卸压阀仍处于关闭状态。此时，三通道间相互密封，轮缸压力保持一定值。当电控单元向电磁线圈输入最大工作电流时，电磁力克服主、副两个弹簧的弹力使支架继续下移，将卸压阀打开，此时轮缸通过卸压阀与回油管相通，轮缸中制动流入回油管路，压力降低。当电磁线圈3中无电流通过时，在回位弹簧7的作用下，铁心12被推至限位杆9与缓冲垫圈11相抵触的位置。此时与铁心连在一起的顶杆10没有将球阀6顶靠在阀座5上，电磁阀的进油口A与出油口B相通，电磁阀处于开启状态。当电磁线圈中有一定的电流通过时，铁心在电磁吸力的作用下，克服弹簧力的作用，带动顶杆一起右移，顶杆将球顶靠在阀座上，电磁阀进油口与出油口之间的通道被封闭，电磁阀处于关闭状态。限压阀4的作用在于限制电磁阀的最高压力，以免压力过高导致电磁阀损坏。

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图3.9 二位二通阀

1-阀盖；2-引线；3-电磁线圈；4-限压阀；5-阀座；6-阀球；7-复位弹簧；

8-阀体；9-限位杆；10-顶杆；11-缓冲垫圈；12-铁心

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结论

汽车 ABS 集成系统是一个新的汽车主动安全行驶的发展方向，ABS/ASR 的执行机构可完全满足ABS 系统的需要，传感器方面只需添加探测主车与目标车辆信息的车距传感器，在ABS/ASR ECU 的基础上，对硬件电路进行相应的扩充和软件控制逻辑的有机融合，就可实现ABS控制的集成化。ACC 系统可通过ASR 的节气门开度调节和主动制动调节的方法调节车速，保持安全车距行驶，避免或减小追尾事故。紧急情况时，能自动发挥ABS 功能，确保制动过程的稳定性和安全性。 本次设计实现了一下几个一体化：

1）结构设计一体化：形成了ABS、ASR、ACC 执行机构的共用，ASR 驱动轮制动压力调节是利用ABS 压力调节器实现的，ACC 的控制也建立在ABS 和ASR 执行机构的基础上，无需再对车辆制动系统另行改装。另外，应用一个MCU 实现了三者控制逻辑的集成，形成了电子控制装置的一体化。

2）性能一体化：实现了ABS、ASR、ACC 彼此间的功能完善，优化了子系统的 性能。例如利用ACC 车距传感器可获得的主车与主目标车辆的相对车距和相对车速的信息，利用ABS 轮速传感器获得的主车行驶的绝对速度信息，从而可获得前方主目标车辆的绝对车速，便于对前方主目标车辆行驶状况准确的判断。在ACC 起作用期间，如果实际车距小于理想安全车距，驾驶员未及时采取处理措施，为保证行驶安全，集成系统立即实施主动制动，使车辆减速，在这一过程中利用ABS 功能提高了车辆的稳定性，这样就更加增加了汽车的行驶安全性。

3）控制一体化：ABS、ASR 和ACC 子系统控制的实质就是对以调节车轮轮缸压 力为目标的制动干预模式和以调节发动机输出力矩为目标的节气门开度两种控制方式适当组合和合理控制的结果。ABS/ASR/ACC 集成ECU 实现了传感器信号的共享，形成了软件控制系统中的信号处理、参考车速计算、路面识别、车辆运动状态的识别和执行机构动作公用模块。实现了硬件系统和软件系统相结合的控制一体化。

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参考文献

1 廖强华，张洛平，刘洁.基于BorlandC++Builder和MATLAB的混合编程的研究[J]，计算机工程，2001

2 厉朴，宋健，于良耀.ABS轮速信号干扰处理方法，汽车技术.2002 3 刘昭度，齐志全，马岳峰，崔海峰.液压ABS系统研究进展与发展方向.液压与动力，2004

4 Motorola Inc. MC9S12DP256 Device User Guide V02.2002 5 张亚中，汪至中.摩托罗拉16位单片机MC9S12DP256在汽车电子钟的应用.国外电子器件，2003.

6 李爽，孙克怡.汽车网络的分类及发展趋向.单片机与嵌入式系统的应用，2006 7 崔海峰,刘昭度,马岳峰,徐岩. 基于捷达GTX轿车的ABS／ASR集成控制系统[J]. 机械工程学报, 2006

8 陈华述. ABS ECU控制逻辑的研究及测试系统的开发[D]. 重庆大学, 2004 9 吴文江,郝金魁. 基于MC9S12DP256的电动助力转向系统硬件设计[J]. 中国工程机械学报, 2006

10 任少卿,陈慧岩,黄江波,宋士伟. 汽车防滑控制系统ABS/ASR基本原理及发展趋势[J]. 汽车电器, 2006

11 王斌,刘昭度,齐志权,时开斌. 基于MC9S12DP256的汽车ABS数据采集系统设计[J]. 机床与液压, 2007

12 齐志权,刘昭度,时开斌,马岳峰,张景波. 基于汽车ABS/ASR/ACC集成化系统的ABS参考车速确定方法的研究[J]. 汽车工程, 2003

13 韩月平. 车用防抱死制动系统（ABS）控制器的研究[D]. 西北工业大学, 2003 14 程军. 汽车防抱死制动系统的理论与实践[M]. 北京北京理工大学出版社，1999. 15 司徒增.汽车防滑控制系统ABS 与ASR. 北京人民交通出版社，1999.

16 董继明、罗灯明. 汽车检测与诊断技术. 北京：机械工业出版社， 2007. 17 杨庆彪. 汽车电控制动系统原理与维修精华. 北京：机械工业出版社，2006 . 18 鲁植雄. 汽车ABS.ASR和ESP维修图解. 北京：电子工业出版社，2006 .

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致 谢

自从2009年3月开始做开题报告及毕业论文以来，在王建军老师的指导下对我的论文的内容、选材、以及技术支持方面给予了极大的帮助，提出了不少好的建议，及时纠正了论文中存在的问题，保证了毕业论文按时完成。专业负责人苏双臣老师在论文的格式，以及最后的审定方面提出了宝贵的意见，保证了毕业论文顺利完成。另外，其他专业课老师在我完成论文过程中都给予了很多理论上的支持，对于以上老师的热心帮助，我在此一并表示感谢！

总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，即为大学三年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们！

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