汽车坡道辅助控制系统设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题产生的背景及研究意义 1
1.2 防抱死制动系统的介绍 1
1.3 国内外汽车坡道辅助控制系统的研究现状 3
1.4 论文研究的主要内容 5
2 坡道辅助控制系统实施坡道驻车 6
2.1 驻车制动的设计要求 6
2.2 分析坡道制动驻车系统的可行性 6
3 坡起及下坡时系统的自主辅助控制 7
3.1 坡道辅助控制系统辅助起步 8
3.2 坡道起步辅助系统辅助下坡 13
4 坡道辅助控制系统硬件设计 13
4.1 测力传感器的选用 14
4.2 倾角传感器选用 15
4.3 坡道辅助电磁阀的选用 16
4.4 轮速传感器的选用 17
5 坡道辅助控制系统的软件设计 18
5.1 软件系统总体结构 18
5.2 数据采集和控制信号程序设计 19
5.3 Proteus 7.8 sp2 汉化破解版软件的调试 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附件A C51单片机轮速传感器的程序代码 26
1 绪论
1.1 课题产生的背景及研究意义
随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，制动系统在车辆行车和驻车安全方面的重要性越来越明显。众多汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。经过这些年的发展，汽车制动系统的结构己经基本固定下来，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也发生了很大的变化[ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1]。汽车电子控制系统包括硬件和软件两部分，硬件有ECU(电子控制单元)及其接口、执行机构、传感器等；软件则存储在ECU中，支配电子控制系统完成实时测控功能，包括各种数据采集、计算处理、系统监控与自诊断等。围绕单片机设计的ECU是整个电子控制系统的核心，使用从普通电路到大规模集成电路等各种器件，伴随汽车电子化程度的进一步提高和微电子技术的迅速发展，ECU的控制功能也在不断增强，并逐渐由单一控制向集中控制方向发展[2]。
在城市道路日益复杂的情况下，驾驶员有时需要在立交桥或者斜坡上发动汽车。如果汽车坡道起步时操作不当，就很容易造成汽车熄火而溜车，有可能导致与后面的车辆发生碰撞事故。
本文研究设计的汽车坡道辅助控制系统，只在汽车原有制动防抱死系统中增加设置了力传感器及倾角传感器，电子控制单元可以和汽车原有制动防抱死系统中的公用，由于电子控制单元在设计时本身有预留的引脚端口，可在配置时将新增加的信号输入点和输出点连接在预留的引脚端口上，因此，不需要另外增加设计针对该坡道辅助控制系统的电子控制单元。由此可见，汽车配备本文研究设计的坡道辅助控制系统后，成本不会增加很多。因此，本课题的研究成果对我国汽车行业有巨大的促进作用和重大现实意义，具有良好的应用和发展前景[3]。
1.2 防抱死制动系统的介绍
本文设计的汽车坡道辅助控制系统是在汽车原有的防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，简记ABS)的基础上开发的，只是在原有ABS的硬件基础上多增加了几个传感器以及控制电磁阀而己。因此在研究之前，需要对汽车防抱死制动系统有一个深刻的认识。
汽车防抱死制动系统是传统制动系统的基础上采用电子控制技术的一种机电液一体化装置，它在汽车制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果，即在制动过程中，时时发挥出最大的制动力。ABS能保证汽车在各种行驶条件下，进行制动时均能充分利用轮胎与路面间的纵向及侧向附着力，提高汽车的抗侧滑能力，减小轮胎的磨损，改善了汽车操纵性和方向稳定性，缩短了制动距离，有效提高行车的安全性。
1.2.1 ABS的发展
汽车ABS的研究开发，始于1932年第一个英国防滑专利U.K382241, 1936年德国Robert Bosch公司将电磁式传感器用于测量车轮速度并申请专利，这是ABS形成中一个重要的里程碑[3]。1954年美国Ford公司首次在林肯牌轿车上试装法国航空公司的ABS装置，虽然以失败而告终，但揭开了汽车应用ABS的序幕。60年代ABS开始应用电磁式车轮速度传感器，但简单的机械式控制部分并不能适应车辆参数和工况的变化，经常出现防抱死功能的失效，所以ABS发展陷于进退两难的境地。70年代初期随着大规模集成电路的发展和应用，由此依赖硬件逻辑电路的ABS控制器应运而生，但ABS本身复杂的控制逻辑又制约其体积减小和可靠性的增加。1978年Bosch公司与Benz公司合作研制出带有数字式微处理器控制器的三通道四轮ABS，并批量装配于奔驰轿车上，这是ABS的一个突破性的发展，奠定了ABS发展的基本模式。80年代中后期，随着ABS在技术上的进一步发展与成熟，许多汽车零部件公司纷纷开始生产ABS产品，ABS也进入了快速推广应用阶段，其装车率均以直线速度增长，截止2000年北美己达90%,西欧、口本和澳大利亚为50%，汽车工业的后起之秀韩国和巴西也己分别达到40%和30%。各个著名ABS公司如:Bosch,ITT Tees,Kelsey Hayes,Delphi,Allied Sinai,Bendix,Lucas,Wabco,Knor等都在为争夺和保持己经占有的市场份额而竞争，各个汽车公司也同样把ABS系统作为汽车的一种促销手段。
1.2.2 ABS的组成
ABS是由电子控制系统和液压控制系统两个子系统组成[4]。电子控制系统由轮速传感器、控制开关、防抱死制动电子控制单元(ABS ECU) ,ABS指示灯以及制动压力调节器等构成。制动压力调节器既是电子控制系统的执行元件，同时也是液压控制系统的始控元件。
液压控制系统由常规制动装置和制动压力调节器组成。常规制动装置主要由制动总泵、制动助力器、制动分泵、制动管路和制动器等组成。制动压力调节器主要由电磁阀、单向阀和回液泵电动机等组成。
各型的ABS尽管结构形式不尽相同，但都是在常规制动装置的基础上增设传感器、ABS ECU、制动压力调节器和ABS指示灯等构成。
电子控制单元(ECU)是整个防抱死制动系统的核心控制部件，它接受车轮速度传感器送来的速度信号，通过计算与逻辑判断产生相应的控制电信号，控制电磁阀去调节制动压力。当车轮滑移率不在控制范围之内时，控制器就输出一个控制信号，使电磁阀打开或关闭，从而调节轮缸压力，使轮速上升或下降，将汽车车轮滑移率控制在一定范围内，实现汽车的安全、可靠制动[5]。
电子控制单元主要由输入电路、微处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和输出电路等组成。电子控制单元的作用是在制动过程中通过对四个车轮轮速传感器输入的信号进行运算处理，对四个车轮的运动状态进行监测，并根据设定的控制逻辑对压力调节装置的三个三位三通电磁阀和一个电动回液泵进行控制。另外，电子控制单元还对防抱死系统的工作状态进行检测，当判定系统存在故障时，能将防抱死系统自动关闭退出控制过程，使制动系统恢复为常规的制动系统，并将ABS警告灯点亮，向驾驶员发出警告信号。
1 绪论 1
1.1 课题产生的背景及研究意义 1
1.2 防抱死制动系统的介绍 1
1.3 国内外汽车坡道辅助控制系统的研究现状 3
1.4 论文研究的主要内容 5
2 坡道辅助控制系统实施坡道驻车 6
2.1 驻车制动的设计要求 6
2.2 分析坡道制动驻车系统的可行性 6
3 坡起及下坡时系统的自主辅助控制 7
3.1 坡道辅助控制系统辅助起步 8
3.2 坡道起步辅助系统辅助下坡 13
4 坡道辅助控制系统硬件设计 13
4.1 测力传感器的选用 14
4.2 倾角传感器选用 15
4.3 坡道辅助电磁阀的选用 16
4.4 轮速传感器的选用 17
5 坡道辅助控制系统的软件设计 18
5.1 软件系统总体结构 18
5.2 数据采集和控制信号程序设计 19
5.3 Proteus 7.8 sp2 汉化破解版软件的调试 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附件A C51单片机轮速传感器的程序代码 26
1 绪论
1.1 课题产生的背景及研究意义
随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，制动系统在车辆行车和驻车安全方面的重要性越来越明显。众多汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。经过这些年的发展，汽车制动系统的结构己经基本固定下来，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也发生了很大的变化[ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1]。汽车电子控制系统包括硬件和软件两部分，硬件有ECU(电子控制单元)及其接口、执行机构、传感器等；软件则存储在ECU中，支配电子控制系统完成实时测控功能，包括各种数据采集、计算处理、系统监控与自诊断等。围绕单片机设计的ECU是整个电子控制系统的核心，使用从普通电路到大规模集成电路等各种器件，伴随汽车电子化程度的进一步提高和微电子技术的迅速发展，ECU的控制功能也在不断增强，并逐渐由单一控制向集中控制方向发展[2]。
在城市道路日益复杂的情况下，驾驶员有时需要在立交桥或者斜坡上发动汽车。如果汽车坡道起步时操作不当，就很容易造成汽车熄火而溜车，有可能导致与后面的车辆发生碰撞事故。
本文研究设计的汽车坡道辅助控制系统，只在汽车原有制动防抱死系统中增加设置了力传感器及倾角传感器，电子控制单元可以和汽车原有制动防抱死系统中的公用，由于电子控制单元在设计时本身有预留的引脚端口，可在配置时将新增加的信号输入点和输出点连接在预留的引脚端口上，因此，不需要另外增加设计针对该坡道辅助控制系统的电子控制单元。由此可见，汽车配备本文研究设计的坡道辅助控制系统后，成本不会增加很多。因此，本课题的研究成果对我国汽车行业有巨大的促进作用和重大现实意义，具有良好的应用和发展前景[3]。
1.2 防抱死制动系统的介绍
本文设计的汽车坡道辅助控制系统是在汽车原有的防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，简记ABS)的基础上开发的，只是在原有ABS的硬件基础上多增加了几个传感器以及控制电磁阀而己。因此在研究之前，需要对汽车防抱死制动系统有一个深刻的认识。
汽车防抱死制动系统是传统制动系统的基础上采用电子控制技术的一种机电液一体化装置，它在汽车制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果，即在制动过程中，时时发挥出最大的制动力。ABS能保证汽车在各种行驶条件下，进行制动时均能充分利用轮胎与路面间的纵向及侧向附着力，提高汽车的抗侧滑能力，减小轮胎的磨损，改善了汽车操纵性和方向稳定性，缩短了制动距离，有效提高行车的安全性。
1.2.1 ABS的发展
汽车ABS的研究开发，始于1932年第一个英国防滑专利U.K382241, 1936年德国Robert Bosch公司将电磁式传感器用于测量车轮速度并申请专利，这是ABS形成中一个重要的里程碑[3]。1954年美国Ford公司首次在林肯牌轿车上试装法国航空公司的ABS装置，虽然以失败而告终，但揭开了汽车应用ABS的序幕。60年代ABS开始应用电磁式车轮速度传感器，但简单的机械式控制部分并不能适应车辆参数和工况的变化，经常出现防抱死功能的失效，所以ABS发展陷于进退两难的境地。70年代初期随着大规模集成电路的发展和应用，由此依赖硬件逻辑电路的ABS控制器应运而生，但ABS本身复杂的控制逻辑又制约其体积减小和可靠性的增加。1978年Bosch公司与Benz公司合作研制出带有数字式微处理器控制器的三通道四轮ABS，并批量装配于奔驰轿车上，这是ABS的一个突破性的发展，奠定了ABS发展的基本模式。80年代中后期，随着ABS在技术上的进一步发展与成熟，许多汽车零部件公司纷纷开始生产ABS产品，ABS也进入了快速推广应用阶段，其装车率均以直线速度增长，截止2000年北美己达90%,西欧、口本和澳大利亚为50%，汽车工业的后起之秀韩国和巴西也己分别达到40%和30%。各个著名ABS公司如:Bosch,ITT Tees,Kelsey Hayes,Delphi,Allied Sinai,Bendix,Lucas,Wabco,Knor等都在为争夺和保持己经占有的市场份额而竞争，各个汽车公司也同样把ABS系统作为汽车的一种促销手段。
1.2.2 ABS的组成
ABS是由电子控制系统和液压控制系统两个子系统组成[4]。电子控制系统由轮速传感器、控制开关、防抱死制动电子控制单元(ABS ECU) ,ABS指示灯以及制动压力调节器等构成。制动压力调节器既是电子控制系统的执行元件，同时也是液压控制系统的始控元件。
液压控制系统由常规制动装置和制动压力调节器组成。常规制动装置主要由制动总泵、制动助力器、制动分泵、制动管路和制动器等组成。制动压力调节器主要由电磁阀、单向阀和回液泵电动机等组成。
各型的ABS尽管结构形式不尽相同，但都是在常规制动装置的基础上增设传感器、ABS ECU、制动压力调节器和ABS指示灯等构成。
电子控制单元(ECU)是整个防抱死制动系统的核心控制部件，它接受车轮速度传感器送来的速度信号，通过计算与逻辑判断产生相应的控制电信号，控制电磁阀去调节制动压力。当车轮滑移率不在控制范围之内时，控制器就输出一个控制信号，使电磁阀打开或关闭，从而调节轮缸压力，使轮速上升或下降，将汽车车轮滑移率控制在一定范围内，实现汽车的安全、可靠制动[5]。
电子控制单元主要由输入电路、微处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和输出电路等组成。电子控制单元的作用是在制动过程中通过对四个车轮轮速传感器输入的信号进行运算处理，对四个车轮的运动状态进行监测，并根据设定的控制逻辑对压力调节装置的三个三位三通电磁阀和一个电动回液泵进行控制。另外，电子控制单元还对防抱死系统的工作状态进行检测，当判定系统存在故障时，能将防抱死系统自动关闭退出控制过程，使制动系统恢复为常规的制动系统，并将ABS警告灯点亮，向驾驶员发出警告信号。
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