2.附着系数与滑移率的关系
在实际制动过程中，附着系数（φ）是经常变化的，它的大小随着滑移率的变化而变化。
实验测定，当滑移率为15%一30%的范围内时，车轮具有最大的纵向附着系数，即可产生的地面制动力最大，制动距离相对最短，制动效果最佳。
由实验还可知，当车轮处在纯滚动状态时，侧向附着系数最大，此时汽车保持转向和防止侧滑的能力最强。
随着滑移率的增加，与制动过程方向稳定性有直接关系的侧向附着系数却急剧下降。
当S=100%时，车轮抱死滑动，侧向附着系数变得极小，轮胎与路面之间的侧向附着力接近于零，车轮将完全丧失抵抗外界侧向力作用的能力。
此时，稍有侧向力干扰（如路面不平产生的侧向力，汽车重力的侧向分力，侧向风力等），汽车就会产生侧滑而失去稳定性。
3.最佳制动状态
由上述分析，汽车制动时，若能将滑移率（S）控制在最大附着系数所对应的滑移率范围内，即S为15%--30%时制动效果最佳。
此时，不仅车轮的纵向附着系数最大，因而汽车获得的最大的地面制动力最大，制动停车距离相对最短；而且车轮的侧向附着系数也较大（侧向附着系数约为最大侧向附着系数的50%一75%），所以可使汽车获得转向和防止横向侧滑所需要的侧向附着力，从而保持制动时的稳定性。
汽车在运行中，普通轮胎与道路的附着系数变化很大，在结冰道路上为0.1，在干混凝土道路上为0.8。
在变化范围如此大的道路条件下行驶，要使制动接近或达到最佳制动状态，单纯靠驾驶员操作控制是不可能实现的，只有机电一体化的防抱死制动系统（ABS），通过电子控制器（ECU），车轮速度传感器和液压调节器，对制动压力进行瞬时控制（每秒约10次），从而使汽车的实际制动过程接近于最佳制动状态成为可能。
四.ABS计算机基本控制系统
期望值
图4－1典型计算机控制系统
汽车防抱死制动控制系统是一个典型的计算机控制系统，它由上图所示的框图所构成，其核心部分是控制器，它一方面要负责将传感器信号通过A/D转换或数字输入DI将信号采集道计算机的内存中去进行分析处理，另一方面要将控制命令通过D/A转换或数字输出去驱动作动系统，而控制器内部CPU通过软件编程来实现各种控制算法，所以控制器是控制系统的关键，它的实现取决了所选取的计算机的类型。
相对于ABS系统，对基于车轮加、减速度门限值的控制方式而言，输入控制器的信号是速度脉冲，它由传感器采集感应出正弦信号，经过模拟电路的滤波整形修正为标准的系列方波信号，然后通过单片机的定时/计数器端口或数字输入端口输入到单片机内存中去，也可以将方波信号通过频率/电压变换变为连续模拟电压信号后再通过单片机的A/D转换端口采集到单片机的内存中去。
单片机内部的微处理芯片将输入的各个轮速信号按一定的算法进行计算，如计算车辆参考速度和车轮角减速度，根据这些值的大小确定出相应的控制命令，即压力增加、压力减小及压力保持，然后将控制信号通过数字输出端口DO输出，经过模拟电路的驱动功率放大就可以直接驱动电磁阀，进而控制制动压力。
同时输出的信号中还包括警告指示等。
ABS系统是一类涉及车辆安全的系统，为保障这一系统的可靠性，控制器本身还有一套附加的安全检测系统，一般附加一个CPU专门用于安全检测，它对工作CPU进行监测。
例如微处理器的功能检查：
1.ROM区数据和RAM区数据输入输出的A/D转换的检查，I/O口的检查；2.电磁阀的检查，使电动机转动判断是否正常；3.电动机检查，使电动机转动判断是否正常；4.确认各轮速传感器采集的信号是否合适正常；5.电源电压的检查，当电压低于或高于工作电压允许的范围时，安全电路则向CPU送信息，所有这些故障都可以向CPU发送输入信号，由CPU经过处理后，再发出相应的故障代码，便于诊断和寻找故障。
就目前而言，实现汽车的控制系统一般采用单片机计算机，在开发阶段也有采用通用微机的，采用微机在于可以利用微机强大的软、硬件资源以及网络功能实现复杂控制算法、高效的编程手段以及高速的运算速度。
但作为研制的最终产品，无一例外都是采用单片机作为控制器的核心。
所谓单片机就是一块硅晶片上把CPU、ROM、RAM中断控制，定时/计数器，I/O以及A/D转换计算机部件和电路集成在一起的智能器件，只需外接直流电源及时钟脉冲发生器就能工作。
单片机在控制领域又称微控制器（Microcontroller），由于单片机体积小，重量轻，高可靠性，价格低廉，使用方便，因此十分使用于开发汽车电子控制系统。
早期的汽车控制系统采用八位单片机，目前已经过渡倒十六位，有些系统如发动机管理系统已开始采用32位微机。
目前防抱死系统采用较多的单片机是摩托罗拉（Motorola）、英特尔（Intel）及西门子（Simens）16位单片机。
当今16位嵌入式微控制器以打开了市场，随着技术的积累和工业控制的细致化、智能化、结构密集化，要求嵌入式系统有更高的处理速度和寻址能力，更好的电磁兼容性能，支持多任务系统。
目前推出的16位单片机就是按照这些发展趋势的要求而设计的。
在速度上，新型16位微控制器现在可以达到20MIPS的处理速度，如此高的处理速度不仅仅因为时钟速度的提高，更主要的式来源于结构上的流水线设计。
结构上的改变可以在相同的时钟速度情况下大幅度提高实际处理速度。
而适中的时钟速度对于降低芯片和应用系统设计压力、提高电磁兼容和抗干扰性能、减小功耗等都是有利的。
在寻址能力上，各大公司的产品都达到了24位的线性地址空间规模。
在寻址方式上，支持间接寻址、扩展寻址、相对寻址和位寻址。
五.ABS电子控制单元硬件设计
5.1ABS控制单元单片机的选择
控制器的硬件一般采用单片机作为它的核心部件，所谓单片机就是将中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM/EPROM）、定时器/计数器和一些输入/输出（I/O）接口电路集成在一块芯片上的微型计算机，又可称为微控制器（MICROCONTROLLER）。
它的特点是控制功能强，体积小，功耗小，成本低，所以它广泛应用于汽车电子控制系统中。
选择单片机应根据实际情况，一般要求有合理的性能价格比，在满足性能要求的前提下采用较低位的单片机，最大限度地利用单片机的资源。
控制器的核心便是单片计算机。
选用单片机要充分利用各种外部端口的资源，同时要利用内部的存储器、中断，充分发挥它的运算速度，主要要考虑CPU的运算速度、内外部存储器以及输入、输出端口资源等。
CPU运算速度取决于主频及内部、外部数据总线的位数，目前16位的单片机的主频可以达到50MHz，另外与CPU的结构有很大关系，在常规的累加器结构中通常数据计算都是通过累加器来进行的，移进移出数据，将导致计算放慢，而寄存器——寄存器结构的CPU操作可以在内部寄存器之间进行，大大加快计算速度。
CPU的时间一般消耗在数学运算过程中，特别式32位的浮点数计算，计算时间成倍的增加，一般情况下应避免采用浮点数计算，因为ABS系统要求计算频率非常高，一般5毫秒到10毫秒之间，CPU要完成各种计算，例如加减速度、参考滑移率等等，这种计算都是实时完成的。
一般CPU的逻辑操作，如移位、输入、输出的操作都耗时较少。
所以采用实际有效的控制算法是减少CPU耗时的关键。
当然32位CPU要比16位CPU性能好，运转速度快，但价格相应要高的多。
另外采用汇编语言要比采用高级语言，如C语言、PL/M语言，要快的多，但编程效率低。
所以选择CPU速度要综合考虑。
同样的CPU类型其内、外部数据与程序存储器也是多样的。
控制器要根据需要选择不同的内、外部存储器，同时编程时要提高内存利用率，多用通用的变量，少定义专用的变量，以节省内存。
目前ABS系统的程序容量一般在8K～32K之间，内存数据储存器在256个字节以上。
进入90年代，已大批量使用带有ROM、EPROM、EEPROM、FLASHEEPROM和一次写入（OTP型）的单片机。
绝大多数的批量产品不再使用总线外引式的单片机。
它真正符合了单片机的小型、简单、可靠、廉价的设计初衷。
输入输出端口要充分地利用，如果使用不足则浪费了资源，外部总线8位的单片机I/O资源太少，无法用于ABS系统，外部总线16位的单片机一般可以满足ABS系统的要求，有些系统集成了防滑控制系统，16位总线也基本能满足要求。
针对ABS系统控制，要求单片机具有控制功能强、处理速度快、体积小、成本低等特点，本文中设计的是基于亿恒科技的C164CI及C505CA双CPU结构的ABS控制器硬件电路。
5.2CPU的特点及系统的总体布置
ABS控制器框图见图5－1，采用双CPU结构，控制器包括输入、输出、诊断、通讯网络、系统电源管理五个大的模块及辅助模块。
图5－1ABS控制器系统框图
CPU是整个系统的心脏，它的性能决定了控制器性能的优劣。
目前绝大多数产品都采用16位单片机。
本文中选用的忆恒C164单片机是一款非常优秀的16位单片机，高性能CPU结合功能丰富的外设，每秒可执行1250万条指令，其功能结构图如图5－2。
在CPU时钟20MHz时具有下面的性能特点。
●带有4级流水线高性能16位CPU。
80ns最小指令循环时间，大多数指令仅需1个循环，即两个CPU循环。
16位乘16位需400ns（20个CPU循环），32位除16位需800ns（20个CPU循环）。
在20MHz时处理能力达到10MIP；多级高带宽内部数据总线；带有多级可变的寄存器池的基于寄存器设计；支持单循环上下文切换；16位数据/程序线性地址空间（冯诺以曼结构）；
●带有自动堆栈上溢/下溢探测的系统堆栈缓存；带高效率的用于控制的指令集；位、字节子数据类型；灵活的有效的寻址模式；具有直接寻址6K字节的增强的逻辑位操作，可用于外设控制和用户定义标志；在运行时的硬件陷阱用于识别例外情况；HLL支持旗语操作和有效的数据访问；
图5－2C164功能结构图
●电源管理特点；可编程的系统减慢功能（SDD）；灵活的外设管理（单独关闭）；在睡眠模式时通过外部中断唤醒功能；可编程系统频率输出
●集成在片存贮器。
64K字节在片可编程FLASH或掩膜ROM存储器；2K字节内部RAM（IRAM），用于变量寄存器池、系统堆栈和代码；2K字节在片高速扩展RAM（XRAM），用于变量、用户堆栈和代码；4K字节在片数据FLASH/EEPROM用于non-volatile变量；
●外部总线接口。
独立或复用总线配置；段分配和片选信号产生；8位或16位数据总线；5个可编程地址空间的总线循环特征选择；
●16位优先级中断系统。
可达33个中断节点带有独立的中断矢量；在内部程序执行时，240/400ns中断等待时间；快速外部中断；
●8通道外设事件控制器（PEC）。
中断驱动的单循环数据传递；传递计数选择；消除中断请求的存储和恢复系统状态的过载；
●智能在片外设子系统。
8通道10位A/D变换器，带有可编程转化时间（最小7.76µs）、自动扫描模式、通道注射模式；GPT1三个16位定时器/计数器最大分辨率为fcpu/8；GPT2两个16位定时器/计数器，最大分辨率为fcpu/4；具有独立时钟源的两个捕捉/比较单元，灵活的PWM发生器；同步/异部串行通道（USART）、带有波特率发生器、奇偶校验、错误检查；带有可编程数据长度和移位方向的高速同步串行通道；带有15个信息体的CAN模块（2.0B标准）；实时时钟；可编程时间间隔的监测定时器（看门狗定时器）；用于系统初始化的程序引导装载器；
●59个IO引脚具有位寻址功能。
输入模式具有三态；可选择输入门槛方式（不是所有引脚都有此功能）；可互补输出或开漏输出模式；可编程口驱动控制（快/减少边沿）
●不同的温度范围。
0~70C-40~85C-40~125C；
●忆恒CMOS。
低能耗的CMOS技术，包括休闲、睡眠、掉电模式；
●80引脚MQFP封装。
0.65mm引脚间距，表面裸装技术。
C505CA是一款高性能的8位单片机，C505CA单片机在通用型C505A单片机的基础上增加了CAN控制接口，是C500系列单片机最基本的CAN控制型单片机。
其功能单元见图5－3。
采用了强化C500CPU核，具有1K字节XRAM和8个数据指针；片内ROM为32K字节，3×16位定时/计数器，8×8位A/D转换器，Watchdog定时器、串行I/O接口和多个并行I/O接口。
C505CA单片机可广泛应用于工业控制和汽车中的智能传感器。
图5－3C505功能单元图
C505CA单片机主要特性如下：
●强化C500 CPU核，与80C51/52单片机兼容；
●时钟频率：
20MHz（指令周期：
300ns）；
●片内ROM：
32K字节（C505CA）；具有ROM保护功能；OTP型：
C505CA-4E；
●片内RAM：
1K字节XRAM：
C505CA；
●数据指针：
8×16位；
●寻址范围：
64K字节程序和数据存储器；
●定时/计数器：
3×16位；⊙T0、T1；⊙T2；4通道比较/捕捉定时器CCU：
CC0、CC1、CC2和CC3；PWM功能；
●Watchdog定时器；
●A/D转换器：
8×10位（C505CA）；A/D转换输入端可作数据输入端（PI）；
●串行I/O接口：
全双工串/同步接口USART；可编程波特率发生器；
●并行I/O接口：
4×8位+2位；4×8位；P0、P1、P2和P3；2位：
P4；
●中断：
12个（4个优先级）；
●CAN控制接口：
TX/RX移动寄存器；位流处理器BSP；循环校验码CRC寄存器；出销管理逻辑EML；位定时逻辑BTL；智能存储器CAM/RAM；支持15×8字节报文；
●省电工作方式：
慢速方法；空闲方法；软件掉电方式：
可通INTO或RXDC端唤醒；
●快速上电复位。
C505A单片机只有OTP型C505CA-4E一种。
它的封装为44引脚P-MQFP封装。
164CI为主控CPU，负责信号的采集、数据的运算、防抱动作的控制和部分诊断功能，505CA负责系统监控、部分故障诊断。
双CPU互相监控，分工合作，增强系统的稳定性，保证控制的实时性和可靠性。
系统硬件外围电路包括：
1、电磁阀的电源管理及驱动输出模块，2、轮速信号的处理输入模块，3、诊断信号的处理模块，4、网络通讯接口模块，5、系统电源管理模块。
下面分别加以介绍。
ABS系统的主要的端口是输入与输出，其他即为辅助端口，输入端口主要是采集轮速脉冲，脉冲采用高速输入捕捉口来实现，利用它的中断功能即可以实现。
C164CI共有8路数输入捕捉，即CC16IO~CC19IO和CC24IO~CC27IO，本系统中采用CC16IO~CC19IO捕捉口作为轮速采集输入口。
对输出驱动则采用P1L即P1口的低8位，这个端口是双向输入/输出口，它的复用功能是电机控制端口，可以定义输出方式为开漏输出。
8路A/D变换端口主要用于诊断功能，其他辅助功能采用相应的I/O端口来实现，串行口则用于诊断系统与PC机的串行通讯，高速同步串口则用于实现I2C通讯，即与E2PROM之间的通讯，CAN接口用于实现CAN总线通讯。
5.3电磁阀的电源管理及驱动输出模块
CPU输出的信号最大不过十几毫安或几十毫安，而ABS/ASR的动作电流则为一至两安，所以每个输出信号要经过放大后才能驱动相应的阀。
在ABS中，电磁阀是最重要的执行元件，它控制各制动分泵的制动压力。
根据富康车和液压ABS电磁阀的特点，采用低端驱动的驱动模块驱动电磁阀。
在这里可以采用达林顿驱动管及附加保护电路驱动电磁阀，也可以采用一些专用的驱动模块，如TLE5226、TLE6228等低端驱动模块。
由于ABS电磁阀的进油阀和回油阀的阀线圈驱动电流不同，回油阀电流大约为进油阀电流的两倍。
因此在本设计中，采
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