李赫 江薇

摘 要：ABS即防抱死制動系統(tǒng)對于汽車制動安全性能有重要影響，目前在實際應用中的ABS系統(tǒng)使用的絕大多數(shù)都是基于門限值的控制方法，由于實驗條件有限，該方法受到數(shù)據(jù)的限制，無法達到很好的效果。本文深入研究汽車防抱死機理以及變結構控制策略，并以此設計了滑?？刂破鳎⒃诖嘶A上應用MATLAB軟件實現(xiàn)了半實物仿真，取得很好效果。

關鍵詞：防抱死制動系統(tǒng);變結構控制策略;模糊滑模控制

1 引言

從80年代末起，一些高級轎車上開始安裝ABS裝置，隨著汽車電控技術的不斷發(fā)展，ABS裝置現(xiàn)在己經(jīng)成為轎車的必裝部件，其基本功能就是通過傳感器檢測制動輪任意時刻的運動狀態(tài)，并根據(jù)檢測結果相應地調節(jié)制動器產(chǎn)生的制動力，從而防止車輪抱死，有利于汽車在制動時制動距離的縮短和方向穩(wěn)定性的維持，使汽車行駛時的安全性得到保證。[1]

2 系統(tǒng)結構設計

汽車防抱死系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主控芯片采用運動控制芯片TMS320F2812，在主控芯片基礎上擴充相應的外圍電路，輸出信號到執(zhí)行元件，通過控制算法來實現(xiàn)防抱死制動功能。

本系統(tǒng)采用4傳感器4通道的ABS控制系統(tǒng)。對于主要是硬件設計的外圍電路包括如下幾個模塊：輪速傳感器、輪速信號輸入處理裝置、CPU、電磁閥驅動電路、電源電路、電磁閥故障診斷電路等?？傮w硬件框架如圖1所示。

2.1 電源模塊

整個系統(tǒng)中需要用到3.3V的直流電，還需要用到隸屬度函數(shù)。采用芯片LM7812和LM7805產(chǎn)生5V和12V的電源。 而3.3V的電是為DSP供電的，需要專用芯片TPS733Q來實現(xiàn)5V到3.3V的轉換。電源電路如圖2所示。

2.2 電子控制單元及外圍電路

2.2.1 測速電路

電磁式輪速傳感器是測速系統(tǒng)的主要部件，其原理為在齒圈相對傳感器轉動，產(chǎn)生不同的磁阻，從而使傳感器激勵出相應車速變化的正弦波。因為車輪的轉速與頻率成正比，通過測量傳感器信號的頻率，我們就可以得出車輪的輪速。

當輪速信號為方波信號，并進行了濾波處理（以防止干擾信號，發(fā)生誤操作），在此前提下，我們把傳感器信號轉換成CPU能夠接受的信號。濾波電路如圖3所示。

經(jīng)過處理后的方波信號，經(jīng)過光電隔離輸入到DSP的捕獲輸入口，我們就能接受到脈沖信號，從而通過算法得到速度值。隔離電路如圖4所示。

2.2.2 電磁閥驅動及故障診斷電路

液壓系統(tǒng)壓力大小是由電磁閥動作決定的，電磁閥動作又進一步?jīng)Q定了制動力矩的大小。其控制關系圖如圖5所示。

本系統(tǒng)設計為4通道輸出控制8個開關電磁閥（4個常開，4個常閉）。為實現(xiàn)電磁閥的驅動，我們采用高端驅動芯片MC33289。為了減少干擾及匹配電壓，采取光電隔離。單通道的控制電路如圖6所示。

對于比例閥，設計四通道輸出控制4個比例閥。單通道電路圖如圖7所示：

2.2.3 上位機通信電路

為了讓車體的電腦控制系統(tǒng)對ABS控制器進行監(jiān)控，我們需要把ABS的實時情況傳輸給上位機，在這里我們采用DSP的SCI外設接口來實現(xiàn)，電路圖如8所示：

該電路采用MAX485接口芯片，來實現(xiàn)SCI和PC機的連接。由于通信時容易出現(xiàn)干擾，一般都要采用光電隔離，這里采用快速光耦進行光電隔離。

2.2.4 擴充汽車總線接口

隨著科學技術的不斷發(fā)展，電子控制單元管理的部件越來越多，為滿足汽車電控系統(tǒng)一體化的設計要求，為便于安裝ABS控制系統(tǒng)，必須要擴充CAN總線接口。該電路采用CAN 總線收發(fā)器的型號是PCA82C250，為使其處于高速模式下，在硬件連接的時候要注意將RS引腳接地，而且為完成檢測功能，CAN-H引腳和CAN-L引腳應連接阻值為120Ω的終端匹配電阻器。

3 系統(tǒng)仿真與分析

3.1 仿真模型的建立

防抱死控制系統(tǒng)在車輛直行制動時的仿真框圖如圖10所示：

3.2 仿真結果及分析

對汽車在干瀝青路面制動過程仿真，設定車輛行進在最佳滑移率為0.2，輪速了50r/s時開始啟用防抱死系統(tǒng)。

3.2.1 仿真結果

以下曲線是系統(tǒng)模糊滑模控制法的仿真結果，如下圖12-圖15所示：

3.2.2 仿真結果分析

可以看出，在車輪制動過程中，我們所設計的ABS系統(tǒng)模糊滑模變結構控制器能夠使車輪滑移率處于理想范圍內，對于不同路況的最佳滑移率有很好的跟蹤能力。同時，我們還可以看出車輪摩擦力此時達到較大值，車速平穩(wěn)下降，制動力矩波動幅度較小，制動效果最佳。因此，我們認為本文所設計的控制器在整個制動過程中基本達到了預計的控制效果，能夠有效防止車輪在制動過程中發(fā)生抱死現(xiàn)象。

4 結束語

本文主要對模糊滑模變結構控制法進行了研究，并設計出一種ABS系統(tǒng)模糊滑模變結構控制器，通過MATLAB軟件，對該控制器進行仿真分析，取得很好效果，以此作為一種汽車制動時消除抖動的實用方法。

注：吉林省教育廳“十三五”科學技術項目（編號：JJKH20170157KJ）。

參考文獻：

[1]王聰.軟開關功率變換器及其應用[M]：第1版.北京：科學出版社，2000.

[2]阮新波，嚴仰光. 直流開關電源的軟開關技術[M]：第1版. 北京：科學出版社，2000.

[3] 張占松，蔡宣三. 開關電源的原理與設計[D].北京：電子工業(yè)出版社，2004.340-367.