CN101181894A - 基于dsp56f8346的abs制动防抱死装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于DSP 56F8346的ABS制动防抱死装置。该装置包括：采用高性能数字信号处理器56F8346作为中央处理器的电子控制装置、车轮转速传感器及液压***三部分。电子控制装置根据四个车轮转速传感器输出的正弦波电信号，通过硬件电路将它们处理转换成与轮速成正比的计数脉冲；中央处理器采集计数值，计算四个车轮的转动速度；电子控制装置依据一定的控制原则，控制液压***的工作，进而分别对两个前轮、同时对两后轮实施防抱死制动控制，实现车辆的安全减速及稳定行驶。本发明的ABS制动防抱死装置实现了智能化、集成化，具有广阔的市场应用前景。

Description

基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置

【技术领域】：

本发明属于汽车电子控制技术领域，实现一种基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置。

【背景技术】：

ABS制动防抱死装置是一类车辆主动安全装置，用于对行驶中的运输工具进行制动控制，广泛应用于轿车、摩托车、客车和货车等公路交通、火车及铁路运输和飞机运输等行业，是电子控制中的重要设备。

制动防抱死***最早用于20世纪初的火车上，防止列车制动时钢轮抱死导致局部摩擦，热量集中致使车轮和钢轨早期失效损坏。后来，ABS装置应用在飞机上，防止着陆后制动跑偏或前栽，缩短滑行距离。约在二次世界大战前后，研制了汽车的纯机械式防抱死制动装置。上世纪60年代的电子技术已解决了复杂的逻辑控制难题，但是功能和性能受到机械制造和模拟电子技术水平的限制；此外，成本和可靠性成为限制实际应用ABS制动防抱死装置的主要原因。到了70年代初，ABS出现在豪华汽车的可选设备中；80年代后期，ABS在汽车上的应用越来越普遍，已成为绝大多数类型汽车的标准装备。目前，西欧和北美的客车和货车是标准配置，ABS的装备率达到100％，轿车的装备率在80％左右。这一方面是法规的推动作用，欧洲和北美有关组织均有相应法规，保证轿客车和货车ABS制动防抱死装置的装车率，另一方面是人们对汽车安全生能意识的觉醒。目前，我国对客货车有强制装备ABS制动防抱死装置的法规要求，新生产的车辆ABS的装备率达到100％；国产轿车中，中高档轿车基本装备ABS制动防抱死装置。

目前，ABS制动防抱死装置一般由三部分组成：电子控制装置、液压***、车轮转速传感器。它的工作原理是：电子控制装置接收来自车轮转速传感器的输出信号计算车轮转速，并依据车轮转速信号估算车辆的行驶速度，采集制动踏板的刹车信号，采用适当的控制策略与控制算法，控制液压***的电磁阀动作及电动泵的启停，调节液压***的制动液压力，使制动分泵工作，从而控制制动蹄片抱死或松开车轮，使车轮的处于连滚带滑的转动状态，达到使车辆安全、快速地减速行驶、缩短制动距离，提高操纵稳定性的目的。

现有的ABS制动防抱死装置主要采用以角速度作为控制参数的基于门限值控制的控制算法，该算法的不同路况下各种门限值及保压时间都是经过反复试验得出的经验数值，没有十分明确的理论依据，控制品质难以保证；并且该控制算法是一种开环控制，需要消耗大量的财力和物力才能过得相关的经验数据，成本较高。

【发明内容】：

本发明的目的在于实现车辆行驶制动防抱死功能，提供一种基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，包括电子控制装置、车轮转速传感器和液压***，其特征在于所述电子控制装置包括：车轮转速检测电路、A/D转换电路、制动信号采集电路、基于DSP56F8346的中央处理电路、电磁阀驱动电路、电动泵驱动电路、状态报警电路和通信接口电路；其中：

所述车轮转速检测电路：通过车轮转速传感器检测车轮旋转速度，将检测到的正弦波信号进行隔离、放大、滤波及整形后输入中央处理器进行计数；

所述A/D转换电路，检测液压***的温度及压力信号，并将信号进行放大、滤波后输入中央处理器的A/D转换模块；

所述制动信号采集电路，采集制动踏板的开关量信号，经过隔离、滤波后输入中央处理器的数字输入端口；

所述中央处理电路，对车轮转速检测电路、AD转换电路和制动信号采集电路输入的采集数据进行运算处理，并将控制信号经光电隔离单元输送到电磁阀驱动电路，控制电磁阀驱动电路、泵驱动电路和通信接口。

本发明的优点和积极效果：

1、利用高性能数字信号处理芯片DSP 56F8346实现ABS制动防抱死装置，提高车辆的行驶安全，增加车辆操纵稳定性；

2、本发明能根据车轮转速传感器输出的正弦波信号，采用抗干扰处理措施，精确计算车轮的旋转速度；

3、依据四个车轮的旋转速度，充分利用DSP56F8346的高速数据处理能力，采用卡尔曼滤波方法，精确估计车辆的行驶速度。

4、本发明以车轮滑移率最为控制参数，控制车轮的旋转状态，使车轮滑移率维持在最佳点20％附近。

5、建立滑移率预测控制数学模型。首先给定车轮的滑移率为20％，根据当前的车轮转速及估计车速，估计分析路面状况，计算当前的各车轮的滑移率。若计算出的滑移率不等于20％，电子控制装置将依据滑移率预测控制数学模型，实施预测控制技术，对不同车轮实施防抱死控制，计算滑移率的当前值与目标值的差值，调整控制值，使滑移率维持在20％左右。即使用预测控制技术，使车轮的实际滑移率与预测模型输出的误差来进行反馈校正，在线滚动优化控制参数，把滑移率控制在20％附近，增强***鲁棒性，实现车辆在制动状况下的安全行驶及增强车辆操纵稳定性；

6、降低了用普通微处理器处理速度限制而引起的测量、处理及控制滞后和精度不高的缺陷，使整个控制装置具有很好的性能和可靠性；

7、本发明的电控单元硬件电路简单、集成度高、车轮旋转计数安全可靠、实时控制精度高，可大大提高装置的稳定性和可靠性；

8、整个ABS制动防抱死装置采用模块化设计，选用Freescale公司DSP56F8346芯片作为***装置的控制核心，并且具有标定及监控接口和与车辆其它控制器的通信接口，提高了***的监控和标定的方便性；电控单元的外部接口尽可能采用光电隔离，提高了装置的可靠性；

9、本发明的ABS制动防抱死装置实现了智能化、数字化、智能诊断。

【附图说明】：

图1是基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置示意图；

图2是电子控制装置框图。

图3是ABS装置液压***示意图；

图4是ABS制动防抱死装置中央数据处理电路结构图；

图5是ABS制动防抱死装置***供电电路图；

图6是车轮转速检测电路结构图；

图7是A/D转换电路结构图；

图8是电磁阀控制电路结构图；

图9是制动信号采集电路结构图；

图10是电动泵驱动电路结构图；

图11是状态报警电路结构图；

图12是通信接口(RS232和CAN总线)电路结构图。

【具体实施方式】：

本发明提供的一种基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，包括；

(1)电子控制装置包括：车轮转速检测电路、A/D转换电路、制动信号采集电路、中央处理电路、电磁阀驱动电路、电动泵驱动电路、状态报警电路、通信接口电路。

车轮转速检测电路：用于检测车轮旋转速度，将检测到的正弦波信号进行隔离、放大、滤波及整形后输入中央处理器。

A/D转换电路：用于检测液压***的温度及压力信号采集，并将信号进行放大、滤波后输入中央处理器。

制动信号采集电路：将制动踏板的开关量信号经过隔离、滤波后输入中央处理器。

中央处理电路：用于对脉冲检测电路、AD转换电路、制动信号采集电路输入的采集数据进行运算处理，并将处理结果的控制信号经光电隔离单元输送到电磁阀驱动电路，实现对电磁阀驱动电路、泵驱动电路、通信接口的控制；

电磁阀驱动电路：用于接受中央处理器输送的控制信号，进而控制电磁阀的开断，实现电磁阀门的开启或关闭；

电动泵驱动电路：用于接受中央处理器输送的控制信号，控制电动泵的运行和停止。

状态报警电路：用于接受中央处理器输送的控制信号，显示ABS装置的运行状态。

通信接口电路：与中央处理电路双向连接，并通过CAN总线和RS232接口及通讯电缆与上位机相连，向上位机上传电控单元ECU状态信息，便于上位机实施监控；通过这个接口，可对***参数进行标定。

(2)车轮转速传感器

由电磁感应脉冲传感器构成。在车轮轮毂上加工出环形齿圈，车轮转动时带动齿圈旋转，传感器输出与车轮转速成正比的正弦波信号。

(3)液压***(制动力调节器)：包括制动总泵、制动液、制动力调节器、四个制动分泵、液压管路、六个电磁阀、电动泵和蓄压器等。液压***通过电子控制装置控制控制电磁阀的动作，使不同车轮上制动分泵的制动液压力迅速变大或变小，以防止车轮被完全抱死。四个制动分泵中左前轮、右前轮各有一个制动分泵；左后轮、右后轮各一个制动分泵，但是后两个制动分泵是通过液压管路并联在一起的。电动泵和蓄压器为液压***提供需要的制动液工作压力。

本发明所说的基于DSP56F8346的的ABS制动防抱死装置工作原理为：控制单元对车辆的运行状态进行控制与监测，通过车轮转速传感器的正弦波信号输出来测量车轮的转速，并由相关电路及中央处理器进行处理计算出各个车轮转速和估计车速，并控制电磁阀的通断及控制电动泵的启停，给液压***提供适当的压力，接通或断开相应的车辆轮毂上制动分泵的液压油路，进行车轮防抱死制动控制。电子控制装置利用测量的信息及相关计算，通过控制驱动电路动作，使车轮上的制动蹄片张开、或者抱死车轮，从而使车轮抱死或松开，以实现车轮制动防抱死的目的。通信接口模块可通过RS232接口与上位PC机进行通信，接收上位机的参数设定等标定信息，便于上位机进行监控。基于DSP56F8346的的ABS制动防抱死装置，同时完成通过CAN总线接口向其它车辆控制器发送ABS制动防抱死装置的相关***及状态信息，实现信息共享和信息交互。

实施例：

参看图1、2、3所示。基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，采用Freescale公司的高性能数字信号控制器DSP56F8346作为中央处理器，由电子控制装置、车轮转速传感器、液压***(制动力调节器)、电动泵和蓄压器组成。电子控制装置包括：车轮转速检测电路、A/D转换电路、制动信号采集电路、中央处理电路、电磁阀驱动电路、电动泵驱动电路、状态报警电路、通信接口电路。车轮转速传感器由电磁感应脉冲传感器构成，在车轮轮毂上有环形齿圈，车轮转动时带动齿圈旋转，传感器输出与车轮转速成正比的正弦波信号。液压***包括液压管路、电动泵、制动分泵、制动液、制动主泵、制动压力调节块等。通过电子控制装置控制安装在制动压力调节块上的电磁阀动作及控制电动泵的启停，改变液压***中制动分泵的制动液压力及制动液流向，从而控制制动分泵的工作，使安装在车轮轮毂上的制动蹄片与制动鼓贴合或分离，使车轮抱死或松开，促使车轮旋转速度减小。电动泵和蓄压器为液压***提供制动液工作压力。

参看图4、5所示。所说的电子控制装置中的中央处理电路包括：提供12路PWM控制脉冲信号既具有高速处理数据能力的DSP56F8346芯片、由电阻R91和晶振体Y1构成的晶振电路、复位电路和参考电压源电路；所编软件程序通过设定执行条件，控制DSP56F8346芯片对车轮转速信号检测、制动信号检测、电池电压、制动液的温度及压力信号检测；发出控制指令，控制液压***工作。晶振电路向DSP56F8346芯片提供时钟信号；复位电路提供上电复位信号。参考电压源电路提供A/D转换参考电压。***装置供电电路(见图5)加了熔断器、防止电源反接的二极管D51、DC/DC电源模块B1205LS-5W、DC/DC电源模块B1205LS-1W，5V转3.3V的DC/DC转换器件AS1117、12V转5V的DC/DC转换器件7805，以及电容滤波电路，***供电显示用的二极管驱动电路等。

参看图6所示。所说的电子控制装置中车轮转速检测电路：由四路车轮转速传感器检测四个车轮转速的正弦波信号，通过运算放大器LM258及电阻电容组成滤波及放大电路，把信号输入LM393进行电压比较，把正弦波信号转换为方波信号，再经74HC14进行方波信号整形后输入中央处理器计数器入口。所述车轮转速传感器是霍尔电磁感应传感器，车轮轮毂上加工出环形齿圈，车轮转动时，传感器输出正弦波信号；中央处理器的计数器计数值与车轮转速成正比。

参看图7所示。所说的电子控制装置中A/D转换电路：温度传感器Pt100将制动液由于温度变化产生的电压输出、压电型压力传感器由于制动液压力变化产生的电压输出、车辆12V标称辅助电池的端电压经过电阻分压值，通过电阻及电容组成RC滤波电路将模拟量信号滤波处理，然后通过运放LM258及线性光藕器件LOC110将模拟量与外界隔离并放大到需要的电压幅值，然后将模拟量信号输入中央处理器DSP56F8346中的12位精度的片上A/D转换模块的ADA0、ADA1、ADA2端口。

参看图8所示。所说的电子控制装置中电磁阀驱动电路：由驱动器MC33289及其驱动电路组成。接收中央处理器输出的控制信号，经TLP521进行隔离，然后控制信号输入功率器件MC33289(MC33289中的OUT1～OUT6接电磁阀的控制线圈)，进而控制电磁阀的通断，使电磁阀动作，接通或断开不同制动分泵的制动液通路，从而实现车轮防抱死控制。

参看图9所示。所洗的电子控制装置中制动信号采集电路：将制动踏板的开关量信号经TLP521进行隔离，然后将信号输入中央处理器DSP56F8346的输入接口GPIOA11。

参看图10所示。所说的电子控制装置中电动泵驱动电路：接收中央处理器输送的控制信号，经TLP521进行隔离，然后控制信号输入功率器件MC33289(MC33289中的OUT7接电动泵励磁线圈)，去控制电动泵的转动或停止。当液压***压力降低到一定限度时，电子控制装置检测到***压力过低，将启动电动泵，使***压力升高；当控制***检测到压力升到设定的上限值时，将自动切断电动泵的供电通路，使电动泵停止工作。

参看图11所示。所说的电子控制装置中状态报警电路：由开关量信号输出及隔离电路组成，提供报警及状态由发光二极管信号显示输出。中央处理器根据制动防抱死装置的各种运行参数进行分析及综合，通过发光二极管进行***状态显示。若***状指出现故障，中央处理器将输出控制信号，控制信号经TLP521进行隔离，然后驱动发光二极管使之发光，以显示ABS装置的工作状态。

参看图12所示。所说的电子控制装置中通信接口电路：包括CAN和RS232的隔离及接口驱动芯片，与中央处理电路双向连接，并通过CAN总线和RS232接口及通讯电缆与上位机相连，向上位机上传电控单元ECU状态信息，便于上位机实施监控；通过这个接口，可对***参数进行标定。制动防抱死装置可通过CAN总线向其它车辆控制器进行通信，实现信息共享和信息交互。其中RS232通信接口用MAX3221芯片，而CAN总线接口芯片用PCA82C250，在PCA82C250和中央处理器56F8346之间用高速光电隔离器件6N137实现电子控制装置与外界的电气隔离，以增加装置抗干扰性。

本发明首先研究应用嵌入式技术，使用高速高性能嵌入式数字信号处理器实现信号的高精度采集和快速处理，利用信号处理专用芯片，实现具有防抱死功能的低成本设计方案，将各种数据按照不同要求传输到中央处理器，通过中央处理器实现对车辆行驶运行状况的监控和分析功能，此ABS制动防抱死装置具有智能诊断功能，实现了智能化、数字化，使ABS制动防抱死装置更好的适应现代汽车工业的发展要求。

Claims (10)

1.一种基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，包括电子控制装置、车轮转速传感器和液压***，其特征在于所述电子控制装置包括：车速转速检测电路、A/D转换电路、制动信号采集电路、基于DSP56F8346的中央处理电路、电磁阀驱动电路、电动泵驱动电路、状态报警电路和通信接口电路；其中：

所述车轮转速检测电路：通过车轮转速传感器检测车轮旋转速度，将检测到的正弦波信号进行隔离、放大、滤波及整形后输入中央处理器进行计数；

所述A/D转换电路，检测液压***的温度及压力信号，并将信号进行放大、滤波后输入中央处理器的A/D转换模块；

所述制动信号采集电路，采集制动踏板的开关量信号，经过隔离、滤波后输入中央处理器的数字输入端口；

所述中央处理电路，对脉冲检测电路、AD转换电路和制动信号采集电路输入的采集数据进行运算处理，并将控制信号经光电隔离单元输送到电磁阀驱动电路，控制电磁阀驱动电路、泵驱动电路和通信接口。

2.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述脉冲检测电路：由四路车轮转速传感器检测的四个车轮转速的正弦波信号，通过运算放大器LM258及电阻电容组成滤波及放大电路，把信号输入LM393进行电压比较，把正弦波信号转换为方波信号，再经74HC14进行方波信号整形后输入中央处理器计数器入口。

3.根据权利要求2所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述车轮转速传感器是霍尔电磁感应脉冲传感器，车轮轮毂上加工出环形齿圈，传感器输出与车轮转速成正比的正弦波信号。

4.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述A/D转换电路：温度传感器Pt100将制动液由于温度变化产生的电压输出、压电型压力传感器由于制动液压力变化产生的电压输出、车辆12V标称辅助电池的端电压经过电阻分压值，通过电阻及电容组成RC滤波电路将模拟量信号滤波处理，然后通过运放LM258及线性光藕器件LOC110将模拟量与外界隔离并放大到需要的电压幅值，然后将模拟量信号输入中央处理器DSP56F8346中的12位精度的片上A/D转换模块的ADA0、ADA1、ADA2端口。

5.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述制动信号采集电路：将制动踏板的开关量信号经TLP521进行隔离，然后将信号输入中央处理器的数字量输入接口GPIOA11。

6.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述中央处理电路包括：DSP56F8346芯片、晶振电路、复位电路和参考电压源电路；软件程序设定执行条件控制DSP56F8346芯片对脉冲信号检测、制动信号检测、电池电压、制动液的温度及压力信号检测，发出控制指令；晶振电路向DSP56F8346芯片提供时钟信号；复位电路提供上电复位信号；参考电压源电路提供A/D转换参考电压。

7.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述电动泵驱动电路：接收中央处理器输送的控制信号，经TLP521进行隔离，然后控制信号输入功率器件MC33289的OUT7，再接电动泵励磁线圈，控制电动泵工作。

8.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述状态报警电路：由开关量信号输出及隔离电路组成，提供报警及状态由发光二极管信号显示输出。

9.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述通信接口电路：与中央处理电路双向连接，通过CAN总线和RS232接口及通讯电缆与上位机相连，向上位机上传电控单元ECU状态信息，对***参数进行标定。

10.根据权利要求1所述的基于DSP56F8346的ABS制动防抱死装置，其特征在于所述电磁阀驱动电路及电动泵驱动电路：由驱动器MC33289及其驱动电路组成，完成信号隔离、信号传输，接通和断开电磁阀和电动泵线圈电路。

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