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摘 要：ABS即防抱死制动系统对于汽车制动安全性能有重要影响，目前在实际应用中的ABS系统使用的绝大多数都是基于门限值的控制方法，由于实验条件有限，该方法受到数据的限制，无法达到很好的效果。本文深入研究汽车防抱死机理以及变结构控制策略，并以此设计了滑模控制器，并在此基础上应用MATLAB软件实现了半实物仿真，取得很好效果。
关键词：防抱死制动系统;变结构控制策略;模糊滑模控制
1 引言
从80年代末起，一些高级轿车上开始安装ABS装置，随着汽车电控技术的不断发展，ABS装置现在己经成为轿车的必装部件，其基本功能就是通过传感器检测制动轮任意时刻的运动状态，并根据检测结果相应地调节制动器产生的制动力，从而防止车轮抱死，有利于汽车在制动时制动距离的缩短和方向稳定性的维持，使汽车行驶时的安全性得到保证。[1]
2 系统结构设计
汽车防抱死系统的硬件系统主控芯片采用运动控制芯片TMS320F2812，在主控芯片基础上扩充相应的外围电路，输出信号到执行元件，通过控制算法来实现防抱死制动功能。
本系统采用4传感器4通道的ABS控制系统。对于主要是硬件设计的外围电路包括如下几个模块：轮速传感器、轮速信号输入处理装置、CPU、电磁阀驱动电路、电源电路、电磁阀故障诊断电路等。总体硬件框架如图1所示。
2.1 电源模块
整个系统中需要用到3.3V的直流电，还需要用到隶属度函数。采用芯片LM7812和LM7805产生5V和12V的电源。 而3.3V的电是为DSP供电的，需要专用芯片TPS733Q来实现5V到3.3V的转换。电源电路如图2所示。
2.2 电子控制单元及外围电路
2.2.1 测速电路
电磁式轮速传感器是测速系统的主要部件，其原理为在齿圈相对传感器转动，产生不同的磁阻，从而使传感器激励出相应车速变化的正弦波。因为车轮的转速与频率成正比，通过测量传感器信号的频率，我们就可以得出车轮的轮速。
当轮速信号为方波信号，并进行了滤波处理（以防止干扰信号，发生误操作），在此前提下，我们把传感器信号转换成CPU能够接受的信号。滤波电路如图3所示。
经过处理后的方波信号，经过光电隔离输入到DSP的捕获输入口，我们就能接受到脉冲信号，从而通过算法得到速度值。隔离电路如图4所示。
2.2.2 电磁阀驱动及故障诊断电路
液压系统压力大小是由电磁阀动作决定的，电磁阀动作又进一步决定了制动力矩的大小。其控制关系图如图5所示。
本系统设计为4通道输出控制8个开关电磁阀（4个常开，4个常闭）。为实现电磁阀的驱动，我们采用高端驱动芯片MC33289。为了减少干扰及匹配电压，采取光电隔离。单通道的控制电路如图6所示。
对于比例阀，设计四通道输出控制4个比例阀。单通道电路图如图7所示：
2.2.3 上位机通信电路
为了让车体的电脑控制系统对ABS控制器进行监控，我们需要把ABS的实时情况传输给上位机，在这里我们采用DSP的SCI外设接口来实现，电路图如8所示：
该电路采用MAX485接口芯片，来实现SCI和PC机的连接。由于通信时容易出现干扰，一般都要采用光电隔离，这里采用快速光耦进行光电隔离。
2.2.4 扩充汽车总线接口
随着科学技术的不断发展，电子控制单元管理的部件越来越多，为满足汽车电控系统一体化的设计要求，为便于安装ABS控制系统，必须要扩充CAN总线接口。该电路采用CAN 总线收发器的型号是PCA82C250，为使其处于高速模式下，在硬件连接的时候要注意将RS引脚接地，而且为完成检测功能，CAN-H引脚和CAN-L引脚应连接阻值为120Ω的终端匹配电阻器。
3 系统仿真与分析
3.1 仿真模型的建立
防抱死控制系统在车辆直行制动时的仿真框图如图10所示：
3.2 仿真結果及分析
对汽车在干沥青路面制动过程仿真，设定车辆行进在最佳滑移率为0.2，轮速了50r/s时开始启用防抱死系统。
3.2.1 仿真结果
以下曲线是系统模糊滑模控制法的仿真结果，如下图12-图15所示：
3.2.2 仿真结果分析
可以看出，在车轮制动过程中，我们所设计的ABS系统模糊滑模变结构控制器能够使车轮滑移率处于理想范围内，对于不同路况的最佳滑移率有很好的跟踪能力。同时，我们还可以看出车轮摩擦力此时达到较大值，车速平稳下降，制动力矩波动幅度较小，制动效果最佳。因此，我们认为本文所设计的控制器在整个制动过程中基本达到了预计的控制效果，能够有效防止车轮在制动过程中发生抱死现象。
4 结束语
本文主要对模糊滑模变结构控制法进行了研究，并设计出一种ABS系统模糊滑模变结构控制器，通过MATLAB软件，对该控制器进行仿真分析，取得很好效果，以此作为一种汽车制动时消除抖动的实用方法。
注：吉林省教育厅“十三五”科学技术项目（编号：JJKH20170157KJ）。
参考文献：
[1]王聪.软开关功率变换器及其应用[M]：第1版.北京：科学出版社，2000.
[2]阮新波，严仰光. 直流开关电源的软开关技术[M]：第1版. 北京：科学出版社，2000.
[3] 张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计[D].北京：电子工业出版社，2004.340-367.
关键词：防抱死制动系统;变结构控制策略;模糊滑模控制
1 引言
从80年代末起，一些高级轿车上开始安装ABS装置，随着汽车电控技术的不断发展，ABS装置现在己经成为轿车的必装部件，其基本功能就是通过传感器检测制动轮任意时刻的运动状态，并根据检测结果相应地调节制动器产生的制动力，从而防止车轮抱死，有利于汽车在制动时制动距离的缩短和方向稳定性的维持，使汽车行驶时的安全性得到保证。[1]
2 系统结构设计
汽车防抱死系统的硬件系统主控芯片采用运动控制芯片TMS320F2812，在主控芯片基础上扩充相应的外围电路，输出信号到执行元件，通过控制算法来实现防抱死制动功能。
本系统采用4传感器4通道的ABS控制系统。对于主要是硬件设计的外围电路包括如下几个模块：轮速传感器、轮速信号输入处理装置、CPU、电磁阀驱动电路、电源电路、电磁阀故障诊断电路等。总体硬件框架如图1所示。
2.1 电源模块
整个系统中需要用到3.3V的直流电，还需要用到隶属度函数。采用芯片LM7812和LM7805产生5V和12V的电源。 而3.3V的电是为DSP供电的，需要专用芯片TPS733Q来实现5V到3.3V的转换。电源电路如图2所示。
2.2 电子控制单元及外围电路
2.2.1 测速电路
电磁式轮速传感器是测速系统的主要部件，其原理为在齿圈相对传感器转动，产生不同的磁阻，从而使传感器激励出相应车速变化的正弦波。因为车轮的转速与频率成正比，通过测量传感器信号的频率，我们就可以得出车轮的轮速。
当轮速信号为方波信号，并进行了滤波处理（以防止干扰信号，发生误操作），在此前提下，我们把传感器信号转换成CPU能够接受的信号。滤波电路如图3所示。
经过处理后的方波信号，经过光电隔离输入到DSP的捕获输入口，我们就能接受到脉冲信号，从而通过算法得到速度值。隔离电路如图4所示。
2.2.2 电磁阀驱动及故障诊断电路
液压系统压力大小是由电磁阀动作决定的，电磁阀动作又进一步决定了制动力矩的大小。其控制关系图如图5所示。
本系统设计为4通道输出控制8个开关电磁阀（4个常开，4个常闭）。为实现电磁阀的驱动，我们采用高端驱动芯片MC33289。为了减少干扰及匹配电压，采取光电隔离。单通道的控制电路如图6所示。
对于比例阀，设计四通道输出控制4个比例阀。单通道电路图如图7所示：
2.2.3 上位机通信电路
为了让车体的电脑控制系统对ABS控制器进行监控，我们需要把ABS的实时情况传输给上位机，在这里我们采用DSP的SCI外设接口来实现，电路图如8所示：
该电路采用MAX485接口芯片，来实现SCI和PC机的连接。由于通信时容易出现干扰，一般都要采用光电隔离，这里采用快速光耦进行光电隔离。
2.2.4 扩充汽车总线接口
随着科学技术的不断发展，电子控制单元管理的部件越来越多，为满足汽车电控系统一体化的设计要求，为便于安装ABS控制系统，必须要扩充CAN总线接口。该电路采用CAN 总线收发器的型号是PCA82C250，为使其处于高速模式下，在硬件连接的时候要注意将RS引脚接地，而且为完成检测功能，CAN-H引脚和CAN-L引脚应连接阻值为120Ω的终端匹配电阻器。
3 系统仿真与分析
3.1 仿真模型的建立
防抱死控制系统在车辆直行制动时的仿真框图如图10所示：
3.2 仿真結果及分析
对汽车在干沥青路面制动过程仿真，设定车辆行进在最佳滑移率为0.2，轮速了50r/s时开始启用防抱死系统。
3.2.1 仿真结果
以下曲线是系统模糊滑模控制法的仿真结果，如下图12-图15所示：
3.2.2 仿真结果分析
可以看出，在车轮制动过程中，我们所设计的ABS系统模糊滑模变结构控制器能够使车轮滑移率处于理想范围内，对于不同路况的最佳滑移率有很好的跟踪能力。同时，我们还可以看出车轮摩擦力此时达到较大值，车速平稳下降，制动力矩波动幅度较小，制动效果最佳。因此，我们认为本文所设计的控制器在整个制动过程中基本达到了预计的控制效果，能够有效防止车轮在制动过程中发生抱死现象。
4 结束语
本文主要对模糊滑模变结构控制法进行了研究，并设计出一种ABS系统模糊滑模变结构控制器，通过MATLAB软件，对该控制器进行仿真分析，取得很好效果，以此作为一种汽车制动时消除抖动的实用方法。
注：吉林省教育厅“十三五”科学技术项目（编号：JJKH20170157KJ）。
参考文献：
[1]王聪.软开关功率变换器及其应用[M]：第1版.北京：科学出版社，2000.
[2]阮新波，严仰光. 直流开关电源的软开关技术[M]：第1版. 北京：科学出版社，2000.
[3] 张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计[D].北京：电子工业出版社，2004.340-367.