基于FPGA的ABS防抱死系统研究

论文摘要

在汽车工业飞速发展的如今，车速不断加快，对汽车安全性能的要求也随之不断提高。汽车防抱死制动系统（ABS）是一种在紧急刹车时防止由于车轮的抱死而产生一系列侧滑、跑偏、失去转向操纵能力等非稳定因素的制动系统。该系统能够有效的提高制动安全性，保持方向的稳定性和提高转向操纵能力，对汽车的安全行驶具有重要意义。本文提出了一种改进的ABS防抱死系统设计，用FPGA芯片代替通常使用的单片机作为ABS防抱死系统的电控单元（ECU），与此相应的在系统硬件设计部分完成轮速传感器输出信号的预处理与传感器故障诊断电路的设计，通过A/D转换电路将其转换为相应的数字信号输入电控单元进行处理和运算。在后向通道中，完成电磁阀驱动电路的设计，同时其具备自检的功能可以实时检测系统是否出现故障，从而及时进行故障排除。软件设计中，在Quartus Ⅱ环境下用硬件描述语言实现，主要是完成两个部分的设计。第一部分是对参考车速的计算，首先采用最大轮速法得到参考车速的估计值，建立参考车速的系统状态空间模型，基于自适应卡尔曼滤波得到参考车速，此时的参考车速与实时车速近似相吻合。第二部分是逻辑门限的控制部分，先进行滑移率与车轮加速度的计算，之后采取以滑移率为主、车轮加速度为辅的控制策略，即将车轮的加速度门限与滑移率门限相结合调节制动压力，使车轮的滑移率在制动过程中始终保持在最佳滑移率附近，从而得到较好的制动效果。本文在Matlab/Simulink中进行了系统的仿真建模，在设置仿真参数后，以相同的初速在不同附着系数的路面上进行仿真制动，从而得出在各种路面情况下汽车的制动时间、制动距离和车速与轮速的仿真曲线。通过对仿真结果的分析研究，以证明系统具有较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文的研究内容及安排
• 2.ABS 系统的组成及工作原理分析
• 2.1 ABS 系统的组成
• 2.1.1 轮速传感器
• 2.1.2 电控单元（ECU）
• 2.1.3 制动压力调节装置
• 2.2 ABS 的工作原理
• 2.2.1 ABS 的作用
• 2.2.2 ABS 的工作原理
• 2.3 ABS 系统的分类及控制原理
• 2.4 本章小结
• 3.系统硬件的设计
• 3.1 ABS 的电控单元
• 3.2 系统电源设计
• 3.3 轮速信号预处理电路及故障诊断
• 3.3.1 限幅电路
• 3.3.2 滤波电路
• 3.3.3 轮速传感器故障诊断电路
• 3.4 A/D 转换电路
• 3.4.1 传感器故障诊断 A/D 转换电路设计
• 3.4.2 轮速信号 A/D 转换电路设计
• 3.5 隔离电路
• 3.6 电磁阀驱动电路
• 3.6.1 驱动芯片 MC333289
• 3.6.2 电磁阀驱动电路的设计
• 3.7 本章小结
• 4. ABS 系统的软件设计
• 4.1 FPGA 的开发流程和 QuartusⅡ简介
• 4.1.1 FPGA 的开发流程
• 4.1.2 QuartusⅡ简介
• 4.2 最大轮速计算模块
• 4.3 基于 FPGA 的参考车速计算模块
• 4.3.1 参考车速的系统状态空间模型
• 4.3.2 等效协方差Rk 的确定
• 4.3.3 基于自适应卡尔曼滤波的参考车速计算
• 4.4 滑移率计算及逻辑门限控制模块
• 4.4.1 滑移率计算模块
• 4.4.2 车轮加速度计算模块
• 4.4.3 逻辑门限控制
• 4.5 本章小结
• 5.ABS 系统建模与仿真结果分析
• 5.1 ABS 系统建模
• 5.2 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 6.结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢