基于LabVIEW的汽车ABS测试系统设计

基于LabVIEW的汽车ABS测试系统设计

张文广，杜春臣，司利增

（长安大学汽车学院，陕西西安710064）

要：ABS是汽车的一种重要主动安全装置。以图形化编程软件LabVIEW为核心，结合数

据采集卡，设计了汽车ABS测试系统。该系统能够实现制动车速、制动距离、角速度、滑移率等摘

性能参数的实时显示与存储，便于对ABS性能进行分析以及对控制算法进行优化改进，从而为开发和研制汽车防抱死制动系统提供了测试依据。关键词：ABS；数据采集；LabVIEW；测试系统中图分类号：TH12；TP391．76文献标志码：B

5276（2012）05-0133-02文章编号：1671-

DesignofABSTestingSystemBasedonLabVIEW

ZHANGWen-guang，DUChun-chen，SILi-zeng

（SchoolofAutomobile，Chang＇anUniversity，Xi＇an710064，China）

Abstract：ABSisanimportantactivesafetydeviceinavehicle．ThispaperusesthegraphicalprogrammingsoftwareLabVIEWas

thecoreandcombinesthedataacquisitioncardtodesignthecarABStestingsystem．Thebrakingperformancereal-timedisplayandstoragesuchasbrakingspeed，brakingdistance，angularvelocityandslipratecanberealized，inorderanalyzetheABSper-formanceandimprovethecontrolalgorithm．Formthisthetestingbasisisprovidedforthedevelopmentofautomobileanti-lockbra-kingsystemanditsresearch．

Keywords：ABS；dataacquisition；LabVIEW；testingsystem

0引言

汽车防抱死制动系统（ABS）是一种主动安全装置，能

够防止制动时车轮抱死，在汽车制动过程中自动控制和调节制动压力，将汽车纵向附着系数保持在最大值附近、横

消除制动过程中的侧滑、跑偏、向附着系数保持在较大值，

丧失转向能力等非稳定状态，使汽车获得良好的制动性

能、操纵性能和稳定性能。虚拟仪器技术是计算机与测试技术相结合的产物，在汽车ABS测试系统中以LabVIEW软件为核心，能够减少各种控制按钮、开关以及传统仪器不仅节约了成本，而且使系统功能更加灵活。的采用，

图1

ABS基本控制

将滑移率控制在最佳值附近，起到防止车轮抱死的目的，并使

汽车达到最佳的方向稳定性和制动效能。

2

2．1

ABS测试系统硬件的选择

速度传感器

1ABS的结构与工作原理

汽车制动系统随车型的不同而不同，同样ABS系统也因车型而异，但是汽车ABS基本都是由电子控制单元（ECU）、制动压力调节装置和车轮转速传感器等组成。通过各个部分的有效结合，使汽车制动时滑移率控制在20%左右，防止车轮抱死，从而达到制动距离最短。汽车ABS的基本控制框图

［1］

由于电磁感应式轮速传感器在低车速时输出信号较

弱，而且抗电磁波干扰能力差，因此选择霍尔式车轮转速传感器。

霍尔式车轮转速传感器是由传感头和齿圈组成，其中传感头由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成。测量车速时，传感头安装在车轮总成的非旋转部分上，与车轮一起转动的齿圈相对。如图2所示，为传感器磁路。随着齿圈的转动，由于齿圈与传感器之间间隙的交替变化，导致穿过霍尔元件的磁场线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化。霍尔电压最终经过运算放大器放大、施密特触发器转换、输出级再放大后便可以使用。

如图1所示。

当驾驶员在汽车行驶过程中紧急制动时，车轮速度传感

器会检测车轮的速度，并不停的向ECU发出信号。ECU通过判断车轮加减速度的大小来确定车轮是否抱死并计算滑移

ECU率的大小，一旦发现某个车轮滑移率不在预控制范围，会立即发出指令，控制电磁阀改变车轮制动缸的制动压力，

作者简介：张文广（1986－），男，河北保定人，硕士研究生，研究方向为汽车电子控制等。MachineBuilding

Automation，Jun2012，41（5）：133～134，149

·133·

·信息技术·张文广，等·基于LabVIEW的汽车ABS测试系统设计

图2霍尔式车轮转速传感器磁路

2．2数据采集卡

数据采集卡是将模拟信号转换为数字信号，形成计算

机能够处理的数据，并且大多可以直接进行数字信号的输入和输出。

测试系统选用北京阿尔泰科贸有限公司生产的外挂

USB2015模板是与USB总线兼式数据采集卡USB2015，

容的数据采集板，可经USB接口直接接入计算机，构成实

产品品质检验中心、野外测控、医疗设备等领域的数验室、

据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程控

即插制监控系统。而且USB2015采集卡还具有体积小，即用等特点，特别适合本测试系统的车载电脑的输入输出

接口。如图3所示，为USB2015数据采集卡的结构。

图4

的，常用的速度计算方法有频率法和周期法。汽车的最大

速度一般不超过200km/h，折合到车轮转速信号也就几kHz，因此采用周期法测量车轮转速信号。根据奈奎斯特采样定理，以频率几十至几百kHz为时基信号，就可保证不失真采样。启动计数程序，记录一个周期内通过的时基脉冲数量，即可求得车轮的角速度ω=2π/zT，车轮线速度

z为齿圈齿数，r为车轮为V=ωr，其中T为交变电压周期，滚动半径

［3］

。图5为车轮速度计算程序。

图5车速计算程序

车轮的角加减速度就是单位时间内车轮角速度的变

化量，程序利用角加减速度的大小判断路面附着系数的高低以及对制动系统压力的控制。角加减速度的计算如下：

Δk－ωk－1Δω=

Δt

式中，ωk和ωk－1分别为当前时刻和上一采样时刻的车轮角速度。

图3USB2015数据采集卡

USB2015数据采集卡，具有8路开关量输入通道，使

DI4连接刹车灯开用时DI0～DI3连接四个轮速传感器，

DI5连接驻车制动开关，DI6输入蓄电池电压信号，DI7关，

D00～输入主电源电压信号；具有8路开关量输出通道，D07用以控制4个常开电磁阀和4个常关电磁阀；具有4

路定时/计数器通道；最大采样率为100kHz，完全能满足测试系统要求。

3．3滑移率计算

表征车轮滑移程度的参数即为滑移率，它的定义为

v－rωs=×100%

v

3

3．1

测试系统控制程序设计

测试系统控制流程

——车轮中心的速度，式中：v—级汽车车身的速度；r———车轮的动力半径；

——车轮的角速度。ω—

在计算滑移率之前首先需要知道地面的附着情况，在程序设计中利用Pacejka等人提出的魔术公式来表征。魔术公式比较真实的表述了纵向附着系数与滑移率之间的关系，即

－1

C×S－D－（C×S－tan－1（C×S）｝］μ=μo+A×sin｛B×tan［

式中：μ0为车轮在纯滚动时的附着系数，一般情况下取为

ABS测试系统是基于LabVIEW语言，采用模块化设

计编程的。前面板用来显示测试系统运行结果与选择汽车制动方式，具体控制过程将在后台程序框图中以数据流

［2］

的方式运行。软件控制流程如图4所示。

0；A，B，C，D为待定系数，都是与路面相关的常数，通过选择参数可以代表不同的路面。

（下转第149页）

E-mail：ZZHD@chainajournal．net．cn《机械制造与自动化》

3．2车速与角加减速度计算

车速是根据采集的霍尔传感器的连续方波信号计算

·134·http：∥ZZHD．chinajournal．net．cn

·信息技术·

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李媛·基于Fluent的传热风洞流场品质研究

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收稿日期：2011-12-21

權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權（上接第134页）

在汽车制动过程中，通过检测角加减速度的大小，

LabVIEW控制程序可以判断地面附着情况。制动初期，如果测得车轮角速度低于设定值，则取此刻的车轮速度作为汽车的参考车速vRefo。然后汽车参考车速vRefo可依据车轮的减速度j（即相应滑移率下的附着系数μ与g的积），由vRefo=vRefo－jt确定，并由此计算出车轮在任一时刻的参考滑移率

［4］

时了解制动过程和存储数据，发现制动过程的影响因素，

对控制过程进行优化改进。利用该测试系统可以有效提高汽车ABS产品开发的效率，降低开发成本，具有较高的实用性。

。滑移率计算程序如图6．

图6滑移率计算

参考文献：

图7测试系统前面板

3．4测试系统前面板设计

测试系统的前面板是测试者操作和信息显示的面板，因此要求界面友好、直观、便于操作和人机交互。测试系统的LabVIEW前面板如图7所示，可以直观显示制动过程中采集的轮速信号、车速变化曲线、滑移率变化曲线、角加速变化曲线以及理论制动距离。在测试系统过程中可以对有无ABS两种情况分别进行测试，测试过程中可以实时观察并存储数据，以对试验后数据进行分析处理。

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4结论

USB2015采集卡以及其他在霍尔式车轮轮速传感器、制动系统基本结构的基础上，以LabVIEW软件为核心设计了ABS测试系统。该测试系统具有良好的人机交互界面，并且操作简单，功能全面。在汽车制动过程中可以实

收稿日期：2011-12-20

MachineBuildingAutomation，Jun2012，41（5）：144～149

·149·