轎車ABS/ASR/ACC集成化電控系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
3. 集成電控系統(tǒng)硬件電路
ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)ECU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示，包括以MC9S12DP256芯片為核心的最小系統(tǒng)，傳感器處理電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路，以及通訊接口電路。
圖5 集成電控系統(tǒng)ECU 結(jié)構(gòu)框圖
MCU 是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理，所有的邏輯運(yùn)算以及最終控制的實(shí)現(xiàn)。ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間、I/O 接口都有較高的要求。
經(jīng)過調(diào)研，我們選擇了Motorola 的HSC12 系列16 位MCU－MC9S12DP256。它有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，豐富的IO 接口和充裕的存儲(chǔ)空間，采用STAR 12 CPU，核心運(yùn)算能力可以達(dá)到50M，總線速度可以達(dá)到25M，采用了優(yōu)化的指令集，使指令的運(yùn)算速度得到了很大的提高。通過片內(nèi)的PLL 功能可以方便的選擇MCU 的核心頻率而不管外部晶振頻率的多少。片內(nèi)集成了256K flash，4K EEPROM 和12K RAM，完全可以滿足程序?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求。有豐富的IO 接口，包括2 個(gè)異步串行通訊接口（SCI），3 個(gè)同步串行通訊接口（SPI），8 通道輸入捕捉/輸出比較（IC/OC），16 個(gè)10 位AD接口，8 路PWM，29 路獨(dú)立的數(shù)字IO 接口，20 路帶中斷和喚醒功能的數(shù)字IO 接口，5 路CAN 總線接口，1 個(gè)IIC 總線接口，1 個(gè)BDLC（J1850）接口。
另外，利用CodeWarrior 集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE），通過背景調(diào)試方式（Background debug mode，BDM），下載控制程序和修改相關(guān)參數(shù)，在不干擾目標(biāo)程序運(yùn)行情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各寄存器和存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了控制程序的板上在線調(diào)試，從而提高了集成系統(tǒng)的開發(fā)效率和試驗(yàn)的方便性，縮短了試驗(yàn)周期。
3.2 外圍電路
硬件外圍電路部分采用了模塊化設(shè)計(jì)，即把電控單元?jiǎng)澐殖刹煌哪K，將比較成熟固定的模塊組成一塊單獨(dú)的電路板，研究過程中變化較大的模塊組成另一塊單獨(dú)的電路板，板與板之間通過IO 擴(kuò)展線進(jìn)行通信。這種設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）有利于試驗(yàn)過程中對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展。試驗(yàn)過程中有很多不確定的因素，有時(shí)某一部分損壞需要進(jìn)行更換，有時(shí)為了試驗(yàn)的需要還要另外添加硬件電路，如果把整個(gè)系統(tǒng)做在一塊電路上，一旦需要更改電路或者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，就必須重新設(shè)計(jì)整塊電路，這樣會(huì)造成時(shí)間和金錢上的浪費(fèi)。采用模塊化設(shè)計(jì)，只需在相應(yīng)模塊上要改變或添加即可，避免了許多重復(fù)的勞動(dòng)，縮短了設(shè)計(jì)周期。
2）從電氣特性上看，模塊化設(shè)計(jì)有更好的電氣特性。各個(gè)模塊之間是隔離的，這樣各個(gè)模塊之間就不會(huì)有相互影響。例如，驅(qū)動(dòng)模塊是這些模塊中最大的干擾源，尤其對(duì)A/D 轉(zhuǎn)換和、MCU 的工作影響很大。為此在設(shè)計(jì)中，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊單獨(dú)供電，與其有關(guān)的信號(hào)線采取了隔離措施，這樣就不會(huì)對(duì)其它模塊部分造成電氣干擾影響。
根據(jù)ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)的特點(diǎn)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將整個(gè)電控單元分為了A 板和B 板，兩塊電路板之間通過IO 總線擴(kuò)展插槽連接。
3.2.1 A 板介紹
A 板主要包括主控芯片MC9S12DP256 及其最小系統(tǒng)外圍電路、通訊接口電路和主要的數(shù)據(jù)采集電路。
MC9S12DP256 最小系統(tǒng)包括電源模塊、外圍復(fù)位電路、時(shí)鐘晶振電路、工作模式選擇等。
通訊接口電路包括BDM 接口，兩路SCI 串口通訊接口電路，其中一路通過硬件跳線選擇可連接K-LINE 故障診斷驅(qū)動(dòng)芯片MC33199 或與外部設(shè)備通訊，另一路預(yù)留擴(kuò)展USB 通訊；利用CAN 驅(qū)動(dòng)芯片PCA82C250 引出兩路CAN 通訊節(jié)點(diǎn)，一路預(yù)留給車距信號(hào)通訊，另一路與其它要求高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茊卧ㄓ崱?
圖6 A 板電路結(jié)構(gòu)示意圖
表1 集成系統(tǒng)采集信號(hào) 
B 板主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)量信號(hào)處理電路。
系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括ABS 壓力調(diào)節(jié)器的四個(gè)常開進(jìn)油閥（驅(qū)動(dòng)電流3.6A），四個(gè)常閉出油電磁閥（驅(qū)動(dòng)電流2.4A），兩個(gè)工作模式切換電磁閥（驅(qū)動(dòng)電流2.2A），一個(gè)ABS 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)開關(guān)（驅(qū)動(dòng)電流8.4A），一個(gè)ASR 電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)（驅(qū)動(dòng)電流1.8A）。
ASR、ACC、HAC 子系統(tǒng)的使能信號(hào)及工作指示燈部分的相關(guān)電路也放在該電路板上。
ABS/ASR/ACC 集成電控系統(tǒng)端口資源分配表見附件1。
圖7 數(shù)據(jù)采集板主要結(jié)構(gòu)示意圖
汽車ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)中每一子系統(tǒng)都是復(fù)雜的控制系統(tǒng)，集成后形成的集成化系統(tǒng)更是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)是其核心部分，它決定著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的好壞、控制效果的優(yōu)劣。軟件系統(tǒng)的集成并不是把ABS、ASR、ACC 子控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單的累加，而是要把它們有機(jī)的融合，還要考慮到軟件運(yùn)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，控制算法的優(yōu)化等問題。
汽車ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)的軟件模塊主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊、控制決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊、故障診斷模塊、通訊模塊等幾大部分組成，各模塊由主控制模塊按任務(wù)管理機(jī)制實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，分配運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的交換。總體框圖如圖8 所示。
圖8 ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
系統(tǒng)初始化模塊在系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化內(nèi)容包括MCU 內(nèi)部的時(shí)鐘、各端口設(shè)置、串行通訊接口、模擬和數(shù)字通道、看門狗定時(shí)器、系統(tǒng)變量等，以保證MCU 正常運(yùn)行。
對(duì)集成系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)位，確保車輛的安全行駛。
4.2 系統(tǒng)啟動(dòng)自檢模塊
為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行，系統(tǒng)在復(fù)位和初始化完畢后要進(jìn)行自檢，對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵軟、硬件部分進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，以判斷系統(tǒng)的軟、硬件工作是否正常。
pid控制相關(guān)文章:pid控制原理
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
電接點(diǎn)壓力表相關(guān)文章:電接點(diǎn)壓力表原理
評(píng)論