汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(Anti-slip Regulation System,簡(jiǎn)稱ASR)是在汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(Antilock Braking System,簡(jiǎn)稱ABS)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在裝備了ABS的汽車上添加發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)功能和驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)功能后,ABS所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR所利用[1]。ASR和ABS在算法上很相似,許多程序模塊可以通用,因而在實(shí)際應(yīng)用中可以把兩者集成在一個(gè)控制器中,組成ABS/ASR集成系統(tǒng)。

1 轎車ABS/ASR集成控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

通過對(duì)捷達(dá)GTX試驗(yàn)樣車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)了可以獨(dú)立調(diào)節(jié)四個(gè)輪缸壓力的ABS/ASR集成系統(tǒng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)[2]。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種轎車ABS/ASR集成控制系統(tǒng),主要包括控制系統(tǒng)ECU、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。圖1為轎車ABS/ASR集成控制系統(tǒng)示意圖。

圖1 ABS/ASR集成控制系統(tǒng)框圖

當(dāng)汽車正常行駛時(shí),ABS/ASR集成控制系統(tǒng)的ECU實(shí)時(shí)采集和處理傳感器信號(hào),并根據(jù)其所提供的信息,選用不同的控制方式對(duì)汽車進(jìn)行控制。控制的方式包括調(diào)節(jié)車輪輪缸壓力的制動(dòng)力矩控制模式和調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩的節(jié)氣門開度控制模式。ABS和ASR子系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)就是對(duì)以上兩種控制方式適當(dāng)組合和合理控制的結(jié)果。

2 ABS/ASR集成控制系統(tǒng)的ECU

2.1 MCU的選取

MCU是ABS/ASR集成控制系統(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)�？紤]到集成控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間、I/O接口的要求以及后續(xù)集成其它系統(tǒng)的目的,選擇了功能強(qiáng)大的Motorola新一代HSC12系列16位MCU——MC9S12DP256。

它具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力、豐富的I/O接口和充裕的存儲(chǔ)空間。采用STAR12 CPU,核心運(yùn)算能力可以達(dá)到50MHz,總線速度可以達(dá)到25MHz,采用優(yōu)化的指令集,指令的運(yùn)算速度得到了很大的提高。通過片內(nèi)的PLL功能可以方便地選擇MCU的核心頻率而不管外部晶振頻率為多少。片內(nèi)集成了256K FLASH、12K RAM和4K EEPROM,完全可以滿足程序?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求。它有豐富的I/O接口,包括兩個(gè)異步串行通訊接口(SCI),三個(gè)同步串行通訊接口(SPI),八通道輸入捕捉/輸出比較(IC/OC),十六個(gè)10位A/D接口,八路8位PWM,二十九路獨(dú)立的數(shù)字I/O接口,二十路帶中斷和喚醒功能的數(shù)字I/O接口,五路CAN總線接口,一個(gè)IIC總線接口,一個(gè)BDLC(J1850)接口[3]。

該MCU有四路輸入捕捉(帶有保持緩沖器),利用獨(dú)立的ECT捕捉時(shí)鐘可以自行完成兩個(gè)脈沖間的周期計(jì)算,非常適合進(jìn)行四個(gè)車輪的輪速采集,大大提高了MCU的工作效率。

2.2 ECU硬件電路設(shè)計(jì)

MCU的外圍電路采用模塊化設(shè)計(jì)思想,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I/O擴(kuò)展插槽進(jìn)行通信。這種設(shè)計(jì)方法有利于試驗(yàn)過程中對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展,例如需要更改電路或者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí),無需重新設(shè)計(jì)整塊電路,只需在相應(yīng)模塊上改變或添加即可;模塊化設(shè)計(jì)也具有更好的電氣特性,例如,驅(qū)動(dòng)模塊是比較大的干擾源,對(duì)A/D轉(zhuǎn)換和MCU的工作影響很大,可放在不同的電路板上,對(duì)信號(hào)線采取隔離措施即可。

根據(jù)ABS/ASR集成控制系統(tǒng)的特點(diǎn),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I/O總線擴(kuò)展插槽連接。

A板主要包括主控芯片MC9S12DP256及其最小系統(tǒng)外圍電路、通訊接口電路和數(shù)據(jù)采集電路,如圖2所示。

圖2 A板電路結(jié)構(gòu)示意圖

MC9S12DP256最小系統(tǒng)外圍電路包括電源模塊、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連接故障診斷驅(qū)動(dòng)芯片MC33199,利用PCA82C250驅(qū)動(dòng)芯片引出兩路CAN通訊節(jié)點(diǎn),預(yù)留給集成控制系統(tǒng)擴(kuò)展使用。

A板還包括ECU中的數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量采集處理電路,主要包括四個(gè)輪速信號(hào)、節(jié)氣門開度信號(hào)、加速踏板開度信號(hào)、高壓蓄能器壓力傳感器信號(hào)、制動(dòng)踏板開關(guān)信號(hào)等。

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,如圖3所示。

 
圖3 B板電路結(jié)構(gòu)示意圖

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、四個(gè)常閉出油電磁閥、四個(gè)ASR電磁閥和一個(gè)ABS電機(jī)。

ABS和ASR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。

2.3 ECU控制軟件設(shè)計(jì)

ABS/ASR集成控制系統(tǒng)中ABS和ASR子系統(tǒng)本身都是復(fù)雜的控制系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)的集成并不是把ABS和ASR控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單地疊加,而是要把它們有機(jī)地融合,同時(shí)還要考慮到軟件運(yùn)行的實(shí)時(shí)性、可靠性等問題。

集成控制系統(tǒng)的控制軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程