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汽車(chē)驅動(dòng)防滑系統(Anti-slip Regulation System,簡(jiǎn)稱(chēng)ASR)是在汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(Antilock Braking System,簡(jiǎn)稱(chēng)ABS)的基礎上發(fā)展起來(lái)的。在裝備了ABS的汽車(chē)上添加發(fā)動(dòng)機輸出力矩的調節功能和驅動(dòng)輪制動(dòng)壓力的調節功能后,ABS所用的車(chē)輪轉速傳感器和壓力調節器可全部為ASR所利用。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。 1 轎車(chē)ABS/ASR集成控制系統簡(jiǎn)介 通過(guò)對捷達GTX試驗樣車(chē)的液壓制動(dòng)系統進(jìn)行改造,實(shí)現了可以獨立調節四個(gè)輪缸壓力的ABS/ASR集成系統液壓執行機構。在此基礎上,開(kāi)發(fā)了一種轎車(chē)ABS/ASR集成控制系統,主要包括控制系統ECU、傳感器、執行機構三個(gè)部分。圖1為轎車(chē)ABS/ASR集成控制系統示意圖。 圖1 ABS/ASR集成控制系統框圖 當汽車(chē)正常行駛時(shí),ABS/ASR集成控制系統的ECU實(shí)時(shí)采集和處理傳感器信號,并根據其所提供的信息,選用不同的控制方式對汽車(chē)進(jìn)行控制�？刂频姆绞桨ㄕ{節車(chē)輪輪缸壓力的制動(dòng)力矩控制模式和調節發(fā)動(dòng)機輸出力矩的節氣門(mén)開(kāi)度控制模式。ABS和ASR子系統功能的實(shí)現就是對以上兩種控制方式適當組合和合理控制的結果。 2 ABS/ASR集成控制系統的ECU 2.1 MCU的選取 MCU是ABS/ASR集成控制系統的核心,它負責數據的采集和處理、所有的邏輯運算以及最終控制的實(shí)現�？紤]到集成控制系統對其運算能力、存儲空間、I/O接口的要求以及后續集成其它系統的目的,選擇了功能強大的Motorola新一代HSC12系列16位MCU——MC9S12DP256。 它具有很強的運算能力、豐富的I/O接口和充裕的存儲空間。采用STAR12 CPU,核心運算能力可以達到50MHz,總線(xiàn)速度可以達到25MHz,采用優(yōu)化的指令集,指令的運算速度得到了很大的提高。通過(guò)片內的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。片內集成了256K FLASH、12K RAM和4K EEPROM,完全可以滿(mǎn)足程序對存儲空間的要求。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,二十九路獨立的數字I/O接口,二十路帶中斷和喚醒功能的數字I/O接口,五路CAN總線(xiàn)接口,一個(gè)IIC總線(xiàn)接口,一個(gè)BDLC(J1850)接口。 該MCU有四路輸入捕捉(帶有保持緩沖器),利用獨立的ECT捕捉時(shí)鐘可以自行完成兩個(gè)脈沖間的周期計算,非常適合進(jìn)行四個(gè)車(chē)輪的輪速采集,大大提高了MCU的工作效率。 2.2 ECU硬件電路設計 MCU的外圍電路采用模塊化設計思想,即把電控單元劃分成不同的模塊,將比較成熟固定的模塊組成一塊單獨的電路板,研究過(guò)程中變化較大的模塊組成另一塊單獨的電路板,板與板之間通過(guò)I/O擴展插槽進(jìn)行通信。這種設計方法有利于試驗過(guò)程中對系統的維護和擴展,例如需要更改電路或者對系統進(jìn)行擴展時(shí),無(wú)需重新設計整塊電路,只需在相應模塊上改變或添加即可;模塊化設計也具有更好的電氣特性,例如,驅動(dòng)模塊是比較大的干擾源,對A/D轉換和MCU的工作影響很大,可放在不同的電路板上,對信號線(xiàn)采取隔離措施即可。 根據ABS/ASR集成控制系統的特點(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(guò)I/O總線(xiàn)擴展插槽連接。 A板主要包括主控芯片MC9S12DP256及其最小系統外圍電路、通訊接口電路和數據采集電路,如圖2所示。 圖2 A板電路結構示意圖 MC9S12DP256最小系統外圍電路包括電源模塊、外圍復位電路、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(guò)硬件跳線(xiàn)選擇連接故障診斷驅動(dòng)芯片MC33199,利用PCA82C250驅動(dòng)芯片引出兩路CAN通訊節點(diǎn),預留給集成控制系統擴展使用。 A板還包括ECU中的數字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量采集處理電路,主要包括四個(gè)輪速信號、節氣門(mén)開(kāi)度信號、加速踏板開(kāi)度信號、高壓蓄能器壓力傳感器信號、制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號等。 B板主要包括執行機構驅動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)量信號處理電路,如圖3所示。 圖3 B板電路結構示意圖 系統驅動(dòng)的執行機構主要包括ABS壓力調節器的四個(gè)常開(kāi)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。 ABS和ASR子系統的使能信號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控制軟件設計 ABS/ASR集成控制系統中ABS和ASR子系統本身都是復雜的控制系統。軟件系統的集成并不是把ABS和ASR控制系統簡(jiǎn)單地疊加,而是要把它們有機地融合,同時(shí)還要考慮到軟件運行的實(shí)時(shí)性、可靠性等問(wèn)題。 集成控制系統的控制軟件主要由系統初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序模塊等幾大部分組成,總體框圖如圖4所示。 圖4 ABS/ASR集成控制系統軟件框圖 系統初始化模塊在系統上電復位時(shí)對系統進(jìn)行初始化。初始化內容包括MCU內部的時(shí)鐘、各端口設置、串行通訊接口、模擬和數字通道、看門(mén)狗定時(shí)器、系統變量等,以保證MCU正常運行。另外還包括對集成系統的執行機構進(jìn)行復位,確保車(chē)輛的安全行駛。 啟動(dòng)自檢模塊是在系統初始化后對關(guān)鍵軟、硬件部分進(jìn)行靜態(tài)檢測,以判斷系統的軟、硬件工作是否正常。如果發(fā)現集成控制系統中存在故障,故障警示燈會(huì )持續點(diǎn)亮。 主控制模塊為ABS/ASR集成控制系統的控制主程序,見(jiàn)圖4中陰影虛線(xiàn)框。主控制模塊通過(guò)實(shí)時(shí)中斷RTI做固定周期20ms的循環(huán),連續調用故障診斷模塊、數據處理模塊、參考車(chē)速計算模塊、路面識別模塊和車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)識別模塊,實(shí)時(shí)進(jìn)行車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)和外界環(huán)境的判斷。然后依據車(chē)輛當前的運行狀態(tài),由控制執行模塊分別進(jìn)行ABS或ASR的邏輯門(mén)限值控制。 考慮到駕駛員制動(dòng)動(dòng)作與ASR制動(dòng)干預控制的緊急切換需要,設計了制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序。當采集到制動(dòng)踏板觸發(fā)的中斷時(shí),進(jìn)入制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序,如果集成控制系統處于A(yíng)SR工作方式,立即退出當前控制,對執行機構模塊進(jìn)行復位,恢復常規制動(dòng)方式,不干預駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作,保證了車(chē)輛行駛的安全性。 3 試驗結果與分析 利用所開(kāi)發(fā)的采集系統和本文所設計的ABS/ASR集成控制系統,在捷達GTX試驗車(chē)上進(jìn)行了典型工況ABS和ASR試驗,驗證其控制效果。 ABS試驗選擇在干柏油路面、制動(dòng)初速度為50km/h的條件下進(jìn)行,圖5為帶有ABS控制的直線(xiàn)制動(dòng)過(guò)程。圖中顯示了車(chē)輛左前輪速度變化的過(guò)程,在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中與車(chē)速都能夠比較好地逼近,車(chē)輪的滑移率也被控制在比較理想的區域內,保證了車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中方向的穩定性。 圖5 帶有ABS控制,干路面,初速50km/h條件下的直線(xiàn)制動(dòng) 圖6 ASR對開(kāi)路面上左右兩側驅動(dòng)輪輪速比較 圖7 ASR對開(kāi)路面上左右兩側驅動(dòng)輪滑轉率比較 ASR試驗選擇一擋對開(kāi)路面起步過(guò)程,右側車(chē)輪位于低附著(zhù)系數路面上。圖6為起步過(guò)程中左右兩側驅動(dòng)輪轉速對比,其中曲線(xiàn)1為右側驅動(dòng)輪車(chē)速,曲線(xiàn)3為左側驅動(dòng)輪車(chē)速,曲線(xiàn)2為非驅動(dòng)輪車(chē)速,可近似認為是車(chē)身速度�？梢钥吹狡鸩匠跗�,右側驅動(dòng)輪發(fā)生明顯的滑轉,在33.5秒附近ASR開(kāi)始調節,車(chē)輪的滑轉明顯改善。圖7為起步過(guò)程中左右兩側驅動(dòng)輪滑轉率的變化曲線(xiàn),更明顯地反映出進(jìn)行ASR控制后,右側滑轉驅動(dòng)輪的滑轉率被控制在較為理想的范圍內。同時(shí),由于制動(dòng)干預的影響,左側驅動(dòng)輪的滑轉率略有上升。 通過(guò)實(shí)車(chē)試驗,說(shuō)明ABS/ASR集成控制系統中的ABS和ASR功能都取得了比較理想的控制效果,為其它底盤(pán)主動(dòng)安全控制系統的集成創(chuàng )造了條件。 |
