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1 引言 汽車(chē)防抱制動(dòng)系統（Anti-lock Braking System，ABS）可以有效防止車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中出現車(chē)輪抱死的狀況，從而避免因車(chē)輪抱死而導致的轉向失靈和甩尾等危險，保證車(chē)輛的安全制動(dòng)。其中，控制器（即電控單元，ECU）是整個(gè)ABS的控制核心，也是ABS開(kāi)發(fā)過(guò)程中的主要關(guān)鍵。傳統的ABS開(kāi)發(fā)過(guò)程需要大量的整車(chē)道路試驗來(lái)驗證ABS的控制軟件功能，受人力和物理的限制，使得ABS的開(kāi)發(fā)周期相當長(cháng)。 本文基于英飛凌公司的XC164CS和ADI公司的AD5336芯片設計出了一種簡(jiǎn)便的ABS控制器開(kāi)發(fā)裝置，不需整車(chē)甚至不需制動(dòng)器的參與就能夠測試ABS控制軟件的大部分功能，對ABS的開(kāi)發(fā)提供了極大的便利。 2 系統構成 如圖1所示，所設計的ABS控制器開(kāi)發(fā)裝置主要包括三部分：一是驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器，主要用于模擬車(chē)輪的驅動(dòng)和制動(dòng)，二是硬件設備部分，包括四個(gè)代表車(chē)輪的齒圈和分別驅動(dòng)四個(gè)齒圈的四個(gè)電機，四個(gè)轉速傳感器，用于進(jìn)行各種控制的控制面板，以及用于表示各個(gè)電磁閥、ABS電機和警告燈的狀態(tài)的LED指示燈；三是運行于上位機PC上的GUI界面軟件，主要用于各種參數設定，以及采集和監控ABS控制器實(shí)時(shí)運行時(shí)的各種狀態(tài)，包括原始輪速、參考車(chē)速、各個(gè)電磁閥狀態(tài)等。 3 驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器設計 本設計的ABS控制器開(kāi)發(fā)裝置的主要核心是驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器的設計，必須要實(shí)現的功能包括： （1）能夠按照設定令齒圈穩定運轉于某一轉速下； （2）能夠以不同的加速度和減速度對齒圈實(shí)施快速調速，以模擬車(chē)輛在不同路面和不同工況下制動(dòng)時(shí)的輪速變化，調速的精度要求較高； （3）能與目標開(kāi)發(fā)的ABS控制器以及上位機的GUI軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。 根據功能要求，所設計的驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器的電路框圖如圖2所示。 其中的主控芯片選用的是英飛凌公司的16位單片機XC164CS，其主要優(yōu)點(diǎn)如下： （1）運算速度快，單時(shí)鐘周期指令執行速度，其允許的最大時(shí)鐘頻率為40M赫茲； （2）存儲器容量大，片內有用于存放代碼的128KB可擦寫(xiě)Flash和用于存放數據變量的2KB雙口RAM+2KB數據的SRAM； （3）內部資源豐富。具有16×8種優(yōu)先級、高達80個(gè)中斷源的中斷系統，2組共5個(gè)16位定時(shí)器/計數器單元，14個(gè)10位精度的A/D轉換通道，2組共32個(gè)捕捉/比較通道，2個(gè)異步/同步串行接口（ASC），2個(gè)高速同步串行接口（SSC），2個(gè)CAN接口以及高達79個(gè)普通I/O口線(xiàn)； （4）程序下載和調試方便，具有片內自舉引導程序，可通過(guò)串口下載程序，帶有片上調試接口（OCDS），可通過(guò)Keil-C166等編譯器對程序進(jìn)行單步和斷點(diǎn)調試。 XC164CS的這些優(yōu)點(diǎn)完全能滿(mǎn)足本設計高速實(shí)時(shí)控制的要求。 由于XC164CS需要兩種內核電壓5V和2.5V才能正常工作，因此采用了能夠產(chǎn)生這兩種電壓的TLE7469GV52作為電源管理芯片可簡(jiǎn)化電路的設計，TLE7469GV52是英飛凌公司的LDO電源芯片，它具有低電壓報警、過(guò)熱和過(guò)載保護以及看門(mén)狗等功能，為本設計提供了非常優(yōu)秀的電源管理方案。 對于電機控制，本設計使用了電壓調速的直流電機，采用了ADI公司的AD5336作為D/A輸出芯片，用于驅動(dòng)電機，圖3是AD5336的功能框圖，該芯片的特點(diǎn)是片內具有四個(gè)單獨控制的10位精度D/A輸出通道，低功耗，采用并行接口，D/A轉換更新時(shí)間僅需6μs，完全可以滿(mǎn)足本設計中對電機進(jìn)行高精度和快速調速的要求，另外片內每個(gè)D/A通道帶有軌-軌輸出緩沖型放大器，帶負載能力強，因此不需任何外圍電路即可直接驅動(dòng)電壓調速的直流電機，采用這種方式可大大簡(jiǎn)化電機驅動(dòng)電路，也簡(jiǎn)化了電機控制程序的設計。 在本設計中采用了無(wú)源磁電式的輪速傳感器，其輸出為正弦信號，在輪速處理模塊中采用了LM139作為電壓比較芯片，實(shí)現正弦信號向方波信號的轉換，利用 XC164CS的CC2模塊對輪速脈沖的捕捉，實(shí)時(shí)監測四個(gè)齒圈的轉速，實(shí)現對齒圈電機的轉速反饋控制，從而保證對齒圈轉速控制的準確度。 CAN接口的設計是為了滿(mǎn)足本設計中驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器、目標開(kāi)發(fā)的ABS控制器和上位機GUI軟件三方的相互通訊。OCDS接口和ASC接口則是為了程序下載和調試方便而設計的。 4 軟件設計 本開(kāi)發(fā)裝置的核心原理是用驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器來(lái)模擬制動(dòng)器，將目標開(kāi)發(fā)的ABS控制器對制動(dòng)器的干預，即通過(guò)控制各個(gè)電磁閥實(shí)現加壓、減壓、保壓等動(dòng)作，轉化為對驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器發(fā)送相應的控制信息。驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器根據ABS控制器發(fā)來(lái)的控制信息，模擬制動(dòng)器的加壓、減壓、保壓等動(dòng)作來(lái)對齒圈電機進(jìn)行調速、ABS控制器通過(guò)齒圈的轉速傳感器來(lái)獲得輪速信號，進(jìn)而繼續ABS制動(dòng)控制，從而達到檢測ABS制動(dòng)器控制軟件的目的。 另外，在軟件設計中還考慮到了不同路面的影響，即在不同附著(zhù)系數的路面上制動(dòng)時(shí)，驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器通過(guò)模擬制動(dòng)器的動(dòng)作而反映到齒圈電機轉速上的變化也不同，在本設計中驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器能夠模擬出高附著(zhù)路面、低附著(zhù)路面、附著(zhù)系數突變路面（即對開(kāi)路面）和附著(zhù)系數分離路面（即對接路面）四種路面上的制動(dòng)情況。 根據上述的軟件設計，下面簡(jiǎn)單說(shuō)明本開(kāi)發(fā)裝置的工作過(guò)程和對ABS控制器的驗證。 （1）將目標開(kāi)發(fā)的ABS控制器接入系統并上電，驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器便實(shí)時(shí)對CAN總線(xiàn)上的數據包進(jìn)行分析處理，當接收到GUI軟件的速度設定和調整命令，驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器則根據相應設定令齒圈電機穩定在某一轉速下旋轉，ABS控制器此時(shí)應實(shí)時(shí)計算出輪速、輪加減速度等多種參量，并發(fā)送到CAN總線(xiàn)上。GUI界面將這些信息以作圖等方式打印到屏幕上，從而可以實(shí)時(shí)觀(guān)測到ABS控制器的各種計算是否準確。 （2）通過(guò)GUI界面選擇一種路面并發(fā)出制動(dòng)命令，驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器首先是模擬常規制動(dòng)，以某一固定減速度對齒圈電機進(jìn)行制動(dòng)，此時(shí)，ABS控制器應通過(guò)檢測齒圈轉速傳感器信號而判斷需要進(jìn)入ABS制動(dòng)干預，從而向CAN總線(xiàn)上發(fā)送相應的控制信息，驅動(dòng)/制動(dòng)電機根據這些控制信息模擬制動(dòng)器的動(dòng)作而對齒圈電機進(jìn)行調速，通過(guò)對齒圈的轉速變化和LED指示燈的觀(guān)察，以及觀(guān)測GUI界面上獲取得到的ABS控制器的各種計算結果，包括輪速曲線(xiàn)、電磁閥狀態(tài)等，可以驗證ABS控制器的控制流程是否正確。 5 結語(yǔ) 本文基于高性能的16位單片機XC164CS和高精度的D/A轉換芯片AD5336，成功設計并開(kāi)發(fā)出了能夠模擬車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的輪速變化的驅動(dòng)/制動(dòng)模擬控制器，利用電機驅動(dòng)齒圈的方式模擬車(chē)輪運轉，利用簡(jiǎn)單的LED指示燈表示各種電磁閥狀態(tài)和ABS電機狀態(tài)，能夠驗證目標開(kāi)發(fā)的ABS控制器的大部分控制功能，對于新開(kāi)發(fā)的ABS控制器，只需對其控制軟件進(jìn)行適應于本開(kāi)發(fā)裝置操作的適量修改，而無(wú)需整車(chē)或制動(dòng)器的參與，也無(wú)需進(jìn)行大量的道路實(shí)驗，從而大大降低了ABS開(kāi)發(fā)成本，也極大的縮短了ABS開(kāi)發(fā)周期。 |
