首页
|
新闻
|
新品
|
文库
|
方案
|
视频
|
下载
|
商城
|
开发板
|
数据中心
|
座谈新版
|
培训
|
工具
|
博客
|
论坛
|
百科
|
GEC
|
活动
|
主题月
|
电子展
注册
登录
论坛
博客
搜索
帮助
导航
默认风格
uchome
discuz6
GreenM
»
汽车电子
» 汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究 ----汽车 EHB 系统的硬件设计(四) 1
返回列表
回复
发帖
发新话题
发布投票
发布悬赏
发布辩论
发布活动
发布视频
发布商品
汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究 ----汽车 EHB 系统的硬件设计(四) 1
发短消息
加为好友
rise_ming
当前离线
UID
864567
帖子
4448
精华
0
积分
2224
阅读权限
70
在线时间
123 小时
注册时间
2011-12-12
最后登录
2014-8-25
金牌会员
UID
864567
1
#
打印
字体大小:
t
T
rise_ming
发表于 2013-10-1 12:01
|
只看该作者
汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究 ----汽车 EHB 系统的硬件设计(四) 1
控制系统
,
蓄能器
,
电磁阀
,
单片机
,
传感器
3.3 EHB控制系统的设计
EHB控制系统中硬件部分主要包括以下内容:控制单元ECU设计、输入通道设计、输出通道设计、电源系统设计和数采系统设计。
3.3.1控制系统整体结构设计
根据控制系统ECU单元的结构,确定其硬件组成如图3.10所示,包括:单片机、电源模块、传感器信号处理模块、控制输出调理模块及驱动控制模块等部分。这些模块构成了ECU的完整控制系统。其中驱动模块包括对EHB系统中电磁阀的驱动模块,以及对高压蓄能器环节中电机泵的驱动模块,这两块直接作用于车辆制动系统中的制动轮缸。下面的章节中我们将对每部分进行研究。
3.3.2系统处理芯片的选用
汽车EHB系统是一种计算机控制系统,其核心部分是电子控制单元ECU.它一方面将采集到的传感器信号A/D转换成数字信号输入到计算机中去进行分析处理,另一方面要将控制信号通过D/A转换成数字信号输出到外部的驱动系统中,而电子控制单元内部CPU通过软件编程来实现各种控制算法,所以电子控制单元是控制系统的重要部分。
目前制动系统采用的单片机是摩托罗拉、英特尔、西门子、英飞凌、飞思卡尔等公司的的16位单片机。EHB系统要求较高数据处理速度,处理器需要完成各种计算,例如加减速度、参考滑移率等。
根据EHB的特性要求,所选用的中央处理器是飞思卡尔公司推出的16位单片机MC9S12,功能强大的片上外设子系统和片上存储器单元完美结合,具有更高的集成度、更丰富的片上资源和更强的处理能力,有助于提高系统性能、减小体积和降低成本。同时,它进一步增强了灵活的功率管理。该功率管理机制有效控制了微控制器在特定状态下的功耗,有效降低了系统总功耗,可长期使用,可靠性高。
MC9S12系列微控制器的特点:
(1)核心CPU:16位的CPU,它管理着MC9S12DG128和外部所有设备的活动,通过芯片的内部总线与MCU各个功能模块通信,通时通过外部总线与系统外设进行通讯。CPU中有6个寄存器,13种寻址方式和400多条指令,内部16为数据通道支持高效、快速的算术操作。
(2)存储器:内部有128KB的Flash EEPROM,2KB的EEPROM,8KB的RAM.
(3)时钟和复位发生器(CRG):包括锁相环时钟频率放大器、看门狗、实时中断(RTI)和时钟监视器(CM)。
(4)带中断功能的8位和4位端口:可编程的上升沿或下降沿触发。
(5)A/D转换接口:2个8通道的10位A/D转换器,连续转换模式,可编程采样时间,多通道扫面方式,拥有外部转变触发控制,转换完成中断等功能。
(6)CAN总线模块:集成了3个CAN控制器—MSCAN12模块,兼容CAN2.0A/B,数据传输速率达1Mb/s,具有5个接收缓冲器,3个发送缓冲器,4个独立的中断通道,具有低通滤波器唤醒功能。
(7)增强型捕捉定时器(ECT):该定时器的可编程计数器为16位,有8个可编程输入捕捉或输出比较通道,4个8位或2个16位的脉冲累加器。四个定标器的16位递减模数计数器。
(8)脉宽调制模块(PWM):有8个输出通道,通过外部编程确定每个通道的周期和占空比,各通道各有一个计数器,可独立控制,8个8通道也可做16个4通道使用,时钟频率可调范围宽,有4个时钟源可选择,周期和脉宽可以被双缓冲。各个通道可分别设置中心对称或左对齐输出,可作为中断输入,有紧急事件可以关断输入。
(9)串行口、总线:芯片内部提供2个同步串行设备接口(SPI),并具有以下特点:全双工、三线同步传送;单个数据引脚的双向传送方式;主机位传送频率最大4MHz,当MCU总线频率等于8MHz时最小为31.25kHz;可程控设置位时钟极性、相位和数据位传送顺序,即可选高位在前或低位在前。2个全双工异步串行通信接口(SCI)。
(10)EEPRO模块与FLASH模块MC9S12XE/S内部集成了4KB的EEPROM存储器与256KB的FLASH存储器,具有单块和整块擦除、编程、灵活保护和安全功能、快速区域擦除和字编程模式特点。
(11)LQFP-112和QFP-80封装选择:DG128芯片具有5V的输入和驱动能力,它的CPU工作频率可高达50MHz,总线频率也可达到25MHz,并可以支持背景调试模式(BDM)。
实际工作时需要采集侧向加速度传感器、车速信号和方向盘转角信号,传感器工作时存在各种干扰,其输出的信号存在着各种噪声信号,为了保证信号的可靠性需要对传感器信号进行滤波处理。硬件电路设计时采用结构简单并且效果较好的π型滤波。
3.3.3电源系统的设计
由于车载蓄电池的电压通常为12 V,对于EHB系统中的飞思卡尔单片机而言需要5V以及2.5V的直流稳定电源。本设计中采用LM2940电源转换芯片。其封装采用TO-220-3的形式。其允许工作电压温度-65℃~150℃,输入电压为26V,输出可调电压范围1.24V~26V最大输出电流为3.5A,电压输出误差小于1%,这样的电源系统足够满足ECU中MC9S12XE/S对电源电压的需求。
3.3.4系统输入通道设计
根据EHB系统中所涉及的各个传感器的基本类型,主要有开关量输入信号传感器、脉冲量输入信号传感器、模拟量输入信号传感器等三大类。
(1)开关量输入信号
开关量主要指常规制动情况下的主动控制功能,驾驶员可以通过脚踏板行程开关选择是否启用这一功能,因此是一种主动控制功能。
(2)脉冲量输入信号
脉冲量输入信号有:轮速传感器脉冲信号。使用定时器T2和捕获寄存器测量两个上升沿(或下降沿)的时间间隔。由于采集进来的现场信号,容易受到环境干扰等因素影响,不能直接输入单片机处理,为了抗干扰,开关量和脉冲量输入经过光电耦合器TLP521与MC9S12单片机连接。TLP521是直流输入NPN输出的光电耦合器在电隔离的情况下,以光电转换原理传输信息,能有效抑制系统噪声TLP521内部结构由发光二极管和光敏三极管组成。工作时,把输入信号加到输入端,发光二极管产生红外光,光敏三极管接收光后,其集电极与发射极导通,实现电—光—电的转换。TLP521主要用于工业控制中,速度不高,主要用来隔离各开关量信号。
(3)模拟量输入信号在EHB系统中,电控系统要求输入的模拟量有:制动油压力传感器,踏板行程传感器等,其输出的是模拟量信息,而系统只能处理数字量的信息,因此要对其进行模/数转换,即A/D转换。可以利用MC9S12单片机的A/D转换模块实现模数转换以及输入采样。由于滤波电路可以滤掉模拟信号中的高频成分,模拟量输入信号经过滤波电路与飞思卡尔MC9S12单片机的模拟量采样口相连。
3.3.5系统输出通道设计
系统输出通道的设计,就是对EHB系统执行机构的控制电路的设计。因此系统控制输出就包括:电磁阀驱动控制电路,电机驱动控制电路。
单片机控制电磁阀开、闭的过程,就是控制电磁阀是否得电的过程。本设计利用的MC9S12输出的PWM信号作为输入,通过驱动MOSFET管使高速开关阀工作,电路中驱动电路采用BTS724G芯片,BTS724G芯片为N沟道垂直功率MOSFET管设计的高边开关驱动器。高边条件下可驱动负载电压为24V的MOSFET功率管。BTS724G具有可输入CMOS的兼容性、较高的电磁兼容性、感应负载的快速退磁性和较宽的工作电压范围5.5V~40V.BTS724G自身提供了嵌入式保护程序,当系统过载或电池接反系统自动关闭MOSFET.通过BTS724G芯片驱动电磁阀的开关,实现系统的增压、保压、和减压。
电磁阀驱动控制电机的驱动控制电路是通过大功率MOS管来驱动控制液压泵电机,由液压泵电机带动液压泵,向高压蓄能器管路中注入制动时所需的高压油。图3.11是开发的ECU实物图
3.3.6数据采集系统设计
数据采集系统是EHB台架系统中很重要的一个模块,本文采用的数采系统是基于MATLAB/xPCTarget实时数据采集系统。xPC Target 是MathWorks公司提供和发行的一个基于RTW(Real Time Workshop)体系框架的附加产品,用于产品原型开发、测试和配置实时系统的PC机解决途径。xPCTarget采用了从宿主机到目标机的技术途径,即“双机”模式,两机通过以太网或串口进行通信。
系统主要由硬件系统和软件系统组成,硬件系统主要有宿主机(HostPC)、目标机(TargetPC)、数据采集卡。软件系统包括MATLAB、Simulink、RTW、xPCTarget、C编译器等。
(1)宿主机(HostPC)
宿主机主要用于运行simulink建立模型文件,进行模型参数调整、模型的编译下载以及信号观测。由于xPCTarget采用宿主机(HostPC)和目标机(TargetPC)分离的双机模式。宿主机和目标机之间有串口和以太网两种通信方式。本文采用速度快,距离远的以太网方式。由于要对通讯设备进行配置生成启动软盘。因此要求宿主机包含3.5英寸的软驱和以太网适配卡。采用Windowsxp操作系统,硬件配置要求不高,可正常运行MATLAB程序即可。基于上述条件我们选用普通台式机即可。
(2)目标机(TargetPC)
目标机用于执行生成的代码,目标机在使用过程中只需开关机操作即可,此目标机采用硬盘启动方式,较之通用的软盘或光盘启动更稳定,启动速度快。为了制作启动盘和试验数据采集,目标机应安装了Windows XP和DOS 7.1系统,并且系统盘为FAT32文件系统。基于上述条件本文采用Advantech工控机。
(3)数据采集板卡
本文采用的是Advantech PCL-818H采集卡。PCL-818H是一款100KHz的多功能数据采集卡,能够提供最常用的五种测量和控制功能,这些功能包括:12位A/D转换、D/A转换、数字量输入、数字量输出及计数器/定时器功能。模块性能特点如下:
通道:16路单端或8路差分输入范围:
双极性:±0.625V,±1.25V,±2.5,±5V,±10V
输入过载电压:±30VDC
转换类型:逐次比较型A/D转换
转换速率:最大100KHz精度:±0.01%(读取值),±1位
线性度:±1位
触发模式:软件触发、Pacer触发和外部触发
数据传输:程序控制、中断方式和DMA方式
经过以上对EHB系统执行机构和电子控制单元的设计,及其元件的选型,建立起实验台如图3.12所示。
收藏
分享
评分
回复
引用
订阅
TOP
返回列表
电商论坛
Pine A64
资料下载
方案分享
FAQ
行业应用
消费电子
便携式设备
医疗电子
汽车电子
工业控制
热门技术
智能可穿戴
3D打印
智能家居
综合设计
示波器技术
存储器
电子制造
计算机和外设
软件开发
分立器件
传感器技术
无源元件
资料共享
PCB综合技术
综合技术交流
EDA
MCU 单片机技术
ST MCU
Freescale MCU
NXP MCU
新唐 MCU
MIPS
X86
ARM
PowerPC
DSP技术
嵌入式技术
FPGA/CPLD可编程逻辑
模拟电路
数字电路
富士通半导体FRAM 铁电存储器“免费样片”使用心得
电源与功率管理
LED技术
测试测量
通信技术
3G
无线技术
微波在线
综合交流区
职场驿站
活动专区
在线座谈交流区
紧缺人才培训课程交流区
意见和建议