轎車ABS/ASR/ACC集成化電控系統(tǒng)
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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)行機構(gòu)驅(qū)動電路，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 是整個系統(tǒng)的核心，它負責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理，所有的邏輯運算以及最終控制的實現(xiàn)。ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)對其運算能力、存儲空間、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。它有很強的運算能力，豐富的IO 接口和充裕的存儲空間，采用STAR 12 CPU，核心運算能力可以達到50M，總線速度可以達到25M，采用了優(yōu)化的指令集，使指令的運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鎯臻g的要求。有豐富的IO 接口，包括2 個異步串行通訊接口（SCI），3 個同步串行通訊接口（SPI），8 通道輸入捕捉/輸出比較（IC/OC），16 個10 位AD接口，8 路PWM，29 路獨立的數(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IIC 總線接口，1 個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)程序運行情況下，實時監(jiān)測各寄存器和存儲器，實現(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)效率和試驗的方便性，縮短了試驗周期。
3.2 外圍電路
硬件外圍電路部分采用了模塊化設(shè)計，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IO 擴展線進行通信。這種設(shè)計具有以下優(yōu)點：
1）有利于試驗過程中對系統(tǒng)的維護和擴展。試驗過程中有很多不確定的因素，有時某一部分損壞需要進行更換，有時為了試驗的需要還要另外添加硬件電路，如果把整個系統(tǒng)做在一塊電路上，一旦需要更改電路或者對系統(tǒng)進行擴展，就必須重新設(shè)計整塊電路，這樣會造成時間和金錢上的浪費。采用模塊化設(shè)計，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，縮短了設(shè)計周期。
2）從電氣特性上看，模塊化設(shè)計有更好的電氣特性。各個模塊之間是隔離的，這樣各個模塊之間就不會有相互影響。例如，驅(qū)動模塊是這些模塊中最大的干擾源，尤其對A/D 轉(zhuǎn)換和、MCU 的工作影響很大。為此在設(shè)計中，對驅(qū)動模塊單獨供電，與其有關(guān)的信號線采取了隔離措施，這樣就不會對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)的特點和開發(fā)經(jīng)驗，將整個電控單元分為了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)動芯片MC33199 或與外部設(shè)備通訊，另一路預(yù)留擴展USB 通訊；利用CAN 驅(qū)動芯片PCA82C250 引出兩路CAN 通訊節(jié)點，一路預(yù)留給車距信號通訊，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 
B 板主要包括執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動電路和開關(guān)量信號處理電路。
系統(tǒng)驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)主要包括ABS 壓力調(diào)節(jié)器的四個常開進油閥（驅(qū)動電流3.6A），四個常閉出油電磁閥（驅(qū)動電流2.4A），兩個工作模式切換電磁閥（驅(qū)動電流2.2A），一個ABS 電動機驅(qū)動開關(guān)（驅(qū)動電流8.4A），一個ASR 電動機控制開關(guān)（驅(qū)動電流1.8A）。
ASR、ACC、HAC 子系統(tǒng)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。
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，它決定著整個系統(tǒng)運行的好壞、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)簡單的累加，而是要把它們有機的融合，還要考慮到軟件運行的實時性、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、參考車速計算模塊、路面識別模塊、車輛運動狀態(tài)識別模塊、控制決策和執(zhí)行機構(gòu)動作模塊、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)管理機制實時進行統(tǒng)一調(diào)度，分配運行時間，進行數(shù)據(jù)和信號的交換?？傮w框圖如圖8 所示。
圖8 ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡圖
系統(tǒng)初始化模塊在系統(tǒng)上電復(fù)位時對系統(tǒng)進行初始化。初始化內(nèi)容包括MCU 內(nèi)部的時鐘、各端口設(shè)置、串行通訊接口、模擬和數(shù)字通道、看門狗定時器、系統(tǒng)變量等，以保證MCU 正常運行。
對集成系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)進行復(fù)位，確保車輛的安全行駛。
4.2 系統(tǒng)啟動自檢模塊
為了使系統(tǒng)安全運行，系統(tǒng)在復(fù)位和初始化完畢后要進行自檢，對系統(tǒng)的關(guān)鍵軟、硬件部分進行靜態(tài)檢測，以判斷系統(tǒng)的軟、硬件工作是否正常。
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