基于雙MCU架構的ABS/ASR/VDC故障診斷系統設計

　　集成了防抱死制動(dòng)系統ABS(Anti-lock Braking System)、驅動(dòng)防滑控制系統ASR(Acceleration Slip Regulation System)與車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統VDC(Vehicle Dynamic Control System)的ABS/ASR/VDC集成系統是汽車(chē)主動(dòng)安全性控制系統的核心裝置之一。該系統可顯著(zhù)提高車(chē)輛的制動(dòng)性、驅動(dòng)性、轉向可操縱性和橫向穩定性，減少輪胎磨損和事故風(fēng)險，增加行駛安全性和駕駛輕便性[1]。

　　為提高系統的可靠性，世界各大汽車(chē)整車(chē)廠(chǎng)或零部件廠(chǎng)商在推出的ABS/ASR/VDC產(chǎn)品中都配有故障診斷系統。該系統通過(guò)有關(guān)電氣元件狀態(tài)參數的在線(xiàn)測試，監控ABS/ASR/VDC系統的工作狀況，實(shí)現了系統自診斷。

　　ABS/ASR/VDC系統常見(jiàn)的主要故障發(fā)生在電磁閥、輪速傳感器、電源、電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）、電磁閥總開(kāi)關(guān)等部位[2]。在A(yíng)BS/ASR/VDC故障診斷系統中，要對穩壓電源、輪速處理電路、電磁閥驅動(dòng)電路、電磁閥總開(kāi)關(guān)等進(jìn)行監測。當ABS/ASR/VDC系統出現故障時(shí)，關(guān)閉電磁閥總開(kāi)關(guān)，使ABS/ASR/VDC退出工作，恢復到常規制動(dòng)與驅動(dòng)，同時(shí)存儲故障代碼，供維修時(shí)使用。故障代碼可以通過(guò)不同的方式顯示：由儀表盤(pán)的故障警告燈閃爍故障代碼；由儀表盤(pán)上的顯示屏直接顯示故障代碼的數字和信息資料；用專(zhuān)用的故障檢測儀連接到診斷座上，讀取故障代碼[3]。

　　現代汽車(chē)上裝備的ABS/ASR/VDC系統的故障診斷過(guò)程一般可分為三個(gè)階段[4]：(1)系統靜態(tài)自檢；(2)汽車(chē)起步時(shí)的動(dòng)態(tài)自檢；(3)汽車(chē)行駛中的定時(shí)動(dòng)態(tài)自檢。

1 ABS/ASR/VDC系統關(guān)鍵部件的故障診斷電路

　　ABS/ASR/VDC系統ECU主要實(shí)現輪速信號采集與處理、控制軟件存儲與運行、壓力調節器電磁閥驅動(dòng)以及與其他ECU或計算機進(jìn)行通信等功能。目前國際上幾大ABS/ASR/VDC系統生產(chǎn)廠(chǎng)商都采用了主、輔雙MCU的總體設計方案：主MCU主要負責信號采集、計算處理，并根據控制邏輯產(chǎn)生相應的控制指令輸出到系統執行機構；輔MCU主要負責檢測主MCU運行狀況，并具備一定故障檢測和應急處理功能，當檢測到主MCU不能正常工作或發(fā)現故障時(shí)，ABS/ASR/VDC及時(shí)退出控制并恢復常規制動(dòng)與驅動(dòng)。本文研究并設計了基于雙MCU架構的ABS/ASR/VDC故障診斷系統。

　　1.1 電磁閥故障診斷電路

　　MCU對輪速輸入數據進(jìn)行分析、處理后，經(jīng)一定的控制邏輯判斷后輸出相應的控制信號?？刂菩盘柋仨毥?jīng)過(guò)功率放大后才能驅動(dòng)執行機構。驅動(dòng)電路的主要作用是把MCU輸出的TTL電平轉換為執行機構所需要的驅動(dòng)電平，而且把很小的電流放大到足夠驅動(dòng)執行機構。另外，由于驅動(dòng)執行機構動(dòng)作時(shí)電流大、變化快，處理不當將對電源電壓干擾很大、引起較大波動(dòng)。為了減小干擾，在驅動(dòng)電路和其他電路之間進(jìn)行電氣隔離。驅動(dòng)電路附帶有故障監測電路，實(shí)時(shí)監測電磁閥工作狀態(tài)，及時(shí)將故障信息反饋給MCU。電磁閥驅動(dòng)及其故障診斷電路如圖1所示。

　　1.2 輪速傳感器故障診斷電路

　　磁電式輪速傳感器的靜態(tài)故障包括傳感器內部電磁線(xiàn)圈的短路和斷路，系統自檢時(shí)能通過(guò)硬件故障診斷電路作出判斷和監測。本文設計了一個(gè)分壓電路，通過(guò)測量傳感器電磁線(xiàn)圈上的分壓值反映傳感器內阻，從而判斷有無(wú)短路、斷路故障。選擇CD4066（四通道雙向模擬開(kāi)關(guān))控制分壓電路與輪速信號輸出分時(shí)工作。分壓電路的總電壓為+5 V，與電阻R、芯片CD4066、傳感器內阻和接地相連組成一個(gè)回路。圖2所示為輪速傳感器故障診斷電路圖。

　　電路的工作原理是當PA1輸出高電平時(shí)，引腳6、12為高電平，控制引腳8和9以及引腳10和11均導通，此時(shí)，+5 V電源電壓經(jīng)過(guò)RC101和CD4066內阻、傳感器內阻到地構成回路，PAD01處的電壓值間接反映傳感器的內阻，接入輔MCU的AD轉換通道，將轉換數值與短路限壓值3.05 V和斷路限壓值4.5 V分別比較即可推斷傳感器有無(wú)短路、斷路故障；當PA1輸出為低電平時(shí)，經(jīng)過(guò)反相器，PA1輸出為高電平，輸入到引腳13、15，控制引腳1和2以及引腳3和4均導通，從而傳感器輸出的輪速信號就進(jìn)入輪速處理電路。

　　1.3 MCU故障診斷電路設計

　　為保證主MCU安全可靠運行，設計了SPI（Serial Peripheral Interface）接口通信電路，輔MCU通過(guò)通信實(shí)現對主MCU的監控。SPI是一種高速高效率的同步串行接口，主要用于MCU與外部的接口芯片交換數據。通過(guò)分別拉高和拉低從屬選擇（SS）引腳，設定主MCU為主機模式，輔MCU為從機模式。具體的SPI通信電路如圖3所示。