轎車(chē)ABS/ASR/ACC集成化電控系統
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3. 集成電控系統硬件電路
ABS/ASR/ACC 集成系統ECU的硬件結構框圖如圖5 所示，包括以MC9S12DP256芯片為核心的最小系統，傳感器處理電路、執行機構驅動(dòng)電路，以及通訊接口電路。
圖5 集成電控系統ECU 結構框圖
MCU 是整個(gè)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。ABS/ASR/ACC 集成系統對其運算能力、存儲空間、I/O 接口都有較高的要求。
經(jīng)過(guò)調研，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(xiàn)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(guò)片內的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。片內集成了256K flash，4K EEPROM 和12K RAM，完全可以滿(mǎn)足程序對存儲空間的要求。有豐富的IO 接口，包括2 個(gè)異步串行通訊接口（SCI），3 個(gè)同步串行通訊接口（SPI），8 通道輸入捕捉/輸出比較（IC/OC），16 個(gè)10 位AD接口，8 路PWM，29 路獨立的數字IO 接口，20 路帶中斷和喚醒功能的數字IO 接口，5 路CAN 總線(xiàn)接口，1 個(gè)IIC 總線(xiàn)接口，1 個(gè)BDLC（J1850）接口。
另外，利用CodeWarrior 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE），通過(guò)背景調試方式（Background debug mode，BDM），下載控制程序和修改相關(guān)參數，在不干擾目標程序運行情況下，實(shí)時(shí)監測各寄存器和存儲器，實(shí)現了控制程序的板上在線(xiàn)調試，從而提高了集成系統的開(kāi)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(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)IO 擴展線(xiàn)進(jìn)行通信。這種設計具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）有利于試驗過(guò)程中對系統的維護和擴展。試驗過(guò)程中有很多不確定的因素，有時(shí)某一部分損壞需要進(jìn)行更換，有時(shí)為了試驗的需要還要另外添加硬件電路，如果把整個(gè)系統做在一塊電路上，一旦需要更改電路或者對系統進(jìn)行擴展，就必須重新設計整塊電路，這樣會(huì )造成時(shí)間和金錢(qián)上的浪費。采用模塊化設計，只需在相應模塊上要改變或添加即可，避免了許多重復的勞動(dòng)，縮短了設計周期。
2）從電氣特性上看，模塊化設計有更好的電氣特性。各個(gè)模塊之間是隔離的，這樣各個(gè)模塊之間就不會(huì )有相互影響。例如，驅動(dòng)模塊是這些模塊中最大的干擾源，尤其對A/D 轉換和、MCU 的工作影響很大。為此在設計中，對驅動(dòng)模塊單獨供電，與其有關(guān)的信號線(xiàn)采取了隔離措施，這樣就不會(huì )對其它模塊部分造成電氣干擾影響。
根據ABS/ASR/ACC 集成系統的特點(diǎn)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，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)IO 總線(xiàn)擴展插槽連接。
3.2.1 A 板介紹
A 板主要包括主控芯片MC9S12DP256 及其最小系統外圍電路、通訊接口電路和主要的數據采集電路。
MC9S12DP256 最小系統包括電源模塊、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)選擇可連接K-LINE 故障診斷驅動(dòng)芯片MC33199 或與外部設備通訊，另一路預留擴展USB 通訊；利用CAN 驅動(dòng)芯片PCA82C250 引出兩路CAN 通訊節點(diǎn)，一路預留給車(chē)距信號通訊，另一路與其它要求高速數據傳輸的控制單元通訊。
圖6 A 板電路結構示意圖
表1 集成系統采集信號 
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。
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（驅動(dòng)電流3.6A），四個(gè)常閉出油電磁閥（驅動(dòng)電流2.4A），兩個(gè)工作模式切換電磁閥（驅動(dòng)電流2.2A），一個(gè)ABS 電動(dòng)機驅動(dòng)開(kāi)關(guān)（驅動(dòng)電流8.4A），一個(gè)ASR 電動(dòng)機控制開(kāi)關(guān)（驅動(dòng)電流1.8A）。
ASR、ACC、HAC 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。
ABS/ASR/ACC 集成電控系統端口資源分配表見(jiàn)附件1。
圖7 數據采集板主要結構示意圖
汽車(chē)ABS/ASR/ACC 集成化系統中每一子系統都是復雜的控制系統，集成后形成的集成化系統更是一個(gè)非常復雜的控制系統，軟件系統是其核心部分，它決定著(zhù)整個(gè)系統運行的好壞、控制效果的優(yōu)劣。軟件系統的集成并不是把ABS、ASR、ACC 子控制系統簡(jiǎn)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(shí)時(shí)性、可靠性，控制算法的優(yōu)化等問(wèn)題。
汽車(chē)ABS/ASR/ACC 集成化系統的軟件模塊主要由系統初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、參考車(chē)速計算模塊、路面識別模塊、車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)識別模塊、控制決策和執行機構動(dòng)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(shí)時(shí)進(jìn)行統一調度，分配運行時(shí)間，進(jìn)行數據和信號的交換?？傮w框圖如圖8 所示。
圖8 ABS/ASR/ACC 集成系統軟件結構簡(jiǎn)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。
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。
4.2 系統啟動(dòng)自檢模塊
為了使系統安全運行，系統在復位和初始化完畢后要進(jìn)行自檢，對系統的關(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。
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