轎車(chē)ABS/ASR/ACC集成化電控系統
加入技術(shù)交流群
在系統自檢期間，故障警示燈將會(huì )自動(dòng)點(diǎn)亮，如果電子控制裝置發(fā)現系統中存在故障，電子控制裝置將會(huì )以故障代碼的形式存儲故障情況，故障警示燈會(huì )持續點(diǎn)亮，執行機構復位至常規狀態(tài)；如果未發(fā)現系統中存在故障，在自檢過(guò)程結束后，故障警示燈在1.5 秒后會(huì )自動(dòng)熄滅，表示集成系統處于正常運行狀態(tài)。
系統啟動(dòng)自檢的內容主要包括對已存故障信息的復查檢測和對制動(dòng)干預執行機構的檢測，在輪速大于15km/h 后進(jìn)行輪速信號的檢測。如果已存故障由輪速信號故障引起，啟動(dòng)自檢時(shí)故障警示燈將持續點(diǎn)亮，直到輪速大于15km/h 后進(jìn)行復查檢測，如故障排除，故障警示燈會(huì )自動(dòng)熄滅，記錄該故障為臨時(shí)性故障。
4.3 主控制模塊
主控制模塊為ABS/ASR/ACC 集成系統的控制主程序，見(jiàn)圖8 陰影虛線(xiàn)框。主控制模塊自身做無(wú)限的循環(huán)，連續調用故障診斷模塊、數據處理模塊、參考車(chē)速計算模塊、路面識別模塊和車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)識別模塊，實(shí)時(shí)進(jìn)行車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)和外界環(huán)境的判斷。
4.4 數據處理模塊
完成對采集到的數字和模擬信號進(jìn)行濾波和平滑處理，剔除奇異點(diǎn)和干擾信號，保證采集信號的準確性。這里主要針對四個(gè)車(chē)輪的輪速信號進(jìn)行的異點(diǎn)剔除和三點(diǎn)滑動(dòng)平均法處理。
4.5 故障診斷模塊
故障診斷模塊在集成系統運行的過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測執行機構各電磁閥和電機的故障反饋端，車(chē)輪輪速信號。輪速的檢測采用下式：
4.6 參考車(chē)速計算模塊
參考車(chē)速計算模塊用來(lái)計算車(chē)身速度。由于成本等方面的原因，一般車(chē)輛上是不安裝車(chē)身速度傳感器的，集成系統控制的目標就是將車(chē)輪的縱向滑動(dòng)率（滑移率或滑轉率）控制在合理的范圍內，見(jiàn)式（2）和式（3）。因此參考車(chē)速確定的精確與否將直接影響到控制效果的優(yōu)劣，各個(gè)廠(chǎng)家有各自的方法，且屬于生產(chǎn)廠(chǎng)家的核心商業(yè)機密不對外公布。課題組對于參考車(chē)速進(jìn)行了大量分析研究，采用了自適應卡爾曼濾波的參考車(chē)速確定方法，計算的參考車(chē)速結果存儲在參考車(chē)速緩沖區，用于制動(dòng)工況和和驅動(dòng)工況滑動(dòng)率的計算，以及ACC 系統控制中主目標車(chē)輛絕對車(chē)速的計算。
當判斷制動(dòng)踏板已經(jīng)踩下，進(jìn)行滑移率的計算，否則進(jìn)行滑轉率的計算，同一車(chē)輪的滑移率和滑轉率存儲在相同地址的緩沖區中。
4.7 路面識別模塊
路面識別方法是集成系統控制中的關(guān)鍵技術(shù)，它的準確識別對于參考車(chē)速的準確確定和合理的邏輯門(mén)限值的選取都有重要的意義。我們在大量試驗數據的基礎上通過(guò)深入的理論分析和控制邏輯設計，實(shí)現了較為實(shí)用的路面識別。
4.8 車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)識別模塊
車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)識別模塊用來(lái)區分直線(xiàn)行駛還是彎道行駛，左右后輪的速度差包含了轉向信息。在車(chē)輛直線(xiàn)行駛工況下，左右后輪的輪速差應當不超過(guò)一定限度。計算兩個(gè)后輪轉速差 ? ω（rad/s），并設定判斷參數λ2，λ2的確定考慮到使用過(guò)程中左、右后輪輪胎胎壓變化和輪胎磨損程度的不同。當?ω>λ2時(shí)判斷車(chē)輛為轉向行駛，否則為直線(xiàn)行駛。識別結果存儲于車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)緩沖區中，以便于ABS、ASR 和ACC子系統調整相應控制參數。
4.9 控制執行模塊
系統控制執行模塊包括三個(gè)子模塊，門(mén)限值設置模塊、控制邏輯模塊和執行機構動(dòng)作模塊。門(mén)限值設置模塊的任務(wù)是根據工作模式的識別，設置控制邏輯模塊的門(mén)限值，控制邏輯模塊依據門(mén)限值做出邏輯判斷和發(fā)出控制指令，控制執行機構動(dòng)作模塊。ABS可視為獨立的控制模塊，在車(chē)速大于15km/h 有效，主要依據車(chē)輪的滑移率 SBi和減速度?ωi 判斷是否執行車(chē)輪制動(dòng)防抱死控制調節。
ASR 也可視為獨立的控制模塊，在車(chē)速0～45km/h 間有效，主要依據車(chē)輪的滑轉率SAi判斷是否進(jìn)行驅動(dòng)力調節控制。
ACC 工作在車(chē)速大于45km/h 的車(chē)輛正常行駛階段，利用ABS 和ASR 的硬件執行機構，調用ASR 的節氣門(mén)控制模塊和制動(dòng)力干預控制模塊，緊急制動(dòng)工況時(shí)進(jìn)行ABS 防抱死調節。分為定速巡航和跟隨兩種工作模式，主要依據主車(chē)與目標車(chē)輛間的相對距離和相對速度進(jìn)行調節控制。
表2 ABS/ASR/ACC 集成系統工作情況 
1）ABS 控制后期主要以縮短制動(dòng)距離為目的，且車(chē)速低于15km/h 后ABS 控制模式的退出不影響車(chē)輛的穩定性。
2）將ASR 控制模式限定在45km/h 以?xún)?，主要是考慮捷達GTX 轎車(chē)以一擋起步時(shí)這一速度對應的發(fā)動(dòng)機轉速為5625 r/min，而發(fā)動(dòng)機最大轉速為5800 r/min，如果車(chē)輛以二擋行駛，驅動(dòng)輪發(fā)生滑轉的可能性很小，ASR 起作用的機會(huì )也小。車(chē)速在0～15km/h 間屬于車(chē)輛起步階段，這時(shí)的ASR 控制主要以提高車(chē)輛縱向加速度為控制目標，采用驅動(dòng)輪制動(dòng)力干預和節氣門(mén)開(kāi)度調節綜合控制；車(chē)速在15～45km/h 間屬于車(chē)輛正常行駛階段，這時(shí)的ASR 控制主要以提高行駛穩定性為控制目標，主要采用發(fā)動(dòng)機輸出力矩控制。當車(chē)輛在高速行駛時(shí)，進(jìn)行驅動(dòng)力制動(dòng)干預控制可能使車(chē)輛產(chǎn)生橫擺運動(dòng)，對車(chē)輛的行駛穩定性有十分危險的影響，綜合考慮，在車(chē)速大于45km/h后集成系統退出ASR 控制模式。
3）ACC 自動(dòng)巡航控制系統主要適用與于良好路況的情況下。若汽車(chē)低速行駛，頻繁的控制調節對汽車(chē)的正常行駛和駕駛員的舒適感都有較大的影響，為了簡(jiǎn)化集成系統控制算法，結合ASR 的門(mén)限值，設定車(chē)速低于45km/h 后集成系統退出ACC 控制模式。
以上對工作模式的速度劃分點(diǎn)并不是絕對的，可根據具體試驗的情況進(jìn)行修改。集成系統執行機構動(dòng)作模塊包括三個(gè)部分，ABS 壓力調節器、工作模式電磁閥和節氣門(mén)控制執行機構。通過(guò)對相應通道電磁閥和電機的驅動(dòng)控制就可以實(shí)現該通道制動(dòng)壓力的增壓、減壓和保壓的獨立調節。
4.10 數據采集中斷服務(wù)程序
數據采集模塊由定時(shí)中斷服務(wù)程序完成。集成系統采用數據采集和主控制程序分離的結構型式。由于A(yíng)BS 電磁閥動(dòng)作響應時(shí)間通常不小于7ms，再加上制動(dòng)系統的機械滯后，傳統的數據采集和控制周期通常不能低于電磁閥動(dòng)作響應時(shí)間。為了使數據處理更為方便和準確，提高數據采樣頻率是一種有效的手段之一，因此，集成系統采用了3ms 周期的定時(shí)中斷數據采集程序。
為了滿(mǎn)足集成系統的需要，目前采集的數據主要包括：四個(gè)車(chē)輪轉速信號，蓄能器壓力信號，節氣門(mén)開(kāi)度信號、加速踏板開(kāi)度信號?？紤]到數據采集模塊屬于實(shí)時(shí)模塊，對實(shí)時(shí)性要求較高，所以在設計軟件時(shí)，盡可能的利用硬件資源，減少MCU 的占用時(shí)間。
MC9S12DP256 有8 個(gè)增強型定時(shí)器（ECT），每個(gè)定時(shí)器都可以通過(guò)軟件選擇作為輸入捕捉或者輸出比較，其中有四個(gè)帶有輸入保持緩沖器，當輪速信號上升沿（可選為下降沿）來(lái)到時(shí)，MCU 自動(dòng)將輸入捕捉寄存器中的時(shí)間值放入保持緩沖器中，同時(shí)將主計時(shí)器的當前時(shí)間值放入輸入捕捉寄存器中，因此基于測周法可較為容易地實(shí)現四個(gè)輪速信號的采集。
節氣門(mén)開(kāi)度信號和加速踏板開(kāi)度信號、蓄能器壓力信號都是模擬信號，它的采集由MC9S12DP256 內部的AD 轉換模塊自動(dòng)完成。設置了模擬信號AD 轉換的完畢中斷，在中斷處理程序中存儲轉換結果。
4.11 制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序
考慮到駕駛員制動(dòng)動(dòng)作與主動(dòng)制動(dòng)控制的緊急切換，設計了制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序。無(wú)論系統處于何種控制方式和控制狀態(tài)，當采集到制動(dòng)踏板上升沿觸發(fā)的中斷時(shí)，集成控制系統立即進(jìn)入制動(dòng)踏板中斷服務(wù)程序，對執行機構模塊進(jìn)行復位，恢復常規制動(dòng)方式，不干預駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作，保證了車(chē)輛行駛的安全性。系統執行機構復位延時(shí)一段時(shí)間后退出中斷，繼續運行主控制模塊循環(huán)控制。例如當ASR 系統正在進(jìn)行驅動(dòng)防滑調節時(shí)，駕駛員緊急踩下制動(dòng)踏板，此時(shí)主動(dòng)制動(dòng)干預系統迅速恢復常規制動(dòng)狀態(tài)，保證了駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作不受影響。
4.12 通訊模塊
集成系統通訊模塊包括實(shí)時(shí)通訊和非實(shí)時(shí)通訊兩部分。其中實(shí)時(shí)通訊主要指通過(guò)CAN 總線(xiàn)與車(chē)距傳感器間的通訊，由于車(chē)距尚未購買(mǎi)到合適的車(chē)距傳感器，這部分僅預留了相關(guān)的硬件和件接口；非實(shí)時(shí)通訊主要指通過(guò)異步串行通訊（SCI）與外部故障診斷設備的K-LINE 通訊。
ABS/ASR/ACC 集成電控系統各子模塊的流程框圖見(jiàn)附件2。
5.試驗數據采集存儲系統
在集成系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要存儲試驗數據，便于分析和比較控制程序的效果。為此設計了獨立的與上位機通訊的數據存儲系統，采集和存儲實(shí)驗過(guò)程各傳感器信號，并通過(guò)異步串口通訊（SCI）方式發(fā)送至上位PC 機，再由上位機完成試驗結果的保存、分析和處理。這樣做的好處有以下幾點(diǎn)：
1）提高了集成控制系統的實(shí)時(shí)性。如果與上位機的通訊和數據傳遞也由集成控制系統完成，必然會(huì )影響到控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性，采用的獨立采集系統可以解決這一問(wèn)題。
2）簡(jiǎn)化集成控制系統硬件電路復雜程度。為了分析和比較控制邏輯，需要采集一些控制邏輯本身不要求的信號，例如制動(dòng)過(guò)程中四個(gè)輪缸的制動(dòng)壓力信號和五輪儀輪速信號。采用獨立采集系統就可以簡(jiǎn)化集成控制系統電路的復雜性，試驗成功后，根據產(chǎn)品的要要，進(jìn)行少量的修改，就可以方便地應用到實(shí)際產(chǎn)品中。
3）將試驗結果傳送至上位機，可以充分利用其強大的數學(xué)運算能力，充足的存儲空間，更加直觀(guān)、準確的分析和完善控制邏輯。
與集成系統數據采集信號相比，與上位機通訊的數據存儲系統增加了四個(gè)車(chē)輪制動(dòng)管路壓力的采集和五輪儀輪速的采集，同時(shí)利用MC9S12DP256 自帶的串行通訊接口（RS232），設計了與上位機的串行通訊發(fā)送完成中斷服務(wù)程序。
五輪儀輪速信號采集同樣基于測周法原理進(jìn)行，利用五輪儀脈沖上升沿中斷記錄兩次主計時(shí)值，相減便可得到脈沖周期值。與集成控制系統輪速采集程序不同的是利用了MC9S12DP256 不帶保持緩沖區的輸入捕捉端口。
同時(shí)課題組利用C++ Builder 開(kāi)發(fā)了配套的集成控制系統上位機數據采集處理程序，可實(shí)現與下位機的通訊，數據的采集和顯示，圖表顯示，讀取和清除故障碼，數據保存，傳感器標定，數據處理，數據文件轉換等功能。如圖9 所示。
圖9 上位機數據采集和分析處理程序界面
6. 結束語(yǔ)
系統的集成化包括結構設計一體化，性能一體化和控制一體化，這三點(diǎn)在本次設計的ABS/ASR/ACC 集成控制系統中都得到很好的體現。
1）結構設計一體化：形成了ABS、ASR、ACC 執行機構的共用，ASR 驅動(dòng)輪制動(dòng)壓力調節是利用ABS 壓力調節器實(shí)現的，ACC 的控制也建立在A(yíng)BS 和ASR 執行機構的基礎上，無(wú)需再對車(chē)輛制動(dòng)系統另行改裝。另外，應用一個(gè)MCU 實(shí)現了三者控制邏輯的集成，形成了電子控制裝置的一體化。
2）性能一體化：實(shí)現了ABS、ASR、ACC 彼此間的功能完善，優(yōu)化了子系統的性能。例如利用ACC 車(chē)距傳感器可獲得的主車(chē)與主目標車(chē)輛的相對車(chē)距和相對車(chē)速的信息，利用ABS 輪速傳感器獲得的主車(chē)行駛的絕對速度信息，從而可獲得前方主目標車(chē)輛的絕對車(chē)速，便于對前方主目標車(chē)輛行駛狀況準確的判斷。在A(yíng)CC 起作用期間，如果實(shí)際車(chē)距小于理想安全車(chē)距（例如巡航過(guò)程中突然有車(chē)輛并線(xiàn)），駕駛員未及時(shí)采取處理措施，為保證行駛安全，集成系統立即實(shí)施主動(dòng)制動(dòng)，使車(chē)輛減速，在這一過(guò)程中利用ABS 功能提高了車(chē)輛的穩定性，這樣就更加增加了汽車(chē)的行駛安全性。
3）控制一體化：ABS、ASR 和ACC 子系統控制的實(shí)質(zhì)就是對以調節車(chē)輪輪缸壓力為目標的制動(dòng)干預模式和以調節發(fā)動(dòng)機輸出力矩為目標的節氣門(mén)開(kāi)度兩種控制方式適當組合和合理控制的結果。ABS/ASR/ACC 集成ECU 實(shí)現了傳感器信號的共享，形成了軟件控制系統中的信號處理、參考車(chē)速計算、路面識別、車(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)的識別和執行機構動(dòng)作公用模塊。實(shí)現了硬件系統和軟件系統相結合的控制一體化。
pid控制相關(guān)文章:pid控制原理
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
電接點(diǎn)壓力表相關(guān)文章:電接點(diǎn)壓力表原理
評論