XC5VLX155T全系列产品，亚太地区专业分销商 毅创腾电子
日期：2012-12-11XC5VLX155T-1FFG1136C
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MCU是ABS/ASR集成控制系统的核心,它负责数据的采集和处理、所有的逻辑运算以及最终控制的实现。考虑到集成控制系统对其运算能力、存储空间、I/O接口的要求以及后续集成其它系统的目的,选择了功能强大的Motorola新一代HSC12系列16位MCU——MC9S12DP256。
它具有很强的运算能力、丰富的I/O接口和充裕的存储空间。采用STAR12 CPU,核心运算能力可以达到50MHz,总线速度可以达到25MHz,采用优化的指令集,指令的运算速度得到了很大的提高。通过片内的PLL功能可以方便地选择MCU的核心频率而不管外部晶振频率为多少。片内集成了256K FLASH、12K RAM和4K EEPROM,完全可以满足程序对存储空间的要求。它有丰富的I/O接口,包括两个异步串行通讯接口(SCI),三个同步串行通讯接口(SPI),八通道输入捕捉/输出比较(IC/OC),十六个10位A/D接口,八路8位PWM,二十九路独立的数字I/O接口,二十路带中断和唤醒功能的数字I/O接口,五路CAN总线接口,一个IIC总线接口,一个BDLC(J1850)接口[3]。
该MCU有四路输入捕捉(带有保持缓冲器),利用独立的ECT捕捉时钟可以自行完成两个脉冲间的周期计算,非常适合进行四个车轮的轮速采集,大大提高了MCU的工作效率。
2.2 ECU硬件电路设计
MCU的外围电路采用模块化设计思想,即把电控单元划分成不同的模块,将比较成熟固定的模块组成一块单独的电路板,研究过程中变化较大的模块组成另一块单独的电路板,板与板之间通过I/O扩展插槽进行通信。这种设计方法有利于试验过程中对系统的维护和扩展,例如需要更改电路或者对系统进行扩展时,无需重新设计整块电路,只需在相应模块上改变或添加即可;模块化设计也具有更好的电气特性,例如,驱动模块是比较大的干扰源,对A/D转换和MCU的工作影响很大,可放在不同的电路板上,对信号线采取隔离措施即可。
根据ABS/ASR集成控制系统的特点,将整个电控单元分为了A板和B板,两块电路板之间通过I/O总线扩展插槽连接。
A板主要包括主控芯片MC9S12DP256及其最小系统外围电路、通讯接口电路和数据采集电路,如图2所示。
图2 A板电路结构示意图
MC9S12DP256最小系统外围电路包括电源模块、外围复位电路、时钟晶振电路、工作模式选择等。
通讯接口电路包括BDM接口。两路SCI串口通讯接口电路,其中一路通过硬件跳线选择连接故障诊断驱动芯片MC33199,利用PCA82C250驱动芯片引出两路CAN通讯节点,预留给集成控制系统扩展使用。
A板还包括ECU中的数字量、模拟量和开关量采集处理电路,主要包括四个轮速信号、节气门开度信号、加速踏板开度信号、高压蓄能器压力传感器信号、制动踏板开关信号等。
B板主要包括执行机构驱动电路和开关量信号处理电路,如图3所示。
图3 B板电路结构示意图
系统驱动的执行机构主要包括ABS压力调节器的四个常开进油阀、四个常闭出油电磁阀、四个ASR电磁阀和一个ABS电机。
ABS和ASR子系统的使能信号及工作指示灯部分的相关电路也放在该电路板上。
2.3 ECU控制软件设计
ABS/ASR集成控制系统中ABS和ASR子系统本身都是复杂的控制系统。软件系统的集成并不是把ABS和ASR控制系统简单地叠加,而是要把它们有机地融合,同时还要考虑到软件运行的实时性、可靠性等问题。
集成控制系统的控制软件主要由系统初始化模块、启动自检模块、主控制模块、制动踏板中断服务程序模块等几大部分组成,总体框图如图4所示。
图4 ABS/ASR集成控制系统软件框图
系统初始化模块在系统上电复位时对系统进行初始化。初始化内容包括MCU内部的时钟、各端口设置、串行通讯接口、模拟和数字通道、看门狗定时器、系统变量等,以保证MCU正常运行。另外还包括对集成系统的执行机构进行复位,确保车辆的安全行驶。
启动自检模块是在系统初始化后对关键软、硬件部分进行静态检测,以判断系统的软、硬件工作是否正常。如果发现集成控制系统中存在故障,故障警示灯会持续点亮。
主控制模块为ABS/ASR集成控制系统的控制主程序,见图4中阴影虚线框。主控制模块通过实时中断RTI做固定周期20ms的循环,连续调用故障诊断模块、数据处理模块、参考车速计算模块、路面识别模块和车辆运动状态识别模块,实时进行车辆运动状态和外界环境的判断。然后依据车辆当前的运行状态,由控制执行模块分别进行ABS或ASR的逻辑门限值控制。
考虑到驾驶员制动动作与ASR制动干预控制的紧急切换需要,设计了制动踏板中断服务程序。当采集到制动踏板触发的中断时,进入制动踏板中断服务程序,如果集成控制系统处于ASR工作方式,立即退出当前控制,对执行机构模块进行复位,恢复常规制动方式,不干预驾驶员的制动动作,保证了车辆行驶的安全性。