一种汽车ABS控制器开发装置的研究与设计

　　1 引言

　　汽车防抱制动系统（Anti-lock Braking System，ABS）可以有效防止车辆在制动过程中出现车轮抱死的状况，从而避免因车轮抱死而导致的转向失灵和甩尾等危险，保证车辆的安全制动。其中，控制器（即电控单元，ECU）是整个ABS的控制核心，也是ABS开发过程中的主要关键。传统的ABS开发过程需要大量的整车道路试验来验证ABS的控制软件功能，受人力和物理的限制，使得ABS的开发周期相当长。

　　本文基于英飞凌公司的XC164CS和ADI公司的AD5336芯片设计出了一种简便的ABS控制器开发装置，不需整车甚至不需制动器的参与就能够测试ABS控制软件的大部分功能，对ABS的开发提供了极大的便利。

　　2 系统构成

　　如图1所示，所设计的ABS控制器开发装置主要包括三部分：一是驱动/制动模拟控制器，主要用于模拟车轮的驱动和制动，二是硬件设备部分，包括四个代表车轮的齿圈和分别驱动四个齿圈的四个电机，四个转速传感器，用于进行各种控制的控制面板，以及用于表示各个电磁阀、ABS电机和警告灯的状态的LED指示灯；三是运行于上位机PC上的GUI界面软件，主要用于各种参数设定，以及采集和监控ABS控制器实时运行时的各种状态，包括原始轮速、参考车速、各个电磁阀状态等。

　　3 驱动/制动模拟控制器设计

　　本设计的ABS控制器开发装置的主要核心是驱动/制动模拟控制器的设计，必须要实现的功能包括：

　　（1）能够按照设定令齿圈稳定运转于某一转速下；

　　（2）能够以不同的加速度和减速度对齿圈实施快速调速，以模拟车辆在不同路面和不同工况下制动时的轮速变化，调速的精度要求较高；

　　（3）能与目标开发的ABS控制器以及上位机的GUI软件进行实时通讯。

　　根据功能要求，所设计的驱动/制动模拟控制器的电路框图如图2所示。

　　其中的主控芯片选用的是英飞凌公司的16位单片机XC164CS，其主要优点如下：

　　（1）运算速度快，单时钟周期指令执行速度，其允许的最大时钟频率为40M赫兹；

　　（2）存储器容量大，片内有用于存放代码的128KB可擦写Flash和用于存放数据变量的2KB双口RAM+2KB数据的SRAM；

　　（3）内部资源丰富。具有16×8种优先级、高达80个中断源的中断系统，2组共5个16位定时器/计数器单元，14个10位精度的A/D转换通道，2组共32个捕捉/比较通道，2个异步/同步串行接口（ASC），2个高速同步串行接口（SSC），2个CAN接口以及高达79个普通I/O口线；

　　（4）程序下载和调试方便，具有片内自举引导程序，可通过串口下载程序，带有片上调试接口（OCDS），可通过Keil-C166等编译器对程序进行单步和断点调试。

　　XC164CS的这些优点完全能满足本设计高速实时控制的要求。

　　由于XC164CS需要两种内核电压5V和2.5V才能正常工作，因此采用了能够产生这两种电压的TLE7469GV52作为电源管理芯片可简化电路的设计，TLE7469GV52是英飞凌公司的LDO电源芯片，它具有低电压报警、过热和过载保护以及看门狗等功能，为本设计提供了非常优秀的电源管理方案。

　　对于电机控制，本设计使用了电压调速的直流电机，采用了ADI公司的AD5336作为D/A输出芯片，用于驱动电机，图3是AD5336的功能框图，该芯片的特点是片内具有四个单独控制的10位精度D/A输出通道，低功耗，采用并行接口，D/A转换更新时间仅需6μs，完全可以满足本设计中对电机进行高精度和快速调速的要求，另外片内每个D/A通道带有轨-轨输出缓冲型放大器，带负载能力强，因此不需任何外围电路即可直接驱动电压调速的直流电机，采用这种方式可大大简化电机驱动电路，也简化了电机控制程序的设计。

　　在本设计中采用了无源磁电式的轮速传感器，其输出为正弦信号，在轮速处理模块中采用了LM139作为电压比较芯片，实现正弦信号向方波信号的转换，利用 XC164CS的CC2模块对轮速脉冲的捕捉，实时监测四个齿圈的转速，实现对齿圈电机的转速反馈控制，从而保证对齿圈转速控制的准确度。CAN接口的设计是为了满足本设计中驱动/制动模拟控制器、目标开发的ABS控制器和上位机GUI软件三方的相互通讯。OCDS接口和ASC接口则是为了程序下载和调试方便而设计的。

　　4 软件设计

本开发装置的核心原理是用驱动/制动模拟控制器来模拟制动器，将目标开发的ABS控制器对制动器的干预，即通过控制各个电磁阀实现加压、减压、保压等动作，转化为对驱动/制动模拟控制器发送相应的控制信息。驱动/制动模拟控制器根据ABS控制器发来的控制信息，模拟制动器的加压、减压、保压等动作来对齿圈电机进行调速、ABS控制器通过齿圈的转速传感器来获得轮速信号