基于制动控制的汽车驱动防滑系统

路和软件控制逻辑。试验表明， 该系统能够将驱动轮的滑转率控制在理想范围内， 有效地提高汽车在低附着路面的加速性
和安全性。
关键词： 单片机； 汽车驱动防滑； 制动控制
中图分类号： Ｕ４６３．５
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｂｒａｋｅ － Ｂａｓｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｓｌｉｐ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ （ＡＳＲ） ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣ９Ｓ１２ＤＰ２５６ ＭＣＵ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ－
－ ２２４ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
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汽车电子
总线接口， １ 个 ＢＤＬＣ（ Ｊ１８５０） 接口。 该 ＭＣＵ 具 有 ４ 路带 有 保 持缓 冲 器 的增 强 型 输入 捕 捉 定 时
器（ ＥＣＴ） ， 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 ＡＢＳ 和 ＡＳＲ 控制中的轮速采集， 大 大提高 ＭＣＵ 的工作效率。ＭＣ９Ｓ１２ＤＰ２５６ 中的 ＰＷＭ 模块具有工 作频 率 高， 占 空 比 可调 范 围 宽、分 辨 率 高等 特 点 ， 可很 好 地 满 足 系统对 ＡＢＳ 压力调节器中高速开关电磁阀的 ＰＷＭ 控制要求。
图 ５ ＡＢＳ 电机驱动电路原理图 ＡＢＳ 电机 驱 动电 路 如 图 ５ 所 示 。 驱 动 芯 片 ＢＴＳ６１４４Ｂ／Ｐ 可 用 作 １２Ｖ 和 ２４Ｖ 直 流 电 源 负 载 的 带 有 电 流 信 号 故 障 反 馈 的 驱 动 ， 适 用 于 各 种 类 型 的 电 阻 、电 感 、电 容 的 负 载 ， 也 可 代 替 电 机 继 电 器、保 险 丝 和离 散 电 路使 用 。可 通过 输 入 控制 信 号 和 与 负 载电流信号成比例的反馈信号进行内嵌式故障诊断和保护功 能 。驱 动 芯 片 为 高 端 驱 动 方 式 ， 当 ＰＫ４ 输 入 高 电 平 信 号 时 ， Ｑ１ 导通， 引脚 ３ 接地拉低， Ｕ１ 导通。
图 １ ＡＳＲ 控制系统示意图 李志远： 博士生 讲师 基金项目： 国家自然科学基金项目资助（５０１２２１５５）
图 ２ 液压制动执行机构结构图 汽车 正 常行 驶 时 ， ＡＳＲ 控制 器 实 时采 集 和 处理 轮 速 传 感 器 信号。当检测到驱动轮过度滑转时（ 试验样车为前轮驱动， 后轮 转速 可 作为 车 速） ， ＡＳＲ 系统 进 入 控制 ， 首 先 关闭 制 动 总泵 方 向 的 ＡＳＲ 常 开 阀 Ａ１、Ｂ１， 打开 ＡＳＲ 常 闭 阀 Ａ２、Ｂ２， 压 力 源 提 供 ＡＳＲ 制动控制的油压。ＡＳＲ 控制器根据驱动轮滑转率的程度控 制 ＡＢＳ 压 力 调节 器 中 的阀 １、３、７、９， 实 现 前 轮 轮 缸 的 增 压 、保 压和减压， 控制两个前驱动轮的驱动力矩。
展， 容易在装备有 ＡＢＳ 的汽车上添加发动机输出力 矩 调节 和 驱
动轮 制 动 压力 调 节 功能 ， ＡＢＳ 的 车 轮转 速 传 感器 和 压 力调 节 器
可全部为 ＡＳＲ 所用。本文通过对试验样车改进设计， 实现了制
动控制汽车驱动防滑系统。
１ 汽车 ＡＳＲ 控制系统结构和工作原理
对 捷 达 ＧＴＸ 试 验 样 车 原 有 ＡＢＳ 液 压 制 动 系 统 进 行 改 造 后， 实 现 了 可 独 立 调 节 四 个 轮 缸 压 力 的 ＡＢＳ／ＡＳＲ 集 成 系 统 液 压执行机构， 其中压力源是由储能器和液压泵等液压元件组成 的外部动力源总成。在此基础上， 开发了基于制动控制的汽车 驱动防滑系统， 主要包括传感器、控制器和执行器三部 分 。图 １ 为轿车 ＡＳＲ 系统示意图， 图 ２ 为液压制动执行机构简图。
换需要。当采集到制动踏板触发信号时， 进入中断程序， 若此
时 ＡＳＲ 控 制 系 统 处 于 工 作 状 态 ， 立 即 退 出 当 前 控 制 ， 对 执 行
机构模块进行复位， 恢复常规制动功能， 不干预驾驶员的制动
动作， 保证车辆行驶安全。
４ 试验结果与分析
为了 考 核设 计 的 ＡＳＲ 控 制 系 统 控 制 效 果 ， 基 于 捷 达 ＧＴＸ 试验样车进行了典型工况试验。试验工况为平直道路对开路 面 ， 一 档 全 负 荷 加 速 ， 初 始 车 速 １５Ｋｍ／ｈ， 右 侧 车 轮 处 于 低 附 着 路面。分别进行了有、无 ＡＳＲ 制动干预控制两种试验。图 ７ 和 图 ８ 分别为试验结果曲线。
术
创
引言
汽 车 驱 动 防 滑 系 统 （ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｓｌｉｐ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ， 简 称
新 ＡＳＲ） 是 一种 在 汽 车 驱 动 起 步 和 加 速 时 能 自 动 控 制 驱 动 车 轮 的
驱动力矩， 防止驱动轮过度滑转，力， 以提高汽车的驱动性能和行驶方向稳定性的
技 术 创 新
监测数据进行控制量计算， 当驱动轮过度滑转时由控制执行
模 块 通 过 ＰＷＭ 进 行 ＡＳＲ 的 逻 辑 门 限 值 控 制 。 最 后 进 行 ＡＢＳ
低压储液器排空避免影响下一次控制。制动踏板中断服务程
序 主 要 解 决 驾 驶 员 制 动 动 作 与 ＡＳＲ 制 动 干 预 控 制 的 紧 急 切
２ ＡＳＲ 控 制 系 统 硬 件 设 计
２．１ ＭＣＵ 的选取 ＭＣＵ 是 控 制 系 统 的 核 心 ， 负 责 数 据 的 采 集 和 处 理 ， 逻 辑 运 算和最终控制。根据系统要求选择了功能强大的 Ｍｏｔｏｒｏｌａ 新一 代 １６ 位 ＭＣＵ－ ＭＣ９Ｓ１２ＤＰ２５６。它运算能力强， 核心运算能力可 达 ５０Ｍ； 通过片内 的 ＰＬＬ 功 能可 以 方 便选 择 不 同的 ＭＣＵ 核 心 频 率 ； 片 内 集 成 了 ２５６Ｋ ＦＬＡＳＨ， １２Ｋ ＲＡＭ 和 ４Ｋ ＥＥＰＲＯＭ； 有 丰 富 的 Ｉ／Ｏ 接 口 ， 包 括 ２ 个 异 步 串 行 通 讯 接 口（ ＳＣＩ） ， ３ 个 同 步 串 行 通 讯 接 口（ ＳＰＩ） ， ８ 路 输 入 捕 捉／输 出 比 较（ ＩＣ／ＯＣ） ， １６ 路 １０ 位 ＡＤ 接口， ８ 路 ８ 位 ＰＷＭ， ２９ 路 独 立 的数 字 Ｉ／Ｏ 接 口， ２０ 路 带 中 断 和 唤 醒 功 能 的 数 字 Ｉ／Ｏ 接 口 ， ５ 路 ＣＡＮ 总 线 接 口 ， １ 个 ＩＩＣ
技 ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｏｎ ａ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｒｏａｄ ｓｕｒｆａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒ ｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ； Ａｃｃｅｌｅｒ ａｔｉｏｎ Ｓｌｉｐ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ； ｂｒ ａｋｅ ｃｏｎｔｒ ｏｌ
３ ＡＳＲ 控 制 系 统 软 件 件 设 计
ＡＳＲ 控 制 系 统 软 件 主 要 由 系 统 初 始 化 模 块 、 启 动 自 检 模 块、主控制模块和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 ６ 所示。
控 制 系 统 上 电 后 进 入 初 始 化 模 块 ， 完 成 ＭＣＵ 各 外 设 时 钟 、各 Ｉ／Ｏ 端 口 、中 断 向 量 、系 统 变 量 和 缓 冲 区 的 设 置 等 。启 动 自 检 通 过 后 ， 进 入 主 控 制 模 块（ 图 ６ 中 大 虚 线 框 内） 。主 控 制 模 块 是 控 制 软 件 的 主 体 ， 其 通 过 ＲＴＩ 做 固 定 周 期 ２０ｍｓ 的 循 环 ， 连 续 调 用 故 障 诊 断 模 块 、数 据 采 集 和 处 理 模 块 、车 辆 运 动 状 态 识 别 模 块 、路 面 识 别 模 块 ， 实 时 进 行 车 辆 状 态 监 测 。 然 后 根 据
主动安全 控 制 系统 。通 常 ， ＡＳＲ 采用 两 种 方法 防 止 驱动 轮 过 度
滑转： 一是对滑转的驱动轮施加制动力， 控制车轮的滑转率在
期望的范围内； 二是调节发动机的输出转矩， 控制车轮滑转率。
ＡＳＲ 是 汽 车 制 动 防 抱 死 系 统（ ＡＢＳ） 技 术 的 自 然 延 伸 和 扩
（１．北京理工大学； ２．河北大学） 李 志 远 １，２ 刘 昭 度 １ 张 彪 １
ＬＩ Ｚｈｉ－ｙｕａｎ ＬＩＵ Ｚｈａｏ－ｄｕ ＺＨＡＮＧ Ｂｉａｏ
摘要： 基 于 ＭＣ９Ｓ１２ＤＰ２５６ 微 处 理 芯 片 ， 开 发 了 由 制 动 控 制 的 汽 车 驱 动 防 滑 控 制 系 统 ， 详 细 描 述 了 该 系 统 的 工 作 原 理 、硬 件 电
图 ３ 磁电式轮速传感器信号处理电路 ２．３ 驱动电路 驱 动 执 行 机 构 主 要 包 括 ＡＢＳ 压 力 调 节 器 的 ２ 个 常 开 进 油 电 磁 阀 、２ 个 常 闭 出 油 电 磁 阀 、４ 个 ＡＳＲ 电 磁 阀 和 一 个 ＡＢＳ 电 机。ＡＢＳ 压 力 调节 器 的 电磁 阀 控 制前 驱 动 轮轮 缸 压 力， ＡＳＲ 电 磁 阀 提供 制 动 控制 的 压 力源 ， ＡＢＳ 电 机 用于 减 压 时将 低 压 储 能 器中的制动液泵回压力源。 为保证电磁阀驱动电路工作的可靠性， ＡＢＳ 和 ＡＳＲ 电磁阀 的驱 动 采用 ＴＬＥ６２２８ＧＰ 芯 片 ， 它是 带 有 四个 独 立 ＮＤＭＯＳ 晶体 管开关的低端功率驱动芯片， 采用了全面的内嵌式保护功能， 专门为汽车和工业领域应用所设计， 适用于各种继电器和电磁 阀 等 阻 性和 感 性 负载 。该 芯 片允 许 并 行 ＣＭＯＳ 逻 辑 控 制输 入 ， 非常适合进行 ＰＷＭ 控制， 且每一通 道 都带 有 独 立的 状 态 反馈 端， 与控制输入端一起构成完善的内嵌式故障诊断功能。图 ４ 为电磁阀驱动电路原理图。Ｘ１ 为电路板与外部负载的接插头， ＴＬＥ６２２８ＧＰ 驱 动 为 低 端 驱 动 。 输 入 控 制 端 选 择 了 ＭＣ９Ｓ１２ＤＰ２５６ 中具有 ＰＷＭ 功 能的 Ｐｏｒｔ Ｐ 端 口 ， 可对 ＡＢＳ 电 磁 阀进行 ＰＷＭ 控制功能。