基于系列芯片的模型汽车

摘要：本项目采用ADI公司的 ADSP BF-531处理器、ADuC7026处理器、iMEMS 传感器以及ADF7020无线传输模块，结合自主设计的车轮独立制动系统和遥控器，设计实现一种模型汽车电子稳定系统。

该系统由无线遥控平台和模型车平台组成。

系统对车辆的侧向加速度、偏航率、方向盘转角、轮速等信息进行测量，通过实时分析驾驶者行驶意图和车辆行驶状态，在发生侧滑时对车辆进行姿态控制，保证车辆稳定行驶。

本项目将建立基于Blackfin DSP处理器的汽车电子稳定程序（ESP）开发、测试平台系统，有着重要的实际意义和广阔的应用前景。

关键词:ESP、AutoCAD、车轮独立制动、ADC、无线通信Abstract:This project using ADSPBF-533 processor, ADuC7026 processor, iMEMs sensor series and wireless transmission module in association with self-designed independent wheel brake system and remoter achieves a model car electronic stability program (ESP) test system.This system consists of wireless control terminal and model car terminal. By measuring the model car’s sideward acceleration, yaw rate, angular rate and wheel speed, this system will analyze the drivers’intention and the car’s dynamic state in real time to keep the model car running stably under the danger condition.This project will set up a Blackfin DSP based car Electronic Stability Program development and test platform and it will have a promising application prospect.Keywords:ESP, AutoCAD, independent wheel brake, ADC, wireless transmission目录1.引言本项目通过ADI公司的Blackfin DSP处理器，iMEMs传感器以及无线传输模块构建起系统的电子控制平台，结合自主设计的车轮独立制动装置和经游戏手柄改装的遥控器，实现了集车辆驾驶与ESP控制于一体的电子稳定程序开发测试平台，有着重要的实际意义和广阔的应用前景。

在我国，ABS（防抱死制动系统），TCS（牵引力控制系统）等汽车辅助安全系统渐渐广为人知，ESP则很好的解决了汽车侧向打滑的问题，为驾乘者在汽车发生侧滑时提供一定的安全保障。

ESP（Electronic Stability Program），中文名称叫电子稳定程序。

在不同的企业，不同的车型，具体名字也有所不同，但其原理和作用基本相似。

系统由控制单元，方向盘转角传感器，轮速传感器，偏航率传感器，横向/纵向加速度传感器及液压系统组成，ESP是一种智能的主动安全系统。

ESP经过传感器时刻监测车辆的行驶状态，并通过计算分析判定车辆行驶方向是否偏离驾驶员的操作意图。

ESP能立刻识别出危险情况，并提前裁决出可行的干预措施使车辆恢复到稳定行驶状态。

由汽车行驶理论可知，控制汽车的力(牵引力、制动力及转向力等)来自于地面的反作用力，此反作用力的极限值等于车轮与地面间的附着力，若行驶中汽车所需的控制力大于该附着力，则汽车将失去控制。

汽车行驶在一定的路面上，车轮与路面间的附着系数一定，其与路面间的附着力也一定。

车辆的牵引力(或制动力)与侧向力的合力不得大于附着力，否则车辆将失去稳定。

显然，牵引力(或制动力)若增大，则路面可提供的侧向力减小。

当车轮与路面间不打滑，侧向附着状态最佳；而当车轮与地面间纯滑动，侧向附着状况最差，车辆转向将无法控制。

电子稳定系统通过直接控制作用在4个车轮上的制动力或牵引力，间接改变车轮受到的侧向力及汽车受到的横摆力矩，使汽车的运动方向得到修正。

本项目包括平台机械设计和电子控制平台两大部分。

机械部分的设计主要在现有1:8油动遥控模型车基础上，采用AutoCAD设计制作了一套轮独立制动装置。

电子控制平台部分主要结合模拟传感器技术，在无线遥控平台采用ADSP-BF531作为控制处理器，模型车平台采用ADXRS612陀螺仪和ADXL203两轴加速度传感器，结合AD7928进行模拟采样。

平台间通过ADF7020模块进行无线收发。

本设计主要应用于汽车安全领域，为车载ESP系统的研究提供一个简易、可行的测试平台。

2.系统方案设计目标以ADSP-BF531板为基础，分别作为车载主板和无线遥控器主板，结合ADF7020无线模块以及模拟器件等，实现各种控制信息和车辆行驶信息的采样，传输等功能。

在电子稳定程序的辅助下，驾驶者可对车辆进行实时安全的驾驶控制。

●通过ADF7020无线通信模块实现无线遥控器与车辆间通信，实时传输控制信息，包括方向盘、油门、刹车三个控制量。

在通信错误中断时，车载控制系统自动采取制动措施，保证车辆行驶安全。

●系统启动时对遥控器进行初始化，确保在不同条件下，遥控器能给出正确的控制信息。

模型车平台对接受到的控制信息进行校验，确保车辆接受到正确的控制信息。

●对各传感器信号进行滤波，修正，确保系统获得正确的控制信息。

●在模型车的基础上，设计制作一套能够4个车轮独立制动的碟刹装置，通过舵机提供制动力，该制动力通过传动装置带动碟刹，制动车轮。

●模型车平台所搭载ESP系统，保证车辆行驶安全。

系统结构系统由无线遥控器平台和模型车平台组成，均以ADSP-BF531为主控CPU 用ADF7020无线传输模块进行通信。

系统实物图如图1。

图1 系统实物图1)无线遥控器平台无线遥控器平台由赛车游戏专用游戏手柄改装而成，保留转向、加油、刹车三项控制功能。

该平台主要包括方向盘部分和踏板部分。

两者核心电子部件均为电位器，当转动方向盘或者踩踏踏板时，相应端口电压改变，通过控制器主板的ADC采样，得到原始控制信息，经ADF7020发送至车载接收端，计算出油门和刹车的控制量，转换为对应宽度PWM信号驱动舵机，实现车辆的驾驶控制。

2)模型车平台该平台搭载一块BF531主板，通过ADF7020接收被控信息，控制车辆行驶。

对加速度传感器，角速度传感器，霍尔效应传感器进行采样，经滤波，修正之后得到车辆行驶状态参数，由各参数计算出车辆形式状态，分析出车辆是否测滑。

当车辆测滑时，由ESP控制程序得出制动信息，驱动所需制动舵机，拉动刹车钳，对某个或多个车轮进行制动，驱使车辆回到正确行驶轨迹。

平台连接示方式如图2。

图2 平台结构●机械设计：本项目针对模型车实物，采用AutoCAD设计制作了适合车轮大小的制动装置，主要包括刹车钳，刹车碟，固定装置三部分。

由舵机提供制动力，通过钢丝线（外套伞金属软管，类似自行车刹车线）传递制动力拉动刹车钳，产生制动效果。

●硬件设计：本项目采用自主开发的主板，包括车载与遥控器两部分。

车载部分以ADSP-BF531为处理器，采用两轴加速度传感器ADXL203，陀螺仪ADXRS612，采用电压参考芯片ADR525以及8通道12-bit高精度ADC芯片AD7928完成模数转换模块，采用霍尔效应传感器车辆轮速；遥控器部分采用ADuC7026进行ADC采样，以ADSP-BF531为处理器，与车载部分一起采用ADF7020模块进行数据的无线传输。

●传感器模块：系统所采用加速度传感器测量范围达，精度达；角速度传感器测量范围达，精度达●无线通信模块：系统采用ADI公司的EVAL-ADF7020-1DBZ4无线通信模块，工作频率在400MHz~440MHz，发送波特率最高达50kbps，接收波特率最高达200kbps，循环带宽为50kHz.●软件设计：系统采用软件模拟方式，模拟4路PWM信号输出，分别系统特点本系统作为ESP测试系统的一个模拟平台，具有体积小，简易可行的特点。

1)采用1:8油动摇空模型车作为测试平台，动力充沛，车辆结构完整。

车辆振动噪声类似真车，使测试平台与真实车辆具有可比性。

2)根据赛车游戏手柄改装的方向盘遥控器，可模拟真实车辆的转向，加油与刹车控制。

3)自主设计制作的，适合测试平台的车轮独立制动装置与真实车辆刹车系统类似。

4)系统由舵机提供制动力，由ADSP-BF531处理器软件模拟舵机的PWM控制信号，可调精度达5)采用ADF7020无线传输模块构建通信系统，传输距离达200米，是ADF系列产品在无线控制领域的一次成功应用。

6)系统首次将ESP控制算法在ADI系列芯片上实现，具有开创性意义。

3.平台设计系统的两大平台均以市场现有游戏娱乐平台改装加工而成。

这些游戏娱乐平台与真实车辆的结构、驾驶方式都非常相似，因此可以较真实的对真车进行模拟。

以下将对这两个主要平台的设计制作进行介绍。

3.1无线遥控制器平台设计1)采用北通168赛车游戏专用手柄，通过拆装，保留手柄的传感器电路作为系统传感器，去掉其他电路及按键功能。

2)方向盘转角达±90°，内置弹簧提供扭力，可以自动回到中间状态。

踏板提供油门和刹车功能，内置弹簧提供扭力，在无踩踏状态时可自动回到初始值，保持车辆处于怠速状态。

3)方向盘与踏板电子结构主要是通过电阻分压的方式，得到不同的控制信号和控制量。

分压电路采用3.3v电源驱动，线性分压。

方向盘居中时端口电压约为1.2v，左转时端口电压升高，右转时端口电压降低，从而直接将控制信息转换为电压值，经过一路ADC采样得到控制信息。

踏板采用相同的采样控制方式分辨刹车和油门，由ADC采样值大小决定控制量度。

分压电路如图3所示。

图3 分压电路因遥控器所需功能与车载主板所需功能可以兼容，故遥控器采用与车载主板相同的PCB板以节约制作成本。

主板包括EVAL-ADF7020-1DBZ4接口，利用ADI 公司提供的无线模块，实现控制信息的传送。

3.2模型车平台设计该平台主要包括一辆1:8油动遥控车，一套车轮独立制动装置和车载控制主板。

3.2.1遥控车遥控车采用南大越野1:8油动遥控车，该车采用专用混合油为燃料，配备一冲程发动机，4轮驱动，独立悬挂。