基于CAN總線的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳銀 農(nóng)棉庚

摘要：伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，汽車已經(jīng)成為人們重要出行工具，法律法規(guī)對(duì)汽車安全性提出了更嚴(yán)格要求。汽車穩(wěn)定性的核心是現(xiàn)代化制動(dòng)性能，以往液壓制動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)橹苿?dòng)響應(yīng)緩慢、管路較多、制動(dòng)液泄露導(dǎo)致環(huán)境污染，難以滿足國(guó)內(nèi)汽車制動(dòng)發(fā)展要求。而CAN總線有著較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性與糾錯(cuò)能力、高通信效率與容錯(cuò)性，且滿足差分收發(fā)與高干擾環(huán)境傳輸要求，成為線控制動(dòng)核心通信。就此，筆者結(jié)合實(shí)踐研究，就CAN總線的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：CAN總線；汽車電子機(jī)械制動(dòng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電子機(jī)械制動(dòng)是以線控技術(shù)為核心，通過中心控制單元展開電子制動(dòng)踏板與傳感器信號(hào)搜集，是基于控制算法得到的目標(biāo)制動(dòng)力。隨后，借助總線展開信號(hào)輸送讓制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)如今，電子機(jī)械制動(dòng)已經(jīng)成為汽車制動(dòng)業(yè)發(fā)展主流方向。將CAN總線應(yīng)用于汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有助于電子機(jī)械制動(dòng)控制，降低操作困難性，增強(qiáng)駕駛舒適性。

一、汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（一）汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)分為車輪制動(dòng)與能源管理、ECU、電子制動(dòng)踏板。其中，電子制動(dòng)踏板由分為感覺模擬器、位移傳感器、制動(dòng)踏板。電子制動(dòng)踏板的位移傳感器接收駕駛員腳部踏板位移信號(hào)，傳輸至ECU再展開數(shù)據(jù)處理，完成電動(dòng)機(jī)力矩控制。

（二）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

汽車在制動(dòng)過程中時(shí)常發(fā)生制動(dòng)滯后現(xiàn)象，所以在制動(dòng)時(shí)駕駛員踩下踏板，踏板位移傳感器快速判斷車輪制動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)。汽車車輪制動(dòng)器具有獨(dú)立性，通過快速信息輸送的車載網(wǎng)絡(luò)集中控制，增強(qiáng)安全穩(wěn)定性。

二、汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（一）硬件電路設(shè)計(jì)

汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)有：駕駛員踩下制動(dòng)踏板，踏板位移傳感器結(jié)合位移信號(hào)判斷駕駛員制動(dòng)目的，將分析結(jié)果傳輸至ECU，展開信號(hào)處理。信號(hào)不僅控制電動(dòng)機(jī)力矩輸出，還讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)生成制動(dòng)力并控制車輪。車輪制動(dòng)狀態(tài)關(guān)系著車輪轉(zhuǎn)向擺角以及與路面的摩擦數(shù)值。因此，各車輪應(yīng)單獨(dú)安裝傳感器與制動(dòng)器，保證制動(dòng)回路獨(dú)立性、閉環(huán)。汽車電子制動(dòng)系統(tǒng)的核心為ECU，具有傳感器信號(hào)接收功能，展開信號(hào)處理與研究。接收的信號(hào)不僅包含脈沖信號(hào)，還有模擬信號(hào)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包含驅(qū)動(dòng)芯片與外圍設(shè)備。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備不僅需要滿足電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其性能要求，還要滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行要求以及抗干擾性。文章中ECU選擇S3C2410處理設(shè)備，其處理設(shè)備選擇REIC體系結(jié)構(gòu)，頻率達(dá)到203MHz，具有功能消耗低、性能高的特點(diǎn)，串行接口豐富，有利于接入CAN控制設(shè)備。

（二）CAN總線通信電路

CAN總線通信電路分為接發(fā)器、微控制器、CAN控制器，芯片選擇SJA1000、CTM1050T、AT89C52。其中，CTM1050T芯片是達(dá)到DC2500V電器隔離的接收發(fā)器芯片，能夠防止浪涌、干擾形成的構(gòu)件故障與總線錯(cuò)誤不足，包含CAN接發(fā)器、ESD總線、電源保護(hù)電路、隔離電路等。經(jīng)過RXD與TXD引腳能夠與SJA1000連接。使用MAX708芯片能夠達(dá)到高低電平復(fù)位信號(hào)輸出，經(jīng)過VCC電壓、手動(dòng)復(fù)位輸入控制觸發(fā)復(fù)位信號(hào)。

三、汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于模塊化展開設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)能夠完成內(nèi)部編程，總程序內(nèi)調(diào)用，通過C語(yǔ)言展開編程。制動(dòng)系統(tǒng)連接電源后由節(jié)點(diǎn)處理器與CAN控制器復(fù)位，隨后S3C2410芯片展開控制器優(yōu)化。系統(tǒng)主程序處于第一級(jí)，主要協(xié)調(diào)各子成粗、CAN通訊程序、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)流程、信號(hào)搜集位于第二級(jí)。CAN通訊協(xié)議得在數(shù)據(jù)鏈路層與物理層展開，軟件設(shè)計(jì)過程中人們結(jié)合具體要求實(shí)現(xiàn)CAN應(yīng)用層協(xié)議編制。CAN要求結(jié)合標(biāo)識(shí)符分化、標(biāo)識(shí)符ID大小定義優(yōu)先級(jí)。CAN總線作為設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的組成部分，CAN通信流程也是其他功能的保障。CAN通訊則是基于控制器初期展開信息接收。

（一）控制器初始化

CAN控制器通電復(fù)位后呈現(xiàn)Configuration，運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)要求初始化。關(guān)于MCP2510，初始化設(shè)計(jì)為：S3C2410芯片經(jīng)過SPI串口設(shè)計(jì)向MCP2510的片選CS輸出低電平優(yōu)化。MCP2510優(yōu)化設(shè)計(jì)包含波特率、過濾器、收發(fā)緩沖區(qū)狀態(tài)。為防止MCP2510“忙”從而約束數(shù)據(jù)傳輸總體性，操作后添加延時(shí)程序。達(dá)到數(shù)據(jù)讀寫作用的部分函數(shù)分為：s3c2410_mcp2510_write（data）；//控制器寫數(shù)據(jù)；s3c2410_mcp2510_read（data）；//控制器讀數(shù)據(jù)；s3c2410_mcp2510_ioctl（data）；//完成總線波。

（二）報(bào)文收發(fā)環(huán)節(jié)

分析緩沖區(qū)有無(wú)空閑，若不空閑則要求釋放一定空間。隨后，輸入數(shù)據(jù)；報(bào)文發(fā)送準(zhǔn)備階段檢驗(yàn)待發(fā)送信息報(bào)文格式是否符合要求，如果符合則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)程序。在接收流程程序圖時(shí)，關(guān)于發(fā)送程序，接收程序較為繁雜。不僅要求達(dá)到接收功能，還要求接收錯(cuò)誤報(bào)警信息。制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求有較強(qiáng)的通訊實(shí)時(shí)效果，要求選取中斷接收形式?？刂破鹘邮招畔⒅笇?dǎo)緩沖區(qū)滿，中斷觸發(fā)，由處理器輸送接收保溫中斷請(qǐng)求，結(jié)束報(bào)文接收。

四、基于CAN總線的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

CAN總線有著較強(qiáng)的穩(wěn)定性、適用性、靈活性。CAN總線是基于非破壞總線仲裁技術(shù)，根據(jù)階段信息劃分為多種優(yōu)先級(jí)別，達(dá)到實(shí)時(shí)性效果。數(shù)據(jù)鏈路層、物理層構(gòu)成CAN總線。在總線內(nèi)傳輸不同格式信息過程中，不同格式信息的標(biāo)識(shí)碼相同，標(biāo)準(zhǔn)格式幀優(yōu)先級(jí)大于拓展式幀優(yōu)先級(jí)。

汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)分為：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（AQMD2410NS）、位移傳感器（KTR-A，位移為0～100mm）、電壓傳感器（JYVS-DC0075D，電壓為0～30V）、力矩傳感器（AKC-11，力矩為0～50N？m）。根據(jù)踏板位移和電動(dòng)機(jī)電樞電壓關(guān)系分析，踏板位移和電動(dòng)機(jī)電樞電壓為線性關(guān)系，代表踏板位移傳感器搜集的踏板位移信號(hào)經(jīng)過ECU處理。其結(jié)果分為：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形成的電樞電壓處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域。根據(jù)踏板位移和電動(dòng)機(jī)輸出力矩關(guān)系表示解決了電動(dòng)機(jī)主體的磁滯問題。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載特點(diǎn)曲線分為：常規(guī)環(huán)境下作用于制動(dòng)盤壓力和絲杠位移關(guān)系。伴隨著絲杠位移的提高，制動(dòng)盤壓力提高。荷載特點(diǎn)曲線較為光滑，制動(dòng)盤壓力和絲杠位移呈函數(shù)關(guān)系。擬合曲線和檢測(cè)曲線重疊，代表制定機(jī)構(gòu)負(fù)載穩(wěn)定。

結(jié)語(yǔ)：

綜合分析，通過對(duì)CAN總線通訊在汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)用分析，汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)作為線控技術(shù)得到有效運(yùn)用，有著高控制性、延伸性性 特點(diǎn)。CAN總線因?yàn)橛姓{(diào)節(jié)水平與實(shí)效性、通訊效率高與容錯(cuò)性強(qiáng)，得符合差分收發(fā)與抗干擾性，能夠協(xié)調(diào)制動(dòng)中搜集與處理數(shù)據(jù)信息缺陷。結(jié)合CAN總線的汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)車輪智能化、信息化控制，操作簡(jiǎn)單，增強(qiáng)了汽車乘坐舒適性和行駛安全性能。

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