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摘要: 本文以高速开关阀和普通电磁阀以及电机为控制对象,设计了压力调节下位控制器的硬件系统。在此基础上,完成了压力调节下位控制器软件系统的设计。本文采用基于CAN总线的控制器调试方法对控制器进行了调试。调试结果表明控制器能够快速准确地调节管路压力到期望的压力。
关键字:制动压力调节 下位控制器 CAN
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.021
前 言
随着汽车技术的不断发展,电控液压制动系统(包括ABS/TCS/ESP/EHB/RB)得到了广泛而深入的研究,世界各大汽车公司纷纷推出了各自的电控液压制动系统1-3。国内的汽车厂商和研究机构也开展了相关的研究。在电控液压制动系统开发过程中,液压调节结构的控制起着至关重要的作用。
本文的目的正是要开发电控液压制动系统压力调节机构的控制器。该控制器的主要作用是根据整车控制器的控制指令,控制液压制动系统前后轮的制动压力,以保证液压制动系统提供准确的摩擦制动力。
1.控制单元硬件系统设计
压力调节下位控制单元的硬件系统总体结构如图1所示。
图1 控制器硬件结构框图
根据功能划分,硬件部分可以分为四部分:供电电路、单片机最小系统、电磁阀和电机驱动电路、CAN通讯接口电路。
其中供电电路的作用是将外部输入的12V电源转换成供单片机及各部分电路工作的稳定电压,以及給传感器提供稳定的电源。单片机是控制器的核心部件,单片机最小系统为单片机正常工作提供必要的复位、晶振等信号。电磁阀和电机驱动电路将单片机控制电磁阀和电机的输出信号进行功率放大,以驱动电磁阀和电机。通过电磁阀和电机驱动电路实现以小电流控制大电流的目的。CAN通讯接口电路将CAN总线电平转换成单片机CAN模块可处理的收发电平,为单片机与外部的CAN通讯的正常稳定地工作提供硬件支持。由于选用的压力传感器本身已经集成了信号调理电路,其输出信号能满足单片机AD输入要求,因此没有压力信号调理电路,而直接把传感器信号输入给单片机AD采样管腿。
但控制器进行控制时,运行于单片机片内的程序通过片内CAN通讯模块接收来自上位控制器命令,通过信号采集模块接收调理好后的前后轮轮缸液压压力信号。根据这两个信号,输出一定占空比的方波信号给高速开关阀驱动电路,以控制高速开关阀调节前后轮缸压力。同时控制器通过片内CAN通讯模块向外部不断发送轮缸压力以及各电磁阀状态信号,以达到反馈控制器的控制效果。
2.控制器软件系统设计
根据液压调节系统的要求,控制器软件应具有如下功能:通过CAN接收来自上位控制器的命令; AD 采样获取各传感器值;根据上位控制器命令目标对电磁阀和电机进行控制,实现对两路油压的精确控制;检测程序是否跑飞,如出错控制硬件强制重启。通过上述控制器软件功能的分析,本文确定压力调节下位控制器软件系统结构如图2所示。
图2 控制器软件结构框图
将控制器的软件系统按照功能划分,可以分为5个主要模块。而控制器软件采用了模块化设计思想,因为这不仅有利于提高系统的运行效率,而且能改善压力调节下位控制器的实时性。软件系统的5个模块为:
1) 系统初始化模块:主要完成CAN、定时器、脉宽调制输出、AD采样和系统状态参数的初始化工作。
2) CAN通迅模块:完成总线上各信息的接收,作为控制器确定控制目标和工作模式的输入条件。同时在在线调试时实时发送管路压力以及状态参数到CAN总线上,作为监控系统的一部分。
3) 定时器模块:按照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时给系统提供时间参量,产生定时中断。
4) 控制算法以及PWM输出模块:负责计算PWM输出占空比,以使管路压力快速准确的达到目标值,它是整个控制程序的核心。
5)AD采样模块:用于每隔一定时间获取蓄能器压力和管路压力值,作为控制算法模块的计算参数以及系统逻辑的判断条件。
3.控制单元调试
控制单元调试目标如下:
1)检测控制器能否驱动电机、油泵以及电磁阀,使蓄能器内压力在系统工作时稳定在一定的压力范围内;
2)检测控制器能否按照设定的前后轮目标压力值控制各电磁阀动作以快速调节前后两路油压,响应时间和精度要满足系统设计要求。
控制单元调试原理如图3所示。
图3 系统在线调试原理图
调试思路如下:监控计算机将制定好的目标压力和控制逻辑程序通过BDM发送给下位控制器ECU,ECU比较此时AD采集到的轮缸压力以及目标压力根据相应控制逻辑制定电磁阀和电机控制命令通过PWM和I/O口控制液压调节单元工作以调节前后通道制动轮缸制动压力。同时下位控制器通过CAN总线向外部不断发送实际轮缸压力信号以反馈液压系统的实际状态。观测计算机通过CANOE软件将接收到的实际压力信号实时显示出来以观测试验效果。
3.1 阶跃信号调试结果
首先进行目标压力为为0/50阶跃信号的调试。调试结果如图4所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
图4 0/50阶跃在线调试结果
图5 0/100渐变在线调试结果
从以上调试结果可知, 对于阶跃输入的目标信号,前后通道经过调试都可以令实际压力以比较满意的效果跟随目标压力变化。上升时间小于0.3秒,而调整时间也能够不大于0.5秒。而对于最大超调量,前轮基本可以达到小于20%,而后轮存在一些问题,最大超调量有时会达到40%,但好在很快能够趋于目标压力值。
3.2 渐变信号调试结果
当设定目标压力在0和100间渐变时,调试结果如图5所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
从以上调试结果可知,对于目标压力渐变的情况,在渐变段实际压力调节过程都是呈阶梯状上升。对比前后轮实际压力变化曲线,可以看出前轮的调试结果明显优于后轮,梯度较小跟随效果相对较好。而后轮虽然也对电磁阀控制逻辑进行了多次调整,但最终控制效果还不是很好,实际压力变化曲线可以看出明显的阶梯,调压过程时间上存在明显的滞后,且控制精度也不够理想,与目标压力存在较为明显的误差,但总体变化趋势与目标压力还是吻合的。
4.结 论
综上所述,可得到如下结论:
1)所开发的压力调节软件具有压力调节控制、CAN通讯、AD采样、PWM及I/O输出功能。通过现场在线调试,验证了软件控制算法的正确性及软件的各项功能。
2)调试结果表明,电控液压制动系统能够较好地实现对两路制动压力的调节。
关键字:制动压力调节 下位控制器 CAN
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.021
前 言
随着汽车技术的不断发展,电控液压制动系统(包括ABS/TCS/ESP/EHB/RB)得到了广泛而深入的研究,世界各大汽车公司纷纷推出了各自的电控液压制动系统1-3。国内的汽车厂商和研究机构也开展了相关的研究。在电控液压制动系统开发过程中,液压调节结构的控制起着至关重要的作用。
本文的目的正是要开发电控液压制动系统压力调节机构的控制器。该控制器的主要作用是根据整车控制器的控制指令,控制液压制动系统前后轮的制动压力,以保证液压制动系统提供准确的摩擦制动力。
1.控制单元硬件系统设计
压力调节下位控制单元的硬件系统总体结构如图1所示。
图1 控制器硬件结构框图
根据功能划分,硬件部分可以分为四部分:供电电路、单片机最小系统、电磁阀和电机驱动电路、CAN通讯接口电路。
其中供电电路的作用是将外部输入的12V电源转换成供单片机及各部分电路工作的稳定电压,以及給传感器提供稳定的电源。单片机是控制器的核心部件,单片机最小系统为单片机正常工作提供必要的复位、晶振等信号。电磁阀和电机驱动电路将单片机控制电磁阀和电机的输出信号进行功率放大,以驱动电磁阀和电机。通过电磁阀和电机驱动电路实现以小电流控制大电流的目的。CAN通讯接口电路将CAN总线电平转换成单片机CAN模块可处理的收发电平,为单片机与外部的CAN通讯的正常稳定地工作提供硬件支持。由于选用的压力传感器本身已经集成了信号调理电路,其输出信号能满足单片机AD输入要求,因此没有压力信号调理电路,而直接把传感器信号输入给单片机AD采样管腿。
但控制器进行控制时,运行于单片机片内的程序通过片内CAN通讯模块接收来自上位控制器命令,通过信号采集模块接收调理好后的前后轮轮缸液压压力信号。根据这两个信号,输出一定占空比的方波信号给高速开关阀驱动电路,以控制高速开关阀调节前后轮缸压力。同时控制器通过片内CAN通讯模块向外部不断发送轮缸压力以及各电磁阀状态信号,以达到反馈控制器的控制效果。
2.控制器软件系统设计
根据液压调节系统的要求,控制器软件应具有如下功能:通过CAN接收来自上位控制器的命令; AD 采样获取各传感器值;根据上位控制器命令目标对电磁阀和电机进行控制,实现对两路油压的精确控制;检测程序是否跑飞,如出错控制硬件强制重启。通过上述控制器软件功能的分析,本文确定压力调节下位控制器软件系统结构如图2所示。
图2 控制器软件结构框图
将控制器的软件系统按照功能划分,可以分为5个主要模块。而控制器软件采用了模块化设计思想,因为这不仅有利于提高系统的运行效率,而且能改善压力调节下位控制器的实时性。软件系统的5个模块为:
1) 系统初始化模块:主要完成CAN、定时器、脉宽调制输出、AD采样和系统状态参数的初始化工作。
2) CAN通迅模块:完成总线上各信息的接收,作为控制器确定控制目标和工作模式的输入条件。同时在在线调试时实时发送管路压力以及状态参数到CAN总线上,作为监控系统的一部分。
3) 定时器模块:按照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时给系统提供时间参量,产生定时中断。
4) 控制算法以及PWM输出模块:负责计算PWM输出占空比,以使管路压力快速准确的达到目标值,它是整个控制程序的核心。
5)AD采样模块:用于每隔一定时间获取蓄能器压力和管路压力值,作为控制算法模块的计算参数以及系统逻辑的判断条件。
3.控制单元调试
控制单元调试目标如下:
1)检测控制器能否驱动电机、油泵以及电磁阀,使蓄能器内压力在系统工作时稳定在一定的压力范围内;
2)检测控制器能否按照设定的前后轮目标压力值控制各电磁阀动作以快速调节前后两路油压,响应时间和精度要满足系统设计要求。
控制单元调试原理如图3所示。
图3 系统在线调试原理图
调试思路如下:监控计算机将制定好的目标压力和控制逻辑程序通过BDM发送给下位控制器ECU,ECU比较此时AD采集到的轮缸压力以及目标压力根据相应控制逻辑制定电磁阀和电机控制命令通过PWM和I/O口控制液压调节单元工作以调节前后通道制动轮缸制动压力。同时下位控制器通过CAN总线向外部不断发送实际轮缸压力信号以反馈液压系统的实际状态。观测计算机通过CANOE软件将接收到的实际压力信号实时显示出来以观测试验效果。
3.1 阶跃信号调试结果
首先进行目标压力为为0/50阶跃信号的调试。调试结果如图4所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
图4 0/50阶跃在线调试结果
图5 0/100渐变在线调试结果
从以上调试结果可知, 对于阶跃输入的目标信号,前后通道经过调试都可以令实际压力以比较满意的效果跟随目标压力变化。上升时间小于0.3秒,而调整时间也能够不大于0.5秒。而对于最大超调量,前轮基本可以达到小于20%,而后轮存在一些问题,最大超调量有时会达到40%,但好在很快能够趋于目标压力值。
3.2 渐变信号调试结果
当设定目标压力在0和100间渐变时,调试结果如图5所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
从以上调试结果可知,对于目标压力渐变的情况,在渐变段实际压力调节过程都是呈阶梯状上升。对比前后轮实际压力变化曲线,可以看出前轮的调试结果明显优于后轮,梯度较小跟随效果相对较好。而后轮虽然也对电磁阀控制逻辑进行了多次调整,但最终控制效果还不是很好,实际压力变化曲线可以看出明显的阶梯,调压过程时间上存在明显的滞后,且控制精度也不够理想,与目标压力存在较为明显的误差,但总体变化趋势与目标压力还是吻合的。
4.结 论
综上所述,可得到如下结论:
1)所开发的压力调节软件具有压力调节控制、CAN通讯、AD采样、PWM及I/O输出功能。通过现场在线调试,验证了软件控制算法的正确性及软件的各项功能。
2)调试结果表明,电控液压制动系统能够较好地实现对两路制动压力的调节。