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基于CAN总线的电子驻车制动系统
作者:mg视讯    发布日期:2020-12-09 12:01


  基于CAN总线的电子驻车制动系统_信息与通信_工程科技_专业资料。鼻工-动化 Ordnance Industry Automation 2010.03 29(3) doi:10.39690.issn.1006—1576.2010.03.020 基于CAN总线的电

  鼻工-动化 Ordnance Industry Automation 2010.03 29(3) doi:10.39690.issn.1006—1576.2010.03.020 基于CAN总线的电子驻车制动系统 赵育良1.一,王超勇1.一,孙忠云1.一,王显会2 (1.海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041; 2.南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094) 摘要:针对目前汽车手动驻车制动装置存在的不足,提出电子驻车制动系统软硬件设计方案。首先,通过系统功能 设定、组成原理和采集参数介绍了系统的实现方案;然后,对系统硬,软件设计进行了介绍;最后,通过仿真实验验证 了该方案是正确、可行的。 关键词:电子驻车制动系统;CAN总线;智能 中图分类号:TP273;TP391.9 文献标识码:A Electronic Parking Brake System Based on CAN—BUS ZHAO Yu.1ian91'2,WANG Chao.yon91·2,SUN Zhong.yunl’2。WANG Xian.hui2 (1.Qingdao Branch,Naval Aeronautical&Astronautical University,Qingdao 26604 1,China; 2.School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science&Technology,Nanjing 210094,China) Abstract:Aiming at the shortages of the traditional parking brake system,put forward a new hardware and software design of electronic parking brake system.At first,the system program is introduced by the system feature set,composition theory and the acquisition parameters.Then,the hardware and software design are introduced.At last,the program is verified correct and feasible by the simulation. Keywords:Electronic--parking..brake;CAN bus;Intelligence O 引言 目前汽车驻车制动装置绝大多数仍为手动驻车 制动装置,存在如下不足:1)新手难以控制;2)大 角度坡面驻车困难;3)平地驻车制动下,增大了机 械零部件的磨损与变形;4)长时间使用,制动拉索 中的钢索会变形伸长;5)占用了较大的车室空间。 电子驻车制动系统(Electrical Park Brake,EPB)指 将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动 功能整合在一起,并且由电子控制方式实现停车制 动的技术。作为线控制动系统的一种,EPB系统由 电子按钮手动操作,并兼备自动控制功能。EPB系 统比传统的手驻车制动模式前进了一大步,而与后 制动钳一体化的EPB更是一种高端技术,可大大提 高驾驶与操纵的舒适性与方便性。故对其进行研究。 1 系统实现方案 1.1 系统功能设定 基于传统驻车制动系统的功能需求和GB7258 的要求,电子驻车制动系统要实现的功能有: 1)能提供足够保证车辆驻车安全的制动力: 2)能在驾驶舱内实施操纵; 3)在仪表台上可显示驻车制动状态; 4)具有机械装置在驻车制动系统达到极限位 置锁止功能; 5)执行机构夹紧力自动调节功能。 针对传统手动驻车制动系统的缺点及不足以及 为了降低驾驶难度,提高驾驶与操纵的舒适性与方 便性,综合驻车制动系统安全策略,电子驻车制动 系统还应拓展的功能有: 1)坡道辅助起步功能; 2)根据路况(坡度大小),准确控制制动系统 与地面坡度相适应的制动力; 3)能实时探测施加制动力的大小,保证制动装 置获得足够的制动力,确保可靠驻车; 4)系统确认在驾驶员未实施驻车操作而有离 车意图时,自动驻车: 5)在驾驶员未实施解除驻车操作而有驶离意 图时的自动解除驻车功能; 6)当行车制动失效,紧急情况下的辅助应急制 动功能。 这样,采用电子驻车制动系统后,由于在车厢 内用一个停车制动电子按钮取代了驻车制动杆,驾 驶员不必费力拉手驻车制动杆,简单省力。同时, 为了留出更多的空间,原来中间传动轴手制动装置 的区域空间可以自由分配给其他设备。而对于EPB, 制动力量是固定的,不会因人而异,出现偏差。 收稿日期:2009—10—13:修回日期:2009—1卜26 作者简介:赵育良(1976一),男,河北人,硕士,讲师。从事机电一体化,数字图像处理研究. 万方数据 第3期 赵育良,等:基于CAN总线的电子驻车制动系统 ·55· 1.2系统组成原理 为了使电子驻车系统的结构更为紧凑,执行部 件采用了一体化的设想,控制部件依托于CAN总 线网络,使系统反应更为迅速。 系统中电子驻车制动系统主要包括:1)驻车制 动按钮;2)参数采集节点;3)中央电子控制单元 ECU节点;4)左、右车轮电子控制单元ECU节点; 5)电机驱动电路节点;6)左、右一体化驻车制动 执行器节点部件组成。其结构图如图l。 勤蟹惟酬睦 — _畚后年轮 一体化执 行嚣 蜂呜器l l 羽压碉l左后压力 车轮L1一 ≮叫兰兰一一篝梦 ● l I l 解望 I 解除极限开关量———广一 图1 系统实现方案的组成框图 系统有2套驻车制动执行机构,每套执行机构 都包括内置的力矩电机、减速行星轮系、丝杠螺母、 制动器外壳和制动钳块。它们作为一个整体,将驻 车制动力施加在制动盘上。 每一个制动执行机构都有自己的动力控制单元 (车轮ECU),而动力控制单元所需的控制信号, 如驻车制动执行机构应该产生的力矩,由各自的车 轮控制模块(车轮ECU)来提供。 为提高系统可靠性及可维修性,采用模块化设 计,除了上述车轮驻车控制ECU外,还分别设置中 央控制单元ECU模块及车辆驻车坡度采集、车速采 集、驻车制动力采集、驻车电流采集、踏板行程采 集等节点。各控制单元与采集节点通过CAN总线 实现实时通讯,而中央控制ECU是整个系统的控制 中枢,通过对不同采集节点传送的参数实时分析, 准确判定驾驶员意图,并根据协议确定特定的控制 指令,传送给驻车制动控制单元ECU,驱动驻车电 机带动相应执行机构工作。 在这种模块化结构下,可做到当其中某套驻车 制动线路失灵或出现故障时,另外一套线路可照常 工作,以保证制动的安全性;同时,一旦某采集节 点出现故障,只需对该模块进行维修或更换,使得 装置更人性化、智能化,更符合驾驶的使用要求, 便于驾驶员实际操作,同时也更节能、经济、实用。 1.3 系统需要采集的参量 基于上述根据系统设计要求,系统需要采集的 参量如表1。 表1 系统采集参量表 参量名称 驻车制动按钮状态 汽车车速 信号形式 作用 开关量信号 判断驾驶员操作意图 标准脉冲信号辅助判谶篙驶状态 油门踏板位置 模拟电压信号 发动机是否处于启动状态 离合器踏板位王 模拟电压信号 辅助判断坡道起步 驾驶员座椅占用 开关量信号 辅助判断驾驶员是否离开 车门开关 开关量信号 辅助判断驾驶员是否离开 制动踏板位置信号 开关量信号 辅助判断紧急制动时机 驻车制动器极限位置 开关量信号 辅助判断驻车制动系统状态 发动机转速 标准脉冲信号 辅助判断车辆状态 倾角传感器(驻车坡度)串行数字信号 用于测量驻车坡度 驻车制动压力 模拟量信号 用于测定驻车压力 驻车电流 模拟量信号 用于测定驻车电流 2系统硬件设计 2.1 系统硬件组成 根据选定系统的总体设计方案,对通过CAN 总线通讯的参数采集节点、驻车制动中央控制节点 及左、右控制节点进行了硬件电路设计。具体的系 统硬件结构框图如图1。 组成系统共有5大部分,各部分完成的功能为: 1)参数采集节点 采集车辆当前状态的相关信息,主要包括:当 前车速、发动机转速、油门踏板位置、制动踏板位 置、驻车电流、制动盘压力传感器信号。选取合适 的传感器,设计切合实际的安装位置,保证数据的 实时、准确是本节点设计工作的重点。 2)中央ECU节点 系统的核心节点,控制着CAN总线上的信息 传输及对车轮ECU指令的传输,负责查询开关状态 及更新缓冲区内的参数信息。当驻车按钮有驻车或 解除驻车动作时,或者根据各参数信息综合判断出 需要驻车、解除驻车状态时,将相应的参数信息及 驻车或解除驻车命令发送给车轮ECU节点。并接收 回传信号综合诊断系统工作状态。 3)左、右车轮ECU节点 接收到CAN总线上传输过来的驻车或解除驻 车指令及相关参数信息后,按照驻车的智能控制策 略,输出驻车制动电流或解车驻车制动电流。 4)左、右电机驱动电路 对车轮ECU输出的驻车制动电流进行功率放 大,以驱动一体化驻车制动执行器,并设置自保护 电路,以避免过载引起的硬件受损。 万方数据 ·56· 兵工自动化 第29卷 5)左、右一体化执行机构 根据输入的驱动电流产生动作,完成制动块与 制动盘之间的加紧与放松,实现驻车制动或解除驻 车。执行机构节点在工作过程中能够将执行机构当 前状态实时回输给各自的车轮ECU。 2.2微控制器及CAN接口电路设计 在设计CAN总线通讯电路时,CAN控制器使 用SJAl000、CAN,收发器使用由广州致远电子有 限公司出品的CTMl050T,微控制器使用AT89S52。 CTMl050T是高速隔离CAN收发器(如图2), 内部集成了必需的电气元件,包括隔离电路、CAN 收发器、总线保护、电源电路,都被集成在小于3 cm2 的模块中。CTMl050T的主要功能是将CAN控制 器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平,且具 有(DC2500 V)隔离功能、ESD保护功能及TVS 管防总线T将传统方案设计 中所需要的DC—DC电源模块、高速光藕、TJAl050 收发器等关键器件都整合到一体,优势显著。 在设计硬件电路时,根据AT89S52126]数据手 册中的推荐方式配置其最小电路,将AT89S52的数 据地址口与SJAl000的数据地址口相连(用 AT89S52的P2.7口来控制SJAl000的片选引脚 cs),AT89S52的地址锁存允许引脚、片外数据存 储读引脚、片外数据存储写引脚与SJAl000的地址 锁存允许引脚、片外数据存储读引脚、片外数据存 储写引脚相连,并将SJAl000127】的中断引脚INT 与AT89S52的INT0相连,微控制器AT89S52部分 的电路配置完毕。根据SJAl000数据手册中的推荐 方式配置其最小电路,由于与微控制器的电路部分 已经配置完毕,只需再将RXO、TX0引脚与CAN 收发器CTMl050T的RXD、TXD相连即可。最后, 配置CAN收发器CTMl050T CAN收发器,只需在 VCC(1)脚加上+5V电源,GND(2)脚接地即可。 CAN总线的通讯电路的基础电路配置完毕。系统微 控制器及总线 X1'ALl 18 XTAl2 9 RST P0.0 38 P0 l 37 P0.2 36 P0_3 35 Po.4 34 P0.5 33 P0.6 32 Po.7 1 Rl Jlk.q - 2l j!L P2.O P2.1 12, INrD 23 P2.2 13 二 24 一 INTl P2_3 14 25 T0 P2.4 15 26 Tl P2.5 l 27 P2.6 28 l || 2 3 4 5 P1.0 P2.7 PI.1 17 P1.2 RD ●!)一 P1.3霄莨 16 P1.4 PSEN ll ll I 6 。30 P1.5 7 P1.6 ALE,P TXD !! 8 P1.7 RXD !Q AT89S52 24 25 26 27 28 1 2 上 lO 9 14 AD0 VDDl ADl VDD2 AD2 VDD3 AD3 AD4 MODE AD5 AD6 AD7 TX0 RXl CLKOUT XI.A2 ⅪAl戚订 TXl小rr 篙t 12 I 11 T 13 19 16,H7 4. 蕊 5: 呱 6: RD 3’ ALE SJAl000 RXl VSS3 VSS2 VSSl 20 15 l 21 I 8I T 士 ., CA.NH j 1个vn 4 RXD CANH —丘_ ·Il悻 上 GND VCC CANL CANG JL Vcc叶 ‘c航 J-CTMl050T - R3 ● 1, 2-0^ T R? r气 R ”II 一 TTl炉I。显群161叫。’ .6- 15PF C2 Iu.巾. ”上。130pF h 苫’ I 19 18 cJ 1.0592MI lI - 30pF 图3 系统微控制器及CAN总线系统软件设计 系统软件的设计应以高稳定性、易操作性、强 可读性为设计目标,并在设计中严格遵守软件设计 的需求分析,充分考虑到软件设计的技术要求和实 际应用情况。 考虑到需要采集信号的特点,系统采用的微控 制器是89S52,由于89S52程序存储空间及运行速 度的限制,编写软件应尽可能简洁精炼,以确保经 过编译后的目标代码能够高效运行。同时,采用模 块化的软件设计思想,尽量符合“高耦合,低内聚” 的原则。将软件的各部分功能尽可能的分离,相互 之间提供通用接121,增强软件代码的可读性,以确 保能够清晰地进行软件后期调试及维护工作。 系统软件设计主要包括电子驻车制动系统的控 万方数据 第3期 赵育良,等:基于CAN总线的电子驻车制动系统 ·57· CAN/d 制及安全策略及其实现(常规驻车制动功能、坡道 辅助起步功能及相关扩展功能)、CAN总线通讯协 议的软件设计、CAN总线应用层协议的设计、中央 控制节点的软件设计、参数采集及制动系统控制节 点的软件设计。此外,还应确定系统中cAN总线 上的通讯机制及CAN总线仿真实验 建立高效、稳定的系统开发环境,在系统开发 中发挥着重要的作用,它能够提高系统开发效率、 缩短系统开发周期、保障系统程序的稳定运行。本 系统在整个调试过程中,使用了单片机开发编译器 Keil C、WAVE E2000S型仿线B智能 PC-CAN总线接口卡、PC上位机以及硬件调试工具 示波器、百1田 14 表等。其中,CAN总线采用屏蔽双绞 袭:发动机和;速括号甬信号发生器模拟产至,根 据计算,系统中确定CAN的传输速率为100 kbps。 5 小结 通过对基于CAN总线的电子驻车系统进行调 试,中央控制节点、左右驻车制动控制节点及各参 数采集节点均能正常工作,参数采集准确,CAN总 线发送与接收报文正确,并实现了预期的设计功能。 煮乏蠹麓"№…………技术 【J】.汽车电器。2005,09(9):1—4. 【2】Philips Semiconductors.CAN Specification 2.0 Pan A, 1991· 【31:hoiqlilp8 s。mlc。ndu。‘。阻cAN sp。。m。a‘1。n 2·o P8n B’ [41国家质量监督检验检疫总局.GB7258—2005.机动车运 行安全技术条件【s】.2005. 【5】Peter Hank,Egon Jhnk·SJAl000 Stand。alone 【6】墓#1焦ler彦[Z平].G,e单rm玉an泉y:.P美hil军ips军S民em融ic合ond—u体cto化r,装19备97保.障 实践及启示【J】.四川兵工学报,2009(9):138—139. Y 转发该命令往设备 豳5命令过滤流程 3)日志记录 代理服务器系统的操作日志是以文本文件方式 记录,它包括用户账号、发生时间、用户使用的操 作命令及参数、客户端IP地址、用户访问设备及用 户的使用设备的方式。上述数据再配合用户的计费 策略设置,可用于用户使用系统的计费【5】。 4 结束语 该系统利用代理服务器软件的强大管理功能, 对传统的“一人一机”模式的路由器访问管理进行 了彻底改良,提高了设备的利用时间及利用率,同 时,其操作命令的可管理性也避免了管理上的不确 定性。并且,结合计费功能,可使远程网络实验室 发挥有偿服务的能力。远程网络实验系统是解决路 由器等网络设备基于TCP/IP网络实时培训、学习 的较好解决方案。该方案不仅可用于路由器等设备 的网络学习,还可通过更换指令集的方式适用于所 有具有串行接口、符合终端规范的设备。 参考文献: 【l】黎连业,张维,向东明.路由器及其应用技术【M】.北京: 清华大学出版社,2004:110-135. 【2】朱星宇,方湘涛,顾保磊.基于Internet的网络空调远 程监控系统【J1.兵工自动化,2006,25(I):69—70. 【3】束长宝,于照,张继勇.基于TCP/IP的网络通讯及其 应用【J】.微机算计信息(管控一体化),2006,12(3): 157—159. 【4】希尔(Hill,B.).Cisco完全手册[M】.肖国尊,等.译.北 京:电子工业出版社。2006:22~148. 【5】胡武堂,李锋.黄万荣,等.模块化装备维修分队对口 调度模型【J】.四川兵工学报,2009(5):121—123. 万方数据

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