一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器

1.一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，分别连接电机控制器、继电器、ABS电机和ABS电磁阀，所述的电机控制器连接有电机，所述的ABS电机和ABS电磁阀均与ABS液压控制单元连接，其特征在于，所述的集成控制器包括整车控制微处理器和EABS控制微处理器，所述的整车控制微处理器通过双端口RAM芯片与EABS控制微处理器通信连接，所述的整车控制微处理器分别连接电机控制器和继电器，所述的EABS控制微处理器分别连接ABS电机和ABS电磁阀；
所述的整车控制微处理器包括第一最小系统、第一电源电路、第一信号处理电路、第一CAN通信电路、第一SPI电路和第一驱动电路，所述的第一电源电路分别连接第一最小系统、第一信号处理电路、第一CAN通信电路、第一SPI电路和第一驱动电路，所述的第一驱动电路与继电器连接，所述的第一CAN通信电路通过CAN网络与电机控制器连接；
整车控制微处理器根据输入信号获取驾驶员驱动转矩需求，并通过CAN网络将转矩需求指令发送给EABS控制微处理器和电机控制器，电机控制器根据整车控制器分配的制动转矩指令，控制电机实施再生制动，实现再生制动，EABS控制微处理器根据制动转矩指令，控制ABS电磁阀和ABS电机，调节制动缸压力，同时EABS控制微处理器接收反馈的制动缸压力值，实现压力闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的EABS控制微处理器包括第二最小系统、第二电源电路、第二信号处理电路、第二CAN通信电路、第二SPI电路和第二驱动电路，所述的第二电源电路分别连接第二最小系统、第二信号处理电路、第二CAN通信电路、第二SPI电路和第二驱动电路，所述的第二驱动电路分别连接ABS电机和ABS电磁阀，所述的第二CAN通信电路通过CAN网络连接第一CAN通信电路。
3.根据权利要求1所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的双端口RAM芯片为实现左右端口同时读写数据的双端口静态RAM芯片IDT70V28。
4.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一最小系统和第二最小系统均为32位数字信号处理器，所述的数字信号处理器包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路。
5.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一信号处理电路的输入信号包括节气门位置信号、制动踏板信号、加速踏板信号、操纵手柄信号和钥匙开关信号；所述的第二信号处理电路的输入信号包括制动主缸压力模拟信号、制动轮缸压力模拟信号和车轮速度脉冲信号。
6.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一驱动电路为高边驱动电路或低边驱动电路；所述的第二驱动电路包括一个ABS电机子驱动电路和八个ABS电磁阀子驱动电路。
7.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一CAN通信电路和第二CAN通信电路均采用双CAN总线，所述的第一CAN通信电路的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线与低速CAN网络连接；所述的第二CAN通信电路的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线预留。
8.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一SPI电路用于整车控制微处理器的程序下载、变量测量及参数标定；所述的第二SPI电路用于EABS控制微处理器的程序下载、变量测量及参数标定。
9.根据权利要求2所述的一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，其特征在于，所述的第一电源电路和第二电源电路均包括12V转5V电路、5V转3.3V/1.9V电路、隔离电源电路和传感器供电电路。

一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电动汽车控制领域，尤其是涉及一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器。\n背景技术\n[0002] 防抱死制动系统(Anti-lock Brake System，简称ABS)在轿车领域已经成为标准配置，其不仅能有效缩短汽车制动距离，防止车轮在制动时抱死，而且能保证车辆的制动方向稳定性，防止其产生侧滑和跑偏。\n[0003] 整车控制系统是电动汽车内部通信和控制的中心，负责对各零部件电子控制单元进行信息汇总和实施调度，对网络状态进行实时监测，并对出现的故障进行诊断和处理。同时，它还要接收所有与驱动和制动相关的驾驶员操作信号，对驾驶意图进行识别，需要根据车辆运行状态和驾驶员的操作信息对汽车驱动力进行分配管理。此外，在基于ABS液压(或气压)制动的电动汽车制动系统中，整车控制器还进行制动力分配决策，并与实施再生制动的电机控制器和实施液压(或气压)机械制动的ABS控制器进行实时通信。\n[0004] 目前国内尚未有将整车控制系统与电子防抱死制动控制系统(Electronic Anti-lock Brake System，EABS)集成方面的专利。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成度高、降低控制器制造成本、提高控制系统稳定性的具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器。\n[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：\n[0007] 一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，分别连接电机控制器、继电器、ABS电机和ABS电磁阀，所述的电机控制器连接有电机，所述的ABS 电机和ABS电磁阀均与ABS液压控制单元连接，所述的集成控制器包括整车控制微处理器和EABS控制微处理器，所述的整车控制微处理器通过双端口RAM芯片与EABS控制微处理器通信连接，所述的整车控制微处理器分别连接电机控制器和继电器，所述的EABS控制微处理器分别连接ABS电机和ABS电磁阀；\n[0008] 整车控制微处理器根据输入信号获取驾驶员驱动转矩需求，并通过CAN网络将转矩需求指令发送给EABS控制微处理器和电机控制器，电机控制器根据整车控制器分配的制动转矩指令，控制电机实施再生制动，实现再生制动，EABS控制微处理器根据制动转矩指令，控制ABS电磁阀和ABS电机，调节制动缸压力，同时EABS控制微处理器接收反馈的制动缸压力值，实现压力闭环控制。\n[0009] 所述的整车控制微处理器包括第一最小系统、第一电源电路、第一信号处理电路、第一CAN通信电路、第一SPI电路和第一驱动电路，所述的第一电源电路分别连接第一最小系统、第一信号处理电路、第一CAN通信电路、第一SPI电路和第一驱动电路，所述的第一驱动电路与继电器连接，所述的第一CAN通信电路通过CAN网络与电机控制器连接。\n[0010] 所述的EABS控制微处理器包括第二最小系统、第二电源电路、第二信号处理电路、第二CAN通信电路、第二SPI电路和第二驱动电路，所述的第二电源电路分别连接第二最小系统、第二信号处理电路、第二CAN通信电路、第二SPI电路和第二驱动电路，所述的第二驱动电路分别连接ABS电机和ABS电磁阀，所述的第二CAN通信电路通过CAN网络连接第一CAN通信电路。\n[0011] 所述的双端口RAM芯片为实现左右端口同时读写数据的双端口静态RAM芯片IDT70V28。\n[0012] 所述的第一最小系统和第二最小系统均为32位数字信号处理器，所述的数字信号处理器包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路。\n[0013] 所述的第一信号处理电路的输入信号包括节气门位置信号、制动踏板信号、加速踏板信号、操纵手柄信号和钥匙开关信号；所述的第二信号处理电路的输入信号包括制动主缸压力模拟信号、制动轮缸压力模拟信号和车轮速度脉冲信号。\n[0014] 所述的第一驱动电路为高边驱动电路或低边驱动电路；所述的第二驱动电路包括一个ABS电机子驱动电路和八个ABS电磁阀子驱动电路。\n[0015] 所述的第一CAN通信电路和第二CAN通信电路均采用双CAN总线，所述的 第一CAN通信电路的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线与低速CAN网络连接；所述的第二CAN通信电路的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线预留。\n[0016] 所述的第一SPI电路用于整车控制微处理器的程序下载、变量测量及参数标定；\n所述的第二SPI电路用于EABS控制微处理器的程序下载、变量测量及参数标定。\n[0017] 所述的第一电源电路和第二电源电路均包括12V转5V电路、5V转3.3V/1.9V电路、隔离电源电路和传感器供电电路。\n[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：\n[0019] 1、本发明在同一块PCB板上实现了整车控制器和电子防抱死制动控制器的有效集成，整车控制微处理器实现对驾驶员意图的判断，对车辆实施网络化管理，并实现整车驱、制动能量管理和优化，EABS控制微处理器实现对ABS电磁阀和电机的驱动，且使用双端口RAM芯片与整车控制微处理器进行快速方便和安全可靠的数据通信，不仅具有整车控制、再生制动过程液压(或气压)制动力调整和制动防抱死功能，可为复合制动协调控制的有效实施提供了统一的硬件平台，而且控制器集成度高，且节省了控制器制造成本；\n[0020] 2、本发明的2个主控芯片均采用运算能力强和速度快的DSP，单个EABS控制微处理器就可完成常规ABS双处理器的工作量，如车轮轮速信号的计算、监测电源电压、故障诊断、ABS控制逻辑的运行等，同时双DSP可实现相互监测的作用，提高控制系统稳定性。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的结构及控制示意图；\n[0022] 图2为本发明的工作原理示意图；\n[0023] 图3为模拟信号输入处理电路示意图；\n[0024] 图4为档位信号输入处理电路示意图；\n[0025] 图5为钥匙信号输入处理电路示意图；\n[0026] 图6为轮速信号输入处理电路示意图；\n[0027] 图7为低边驱动电路示意图；\n[0028] 图8为高边驱动电路示意图；\n[0029] 图9为ABS电机驱动电路示意图；\n[0030] 图10为ABS电磁阀驱动电路示意图；\n[0031] 图11为CAN总线电路示意图；\n[0032] 图12为双端口RAM芯片电路示意图；\n[0033] 图13为电源12V转5V电路示意图；\n[0034] 图14为隔离电源电路示意图；\n[0035] 图15为传感器供电电路示意图。\n具体实施方式\n[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。\n[0037] 如图1所示，一种具有整车控制功能的电子防抱死制动集成控制器，与车载控制单元连接，所述的车载控制单元包括电机控制器4、继电器5、ABS电机6和ABS电磁阀7，所述的电机控制器4依次连接电机8和车轮9，所述的ABS电机6和ABS电磁阀7均与ABS液压控制单元10连接，所述的集成控制器包括整车控制微处理器1和EABS控制微处理器3，所述的整车控制微处理器1通过双端口RAM芯片2与EABS控制微处理器3通信连接，所述的整车控制微处理器1分别连接电机控制器4和继电器5，所述的EABS控制微处理器3分别连接ABS电机6和ABS电磁阀7。\n[0038] 如图1-图2所示，整车控制微处理器1采集加速踏板信号、挡位操纵手柄信号钥匙开关信号确定驾驶员驱动转矩需求，并对驱动转矩进行分配和挡位进行决策，通过CAN网络对发动机、电机、变速系统和仪表显示装置等车载控制单元进行管理和控制。EABS控制微处理器3采集制动主缸压力、制动轮缸压力、车轮转速信号，通过双端口RAM芯片2与整车控制微处理器1快速通信。同时，整车控制微处理器1根据制动踏板信号、车辆状态等确定制动转矩需求，根据制动转矩分配策略确定液压制动转矩与再生制动转矩，并将信号分别发给EABS控制微处理器3与电机控制器4。EABS控制微处理器3根据液压(或气压)制动转矩需求，控制ABS电磁阀7和ABS电机6，调节制动轮缸压力，并通过传感器测量轮缸压力值，实现精确的轮缸压力闭环控制。电机控制器4根据整车控制微处理器所分配的再生制动转矩，控制电机实施再生制动。\n[0039] 整车控制微处理器1通过底层通信和信息采集程序，收集驾驶员操作信号和其 他整车状态信息，根据驾驶员意图识别模块分析出总的驱动力或制动力需求，经过驱动力分配策略或制动力分配策略计算出不同驱动源或制动源所需提供的力矩，并通过底层通信程序发送给相关子控制单元。EABS控制微处理器3通过底层通信和信息采集程序，采集整车控制微处理器1发出的液压制动力信息，根据液压制动力调节策略控制ABS执行机构(ABS电机6和ABS电磁阀7)，并监测车辆是否将发生抱死情况，如有抱死情况发生，则运行ABS防抱死策略，保持车辆稳定性。\n[0040] 如图1所示，所述的整车控制微处理器1包括第一最小系统11、第一电源电路12、第一信号处理电路13、第一CAN通信电路14、第一SPI电路15和第一驱动电路16，所述的第一电源电路12分别连接第一最小系统11、第一信号处理电路13、第一CAN通信电路14、第一SPI电路15和第一驱动电路16，所述的第一驱动电路16与继电器5连接，所述的第一CAN通信电路14通过CAN网络与电机控制器4连接。所述的EABS控制微处理器3包括第二最小系统31、第二电源电路32、第二信号处理电路33、第二CAN通信电路34、第二SPI电路35和第二驱动电路36，所述的第二电源电路32分别连接第二最小系统31、第二信号处理电路33、第二CAN通信电路34、第二SPI电路35和第二驱动电路36，所述的第二驱动电路36分别连接ABS电机6和ABS电磁阀7，所述的第二CAN通信电路34通过CAN网络连接第一CAN通信电路14。\n[0041] 所述的第一最小系统11和第二最小系统31均为德州仪器32位TMS320F28335数字信号处理器(DSP)，所述的数字信号处理器包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路(JTAG)。其中，2个DSP的JTAG接口以“菊花链”方式连接，复位电路在系统上电时提供一低电平信号使DSP复位，晶振电路采用频率为30M的无源晶振，通过DSP内部倍频提高处理器速度；每个DSP各接一个LED灯，用于显示程序是否正常运行。\n[0042] 所述的第一信号处理电路13的输入信号包括节气门位置信号、制动踏板信号、加速踏板信号、操纵手柄信号和钥匙开关信号；所述的第二信号处理电路33的输入信号包括制动主缸压力模拟信号、制动轮缸压力模拟信号和车轮速度脉冲信号。信号处理电路包括节气门位置、加速踏板位置、制动踏板位置、制动主缸压力、制动轮缸压力模拟信号处理电路，换挡操纵手柄信号、钥匙开关信号处理电路，车轮转速等脉冲信号处理电路。\n[0043] 如图3所示为模拟信号输入处理电路，制动主缸压力信号、制动轮缸压力信号、 加速踏板信号以及制动踏板信号经过RC网络和运放TLV2254AID实现分压、高频噪声滤波以及电压跟随，最终送入到DSP的A/D转换模块输入端。\n[0044] 如图4所示为驾驶员操纵换挡杆杆位信号、档位信号输入处理电路，其输入信号电平为0～12V，且在挡时为低电平，经过RC低通滤波后通过达林顿管MC1413实现电平转换，即实现0～12V到0～3.3V电平转换，同时实现反相处理，当输入MC1413的信号为12V时，从MC1413输出信号为0V，当输入MC1413的信号为0V时，从MC1413输出信号为3.3V。\n[0045] 如图5所示钥匙信号输入处理电路，通过光耦芯片FOD060L实现电平转换和光电隔离，钥匙上电信号KeyOnIn和钥匙启动信号KeyStartIn均为0～12V电平，其中KeyOnIn信号12V电平时间远远大于0V电平时间，KeyStartIn信号0V电平时间远远大于12V电平时间，附图5所示方案可以保证光耦FOD060L大部分时间工作在截止区，从而降低功耗。\n[0046] 如图6所示轮速信号输入处理电路，轮速信号首先经过RC滤波和稳压管稳压，变为0～3V之间的周期信号，然后通过运放TLV2254AID得到0～3.3V的方波信号，其中参考电压通过分压电阻得到，最后经过两个施密特触发器SN74VC14整形处理得到规则的0～\n3.3V方波信号，输入到DSP的捕捉单元端口。\n[0047] 所述的第一驱动电路16为高边驱动电路或低边驱动电路。图7为低边驱动电路，主驱动芯片为TLE6225，4路输出，每路驱动电流350mA，控制信号IN1～IN4单独控制4路输出通断，ENA为芯片使能端，FAULT为错误诊断端口，当低电平时表示有错误。图8为高边驱动电路，主驱动芯片为BTS724，4路输出，每路驱动电流3.3A，控制信号IN1～IN4单独控制4路输出通断，ST1～ST4可进行电路开路、过温诊断，四路LED。\n[0048] 所述的第二驱动电路36包括一个ABS电机子驱动电路和八个ABS电磁阀子驱动电路。图9为ABS电机驱动电路，其中主芯片为DRV8432。该芯片为德州仪器公司生产，与\n3.3V控制信号兼容，内含4个半桥，通过模式设置可以选择组成两个H桥电路，每个H桥的峰值电流可达12A，连续输出电流可达7A，完全满足电机正常运转和堵转要求。图10为ABS电磁阀驱动电路，其中主芯片为MC33289，该芯片内含两个MOSFET管，管脚OLDE为使能信号，当OLDE接高电平时，芯片正常工作，当OLDE接低电平时，芯片停止工作，管脚IN1、IN2为控制信号，分别控制两个MOSFET的通断，当为高电平时，MOSFET导通，12V电源通过 MOSFET驱动电磁阀，当为低电平时，MOSFET关断，管脚ST1、ST2为错误检测，可以检测过温、过电流、过压、欠压等。\n[0049] 如图11所示，第一CAN通信电路14和第二CAN通信电路34均采用双CAN总线，所述的第一CAN通信电路14的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线与低速CAN网络连接；所述的第二CAN通信电路34的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线预留，为以后功能升级使用。四路CAN总线电路一致，都经过光耦FOD060L实现光电隔离，CAN收发器为SN65HVD230Q。\n[0050] 所述的双端口RAM芯片为实现左右端口同时读写数据的双端口静态RAM芯片IDT70V28。如图12所示，双端口RAM芯片为IDT70V28，容量为64K×16bit，地址端口AL0～AL15、AR0～AR15和数据端口IOL0～IOL15、IOR0～IOR15分别与两个DSP的XINTF低16位数据总线、地址总线相连，控制信号中的读/写信号R/W、片选信号CE0、状态信号BUSY分别与XINTF的对应控制信号相连，该双口RAM映射到DSP的区域6。\n[0051] 所述的第一SPI电路15和第二SPI电路35分别用于整车控制微处理器和EABS控制微处理器的程序下载、变量测量及参数标定等。\n[0052] 所述的第一电源电路12和第二电源电路32均包括12V转5V电路、5V转\n3.3V/1.9V电路、隔离电源电路和传感器供电电路。\n[0053] 图13为电源12V转5V电路，由自恢复保险丝、稳压二极管和瞬态抑制二极管构成电源的前端保护电路。其中共模扼流线圈消除电源中的共模电流；铝电解电容、大电流绕线电感构成开关电源的输入去耦滤波电路；而GM7130为主电源电路的开关电源芯片，需要配置大电流的绕线电感、肖特基二极管MBR360及大电容以提供电感续流回路，该电源最大输出电流达3A，完全满足系统最大负载需求。\n[0054] 电源5V转3.3V/1.9V电路的主芯片为TPS767D301。该电源转换芯片实现5V转\n3.3V和5V转1.9V，在芯片输入端配置电容，以改善负载瞬态响应抑制噪声；输出端口2输出电压固定为3.3V，输出端口1通过电阻配置为输出电压1.9V；输出3.3V、1.9V电压接发光二极管，用于观察电源电路是否正常；输出3.3V、1.9V通过电感实现高频隔离，用作DSP的模拟电源。\n[0055] 图14为隔离电源电路，主芯片为DCP020503SSO-28，实现5V转3.3V电平转换，并实现电磁隔离，用于给CAN收发器供电，此电路只需配置电容即可。\n[0056] 图15为传感器供电电路，主芯片为TL431ACD，1mA～100mA的灌电流能力， 通过配置电阻R42、R47实现5V电压输出，电阻R38为配置在1KΩ，既可以使芯片稳定工作，又降低功耗，芯片前后分别配置了电容，用于滤波和去耦。\n[0057] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。