原標(biāo)題：基于MC9S12DP256芯片實(shí)現(xiàn)汽車液壓ABS系統(tǒng)的應(yīng)用方案

基于MC9S12DP256芯片實(shí)現(xiàn)汽車液壓ABS系統(tǒng)的應(yīng)用方案

一、引言

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS，Anti-Lock Brake System）是一種重要的主動(dòng)安全系統(tǒng)，通過(guò)在制動(dòng)過(guò)程中防止車輪抱死，提高汽車在制動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，從而縮短制動(dòng)距離。MC9S12DP256芯片作為一種高性能單片機(jī)，因其豐富的片上資源和強(qiáng)大的處理能力，被廣泛應(yīng)用于汽車ABS系統(tǒng)的控制中。本文將詳細(xì)介紹基于MC9S12DP256芯片實(shí)現(xiàn)汽車液壓ABS系統(tǒng)的應(yīng)用方案。

二、主控芯片型號(hào)及介紹

2.1 MC9S12DP256芯片概述

MC9S12DP256是由飛思卡爾半導(dǎo)體公司（原摩托羅拉半導(dǎo)體部）生產(chǎn)的一款16位單片機(jī)，它基于高速的CPU12內(nèi)核（Star Core），總線速度可達(dá)25MHz。MC9S12DP256單片機(jī)由標(biāo)準(zhǔn)片上外圍設(shè)備組成，包括一個(gè)16位中央處理器（HCS12CPU）、256K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器、4K的EEPROM、12K字節(jié)的RAM，以及5路CAN總線接口。此外，它還支持-40～125℃的溫度范圍，采用5V供電，特別適合用于工業(yè)控制和汽車領(lǐng)域。

2.2 MC9S12DP256的主要特性

• 高速CPU：采用16位的StarCore CPU12內(nèi)核，總線速度高達(dá)25MHz。

• 豐富的存儲(chǔ)器：256KB Flash、4KB EEPROM、12KB RAM。

• 多種通信接口：5路CAN總線、2個(gè)SCI串行通信接口、3個(gè)SPI串行設(shè)備接口。

• 強(qiáng)大的A/D轉(zhuǎn)換功能：2個(gè)8通道的A/D轉(zhuǎn)換模塊（ATD）。

• PWM輸出：8通道的脈沖寬度調(diào)制模塊（PWM）。

• 增強(qiáng)的捕捉定時(shí)器：8通道的增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器模塊（ECT）。

• 抗干擾能力強(qiáng)：內(nèi)置總線，使用自動(dòng)編程/擦除算法，提高了系統(tǒng)性能。

• 擴(kuò)展指令集：提高了編碼效率。

• 背景調(diào)試模式：允許全速在線仿真，便于調(diào)試和開發(fā)。

三、MC9S12DP256在設(shè)計(jì)中的作用

MC9S12DP256芯片在液壓ABS系統(tǒng)中扮演核心控制器的角色，主要承擔(dān)以下功能：

1. 輪速信號(hào)采集與處理：通過(guò)ECT模塊捕捉輪速傳感器的信號(hào)，計(jì)算車輪速度和減速度。

2. ABS控制算法實(shí)現(xiàn)：根據(jù)輪速和減速度信息，采用邏輯門限值控制算法，對(duì)電磁閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。

3. 故障診斷與存儲(chǔ)：通過(guò)內(nèi)置的診斷電路和EEPROM，實(shí)現(xiàn)ABS系統(tǒng)的故障檢測(cè)和故障碼存儲(chǔ)。

4. 通信接口：通過(guò)CAN總線與其他電子控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，傳輸故障碼和狀態(tài)信息。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于MC9S12DP256的液壓ABS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

• 電子控制單元（ECU）：以MC9S12DP256為核心，負(fù)責(zé)輪速信號(hào)采集、ABS控制算法實(shí)現(xiàn)、故障診斷與存儲(chǔ)、以及與其他系統(tǒng)的通信。

• 輪速傳感器：用于檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。

• 電磁閥：根據(jù)ECU的指令，調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力。

• 儲(chǔ)壓器：儲(chǔ)存制動(dòng)過(guò)程中釋放的多余油液。

• 電動(dòng)油泵：為制動(dòng)系統(tǒng)提供所需的油壓。

4.2 輪速信號(hào)采集與處理

輪速信號(hào)采集是ABS控制的基礎(chǔ)。MC9S12DP256的ECT模塊具有8個(gè)輸入捕捉/輸出比較（IC/OC）通道，可用于捕捉輪速傳感器的信號(hào)。輪速傳感器通常采用霍爾傳感器或磁阻傳感器，通過(guò)檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁信號(hào)來(lái)生成脈沖信號(hào)。

ECT模塊在運(yùn)行時(shí)，16位的自由定時(shí)器按照設(shè)定的時(shí)鐘頻率在0x0000～0xFFFF之間循環(huán)計(jì)數(shù)。當(dāng)某個(gè)通道設(shè)置為I/O功能時(shí)，被測(cè)信號(hào)的設(shè)定邊沿到來(lái)時(shí)，輸入捕捉邏輯立即將自由定時(shí)器的內(nèi)容捕捉到16位的IC/OC寄存器中，其分辨能力高達(dá)1μs甚至更高。通過(guò)測(cè)量相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔，可以計(jì)算出車輪的角速度，進(jìn)而得到車輪的速度和減速度。

4.3 ABS控制算法實(shí)現(xiàn)

ABS控制算法的核心是將車輪的滑移率控制在最佳滑移率附近，以獲得較高的縱向和側(cè)向附著系數(shù)，從而減小制動(dòng)距離并保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。控制算法采用邏輯門限值控制方法，以車輪的加減速度作為主要控制門限，以車輪的滑移率作為輔助控制門限。

ABS控制算法的具體步驟如下：

1. 輪減速度檢測(cè)：當(dāng)輪減速度達(dá)到下門限值時(shí)，系統(tǒng)開始保壓，并計(jì)算滑移率。

2. 滑移率判斷：根據(jù)滑移率判斷車輪是否進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域，若進(jìn)入則發(fā)出減壓控制信號(hào)。

3. 減速度判斷：當(dāng)減速度小于下門限值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)。

4. 加速度判斷：保壓一定時(shí)間后，根據(jù)加速度的大小判斷路面附著情況，并決定下一步的控制策略（減壓、保壓或增壓）。

5. 控制信號(hào)輸出：根據(jù)判斷結(jié)果，通過(guò)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力。

4.4 故障診斷與存儲(chǔ)

ABS系統(tǒng)的故障診斷是確保系統(tǒng)可靠性和安全性的重要環(huán)節(jié)。MC9S12DP256芯片通過(guò)內(nèi)置的診斷電路和EEPROM，實(shí)現(xiàn)ABS系統(tǒng)的故障檢測(cè)和故障碼存儲(chǔ)。

故障診斷主要包括電磁閥故障、輪速信號(hào)采集系統(tǒng)故障、制動(dòng)管路壓力信號(hào)采集系統(tǒng)故障、電源故障和控制器故障等。針對(duì)這些故障，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的診斷電路和檢測(cè)算法。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，ECU會(huì)立即中斷ABS功能，恢復(fù)至常規(guī)制動(dòng)，并點(diǎn)亮故障顯示燈。同時(shí)，將相應(yīng)的故障代碼存儲(chǔ)在EEPROM中，以便后續(xù)的診斷和維修。

4.5 通信接口

MC9S12DP256芯片支持5路CAN總線接口，可用于與其他電子控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。通過(guò)CAN總線，ABS系統(tǒng)可以傳輸故障碼、狀態(tài)信息以及與其他系統(tǒng)協(xié)同工作所需的數(shù)據(jù)。CAN總線具有高速、高可靠性、高抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于汽車內(nèi)部復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信需求。

五、系統(tǒng)仿真與測(cè)試

為了確?；贛C9S12DP256芯片的液壓ABS系統(tǒng)的可靠性和性能，需要進(jìn)行系統(tǒng)仿真與測(cè)試。仿真與測(cè)試主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 輪速信號(hào)仿真：通過(guò)模擬輪速傳感器的信號(hào)，驗(yàn)證ECT模塊的捕捉精度和響應(yīng)時(shí)間。

2. ABS控制算法仿真：在MATLAB/Simulink環(huán)境中搭建ABS控制算法的仿真模型，模擬不同路面條件和制動(dòng)工況下的系統(tǒng)響應(yīng)。

3. 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試：測(cè)試電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，確保電磁閥能夠準(zhǔn)確執(zhí)行ECU的控制指令。

4. 故障診斷與存儲(chǔ)測(cè)試：模擬各種故障情況，驗(yàn)證故障診斷電路和EEPROM的存儲(chǔ)功能。

5. 整車制動(dòng)性能測(cè)試：在實(shí)車上進(jìn)行制動(dòng)性能測(cè)試，驗(yàn)證ABS系統(tǒng)的制動(dòng)效果和穩(wěn)定性。

六、結(jié)論

基于MC9S12DP256芯片的液壓ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有高性能、高可靠性和高擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。MC9S12DP256芯片豐富的片上資源和強(qiáng)大的處理能力為ABS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了有力的支持。通過(guò)系統(tǒng)仿真與測(cè)試，驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。未來(lái)，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，基于MC9S12DP256芯片的ABS系統(tǒng)將進(jìn)一步優(yōu)化和完善，為汽車安全性能的提升做出更大的貢獻(xiàn)。