摘  要： 針對自主開發的四輪驅動混合動力轎車的串聯式制動能量回收系統，采用DSP28335設計了ABS液壓控制系統。基于制動能量回收系統的液壓控制方式，介紹了該控制系統的設計原理、硬件構成，并利用Matlab自動代碼生成技術，進行了軟件設計。經過硬件在環實驗，證明了該ABS控制系統的可行性。
關鍵詞： 防抱死系統；再生制動；電子控制器；自動代碼生成

    車輛防抱死制動系統ABS(Anti-lock Braking System)可防止由于制動力過大所造成的車輪抱死現象，其可通過實時調節制動輪缸壓力使車輪滑移率保持在最佳滑移率附近，以提高車輛的制動穩定性，并縮短制動距離。
    近年來，混合動力汽車受到了各大汽車制造公司的廣泛關注，而制動能量回饋技術對其節能效果有重要影響。根據液壓（或氣壓）制動系統輪缸壓力是否可以準確控制，可將制動能量回饋系統分為并聯式和串聯式兩類。目前，國內外所研發的制動能量回饋系統大多采用串聯式方案[1]。本文基于之前進行的四驅混合動力轎車串聯式電液復合制動系統研究[2]，采用配備輪缸壓力傳感器的串聯式制動能量回饋系統，自主設計了ABS控制器，可采集輪缸壓力，實現ABS液壓控制功能，為電液復合制動系統的實施奠定基礎。
1 混合動力車制動系統原理
    混合動力車的電液復合制動系統在確保制動安全性和舒適性的前提下，要求最大程度地回收制動能量。典型的再生制動控制策略有理想制動力分配控制策略、最佳制動能量回收控制策略和并行制動能量回收控制策略[3]。本文論述的串聯式制動能量回饋系統利用改進的理想制動力分配控制策略，能夠有效地回收制動能量。該制動系統的結構簡圖如圖1所示。

    整車控制器根據制動踏板信號、車速信號等確定駕駛員需求，根據制動力分配策略確定液壓制動力矩與再生制動力矩，并將信號發給送ABS控制器與再生制動電機控制器。ABS控制器根據制動力矩需求，控制ABS電磁閥和電機，通過傳感器測量輪缸壓力，精確調節制動輪缸壓力。再生制動電機控制器根據整車控制器分配的制動力矩需求，控制ISG電機和輪轂電機，實現再生制動，最大程度地回收制動能量。當通過輪速傳感器檢測到車輛有抱死趨勢時，只采用液壓制動，執行ABS控制器的防抱死策略，保證車輛穩定性。
2 ABS控制器硬件設計
    車輛制動時的液壓制動力由ABS控制器調節，該控制器硬件結構主要由微處理器、信號調理電路、ABS電磁閥驅動電路、ABS泵驅動電路、通訊電路等組成。圖2為該控制器的硬件結構圖。

    其中控制器選用TI公司C2000系列的TMS320F28335型數字型號處理器（DSP）。它是一款32位浮點DSP控制器，主頻可達150 MHz，片內含256 KB的Flash存儲器，16個精度為12位的A/D轉換通道，包含高分辨率脈寬調制模塊和事件捕捉輸入口，內核電壓為1.9 V，I/O引腳電壓為3.3 V。它具有運算快、精度高、數據/程序存儲量大、外設集成度高、功耗低等優點[4]。它能夠快速采集處理輪速信號和制動缸壓力信號，與整車控制器和再生制動電機控制器實時通訊，根據液壓控制策略調節ABS電磁閥及泵。
2.1 信號調理電路
    ABS控制器采集的外部信號主要包括輪速傳感器信息和輪缸壓力傳感器信息。其信號調理電路包括車輪速度信號處理電路和輪缸壓力A/D采樣電路。
    在車輛行駛過程中, 隨車輪一起旋轉的齒輪使輪速傳感器輸出一系列頻率與輪速成正比的正弦電壓信號。該原始信號存在較多干擾成分，需經過低通濾波、比較、整形等組成的輪速信號處理電路后, 變成DSP可以直接處理的方波信號。單路輪速信號處理電路如圖3所示。輪速信號首先經過RC濾波和穩壓管穩壓，變為0～3 V之間的周期信號；然后通過運放TLV2254AID得到0～3.3 V的方波信號，其中參考電壓通過分壓電阻得到；最后經過兩個施密特觸發器SN74VC14整形處理得到規則的0～3.3 V方波信號，輸送到DSP的事件捕捉輸入口，進行處理計算。

    輪缸壓力信號由壓力傳感器采集，經過低通無源濾波后通過運算放大器實現電壓跟隨、阻抗變換和高頻噪聲濾波，再經過RC低通濾波，最終輸出到DSP的A/D轉換模塊輸入口。
2.2 電磁閥及泵驅動電路
    汽車ABS電磁閥的工作電壓一般為12 V或24 V，工作電流一般在1.5 A～2.5 A之間，而TMS320F28335控制芯片的輸出電流遠達不到這一要求。因此，本文的電磁閥驅動電路選用了Motorola公司推出的高端驅動器MC33289，其工作電壓范圍為6.0 V～27 V，輸出電流范圍為0～4 A，工作溫度范圍為-40 ℃～+125 ℃，同時還具有過熱、短路、過壓及欠壓保護和故障診斷等功能，能夠滿足電磁閥驅動要求。
    基于MC33289高端驅動芯片設計的電磁閥驅動電路如圖4所示。其供電電壓為12 V，可以同時驅動兩個電磁閥，電磁閥驅動接口分別為SNV_OUT1和SNV_OUT2；電磁閥控制信號為PWM信號，由TMS320F28335的ePWM模塊輸出，其中EPWM1A控制SNVOUT1的輸出，EPWM2A控制SNVOUT2的輸出；ST1和ST2為錯誤檢測，可以檢測過溫、過電流、過壓、欠壓等，TMS320F28335根據其電平的高低狀態來判斷MC33289是否處于正常工作狀態。

    ABS回液泵的啟動工作電流較大，因此ABS電機驅動電路采用由1個H橋驅動芯片TLE6284G和4個MOSFET管組成的方案。TLE6284G是英飛凌公司生產的專注于驅動直流有刷電機的集成芯片，包含過熱、欠壓、短路等檢測功能，它適應大電流的工作環境，能有效驅動電機運轉。
3 基于自動代碼生成的軟件設計
    與傳統汽車電子嵌入式系統設計相比，采用V模式的開發方式將系統工程學原理應用于現代汽車電子系統設計中，是一種循環的設計模式。它采用基于模型的開發方法，精簡了對象描述，簡化文檔管理和分析，縮短了開發周期，可有效降低設計成本。其中自動代碼生成處于V模式的底層，是整個開發過程的關鍵一步，可實現開發過程中的嵌入式代碼的快速生成[5]。
    圖5為本文在ABS控制器軟件開發中，基于Matlab/Simulink的DSP自動代碼生成流程。首先基于系統的功能要求，在Matlab/Simulink環境下搭建系統離線仿真模型，并且進行仿真分析，使用Simulink調試器檢查仿真結果以及定位和診斷模型中的意外行為；仿真結果得到驗證后便可通過Simulink中的Target of TI C2000工具箱，建立針對F28335控制器的嵌入式模型；利用RTW(Real-time Workshop)技術，可自動生成面向編譯器的C語言工程文件；使用TI公司的編譯器CCS，進一步完成編譯連接和下載，最終在控制器上運行。

    基于上述自動代碼生成的軟件設計方案，使用Matlab/Simulink搭建了針對F28335控制器的嵌入式模型，如圖6所示。模型中包括F28335 eZdsp模塊、輪速采集、壓力采集模塊、CAN通訊模塊、ABS液壓控制模塊、電磁閥驅動模塊、電機驅動模塊和CCP標定模塊。此模型經過Maltb/Smulink編譯后，可生成面向F28335 DSP的C代碼，在Flash中單獨運行。

4 硬件在環仿真驗證
    在電液復合制動硬件在環仿真試驗臺上進行ABS控制器的調試與驗證。試驗臺利用MK20I型ABS作為液壓調節機構，通過改變其控制器接口，可使用自主設計的ABS控制器來控制電磁閥和電動機，保證了液壓調節可靠性并減少了試驗成本；液壓源為自主設計的液壓泵，其輸出壓力在0～20 MPa范圍內可調；采用實車制動輪缸及制動盤，通過液壓管路與ABS和液壓泵相連；壓力傳感器測量四輪缸壓力，并發送到ABS控制器；通用控制器Autobox模擬整車仿真系統，與ABS控制器進行通訊，提供制動盤制動力矩、模擬車速和車輪轉速等；監控主機可對Autobox和ABS控制器內的參數進行監控與調整。圖7為ABS硬件在環系統結構圖。

    本文應用F28335型DSP開發設計了基于混合動力車復合制動系統的ABS控制器。介紹了混合動力車制動系統原理，由此設計了ABS硬件電路。采用V模式的開發方式，基于自動代碼生成技術，搭建嵌入式Simulink模型，并生成可執行代碼。在已開發的硬件在環實驗臺上驗證了控制器的可行性，為將來研究復合制動策略與進行實車試驗奠定了基礎。
參考文獻
[1] 張俊智，薛俊亮，陸欣，等.混合動力城市客車串聯式制動能量回饋技術[J].機械工程學報，2009，45(6)：102-106.
[2] 趙治國，彭玉鋼.四驅混合動力轎車串聯式電液復合制動仿真[J].系統仿真學報，2012，24(2)：448-455.
[3] 張繼紅.純電動汽車電液制動系統再生制動控制策略研究[D].吉林：吉林大學，2011.
[4] 劉陵順.TMS320F28335 DSP原理及開發編程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.
[5] 陳金干，魏學哲.基于DSP的自動代碼生成及其在電池管理系統中的應用[J].電子技術應用，2008，34(6)：43-46.