(4)数据采集模块本系统采集的数据主要有三种类型:开关量、模拟量、频率量。开关量主要是指点火信号和驾驶员的挂档信号等,通过单片机的I/O口采集。XC878CM单片机片内集成一个带有8路模拟输入选择的高性能10bit模数转换器,可方便地用于模拟量的采集。XC878CM内含的CCU6模块可配置工作在捕获模式,用于采集车速传感器发送来的频率量信号。由于汽车环境干扰较大,信号采集电路需添加滤波、电压调理等电路。此外,对于频率量采集,由于接收的是脉冲信号,还需要使用施密特触发器进行脉冲信号的整形。
2.2 电机驱动电路设计
离合器执行机构采用12V直流电机驱动,单片机采用脉宽调制PWM技术控制电机转速。PWM调速方法以控制简单、动态响应效果好、调速范围宽等优点成为应用十分广泛的调速方法。对直流电机转动方向的控制需要通过搭建H桥电路实现,由于自行搭建的H桥电路及栅极驱动电路往往在可靠性方面很难保证。因此,本文选择了集成的电机驱动芯片BTS7810K来驱动离合器执行电机。芯片BTS7810K是一款全桥电机驱动芯片,其内部集成了H桥电机驱动电路及栅极驱动电路,其工作频率高达1kHz以上,可方便可靠地实现对直流电机的控制。
单片机使用一个I/O口输出控制电机转向,一路PWM输出控制电机转速。两路控制信号通过一个与门和两个非门组成的接口电路连接到驱动芯片的输入端IH1、IH2。这样做是为了保证两个输入端不同时为高电平,防止桥臂直通问题的出现,提高系统的安全性和可靠性。
2.3 CAN节点接口设计
CAN总线是德国Bosch公司20世纪90年代初为解决现代汽车中众多控制与测试仪器之间的信息交换而开发的一种串行通信协议网络。它具有传输速率高、可靠性强和实时性好等特点,正好符合ACS与发动机协调控制的通信需要。对发动机和离合器进行综合控制,充分利用发动机电子控制系统控制发动机转速及时、准确的特点,使之与离合器相互协调配合,将有利于离合器取得更好的控制效果,进而提高换挡品质。
CAN节点硬件电路主要包括:带有CAN控制器的微控制器和用于数据收发的CAN收发器。本文选用的微处理器XC878CM带有片内的CAN控制器,主要负责CAN的初始化和数据处理。MultiCAN模块集成了除收发器外CAN总线控制器的所有功能。此外,MultiCAN还具有先进的验收滤波功能、先进的数据管理、先进的中断管理等优良特性。CAN的收发器种类很多,本设计中选用英飞凌公司的高速收发器IFX1050G。
(3)执行电机驱动模块本系统使用的执行电机为额定电压为12V的直流电机。单片机使用一个IO口控制执行电机的转动方向,一路PWM输出控制电机的转速。PWM波由单片机内含的CCU6模块配置为比较模式产生。单片机通过英飞凌电机驱动芯片BTS7810K实现对执行电机的控制。
(4)数据采集模块本系统采集的数据主要有三种类型:开关量、模拟量、频率量。开关量主要是指点火信号和驾驶员的挂档信号等,通过单片机的I/O口采集。XC878CM单片机片内集成一个带有8路模拟输入选择的高性能10bit模数转换器,可方便地用于模拟量的采集。XC878CM内含的CCU6模块可配置工作在捕获模式,用于采集车速传感器发送来的频率量信号。由于汽车环境干扰较大,信号采集电路需添加滤波、电压调理等电路。此外,对于频率量采集,由于接收的是脉冲信号,还需要使用施密特触发器进行脉冲信号的整形。
3 软件设计
电控单元ECU的控制软件主要由离合器控制程序和CAN总线通信程序组成。