基于DSP嵌入式技術(shù)的智能剎車控制系統(tǒng)研究

　　1 引言

　　賽車剎車系統(tǒng)是賽車系統(tǒng)上具有相對獨立功能的子系統(tǒng)，其作用是承受賽車的靜態(tài)重量、動態(tài)沖擊載荷以及吸收賽車剎車時的動能，實現(xiàn)賽車的制動與控制。其性能的好壞直接影響到賽車的快速反應(yīng)、安全制動和生存能力，進而影響賽車的整體性能。本文設(shè)計了賽車全電防滑剎車控制器的硬件和軟件，最后研究了適合于賽車剎車的控制律。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　本賽車剎車控制器是由防滑控制器和電機驅(qū)動控制器組成。兩個控制器都是以DSP芯片為核心。防滑控制器主要是以滑移率為控制對象，輸出給定的剎車壓力，以DSP芯片為CPU，外加賽車和機輪速度信號調(diào)理電路等。電機驅(qū)動控制器主要是調(diào)節(jié)剎車壓力大小，并且控制電動機電流大小，也是以DSP芯片為CPU，再加外圍電路電動機電流反饋調(diào)理電路、過流保護電路、剎車壓力調(diào)理電路、四組三相全橋逆變電路等構(gòu)成電機驅(qū)動控制器。

　　2.1 DSP的最小系統(tǒng)

　　DSP的最小系統(tǒng)主要涉及存儲器擴展、JTAG接口配置、復(fù)位電路、ADC模塊的設(shè)置以及時鐘電路的設(shè)計等。

　　1、片外存儲器擴展。片外存儲器是為了彌補DSP內(nèi)部RAM的不足，同時也考慮到調(diào)試過程中可以方便將程序下載到片外高速Static RAM中。外部的靜態(tài)隨機存儲器采用CY7C1041CV33。DSP既可以使用片內(nèi)程序存儲器，也可以使用片外程序存儲器，這由引腳XMP刀MC決定的。JTAG接口。在程序需要調(diào)試時，程序下載是通過JTAG接口完成的，這個接口經(jīng)過仿真器與PC機的并行口相連。

　　2、復(fù)位電路與時鐘源模塊。用阻容電路產(chǎn)生上電復(fù)位和手動復(fù)位的低電平復(fù)位電路，產(chǎn)生復(fù)位信號。外加一個硬件看門狗，其輸出端產(chǎn)生復(fù)位信號WDRST。電源芯片的兩個輸入都為+5V，輸出為+1.9V和+3.3V電源為DSP供電，輸出電源分別有兩個復(fù)位信號，當電源不穩(wěn)或過低時，將產(chǎn)生復(fù)位信號。

　　3、模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊的硬件配置。模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC輸出電壓2V，要求輸出端接一個低的ESR容量為10μF的陶瓷電容到模擬地。如果軟件設(shè)置在外部參考模式下，ADCREFP能夠接外部輸入為2V的參考電壓，并且接一個低的ESR容量為1μF到10μF的電容。否則，AD的內(nèi)部參考源的精度將受到影響。

　　2.2賽車前輪與剎車機輪速度信號處理電路

　　賽車防滑控制器主要是以滑移率為控制對象，防止賽車打滑，由滑移率的偏差大小調(diào)節(jié)后輸出壓力參考值，以跟蹤給定的滑移率大小。防滑控制器上必須有賽車前輪和剎車機輪速度信號的調(diào)理電路，主要是為了得到反饋的滑移率。賽車速度信號是以自由滾動的賽車前輪速度信號代替。在賽車的前輪與剎車機輪上都裝有測速傳感器，當輪子轉(zhuǎn)動時，測速傳感器會產(chǎn)生正弦波形式的交流信號，機輪每轉(zhuǎn)動一圈，測速傳感器發(fā)出50個周期的正弦交流信號。正弦交流信號的振幅隨輪子速度的變化而變化，其信號為偏壓2.5V，峰值為0.3V，最大信號幅值不超過5V的正弦波信號。將此正弦波信號轉(zhuǎn)換成同頻率的方波后送入DSP的捕獲單元，捕獲方波相鄰上升沿的計數(shù)值間隔ncapture，即可計算得到輪子的轉(zhuǎn)速值V。由于CPUCLK為150MHz，捕獲時基為其中的一個定時器，n為CPUCLK的分頻系數(shù)，凡為輪子的滾動半徑，那么輪子速度的計算式為：

　　 （1）

　　調(diào)理電路如圖1所示：

　　圖1 速度調(diào)理電路

　　2.3 邏輯信號電路

　　電機驅(qū)動器選用ALTERA公司的MAX7000A系列器件對電機的轉(zhuǎn)子位置等信號進行邏輯處理，選用多達有76路可編程I/0口和100引腳的EPM7128AE，該CPLD能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。器件EPM7128AE實現(xiàn)了電機的三相全橋逆變電路觸發(fā)信號、過流保護、正反轉(zhuǎn)、三相全橋的開通與關(guān)斷等功能。一片CPLD器件EPM7128AE上有兩個電機的邏輯信號。由于無刷直流電動機的霍爾位置傳感器CS3020的輸出是集電極開路結(jié)構(gòu)，故上拉2KΩ電阻，再把霍爾信號SA， SB， SC送到CPLD的輸入端口。其JTAG接口的TMS， TCK， TDI， TDO四個端子必須接上拉電阻，再接+5V電源。

　　2.4 無刷直流電動機的功率驅(qū)動電路

　　無刷直流電動機的功率驅(qū)動電路采用以IR公司的專用驅(qū)動芯片IR2130為中心的6個N溝道的MOSFET管組成的三相全橋逆變電路。其輸入為以功率地為地的PWM波，送到IR2130的輸入端口，輸出控制N溝道的功率驅(qū)動管MOSFET，由此驅(qū)動無刷直流電動機。采用這種驅(qū)動方式主要是功率驅(qū)動芯片IR2130對“自舉”技術(shù)形成懸浮的高壓側(cè)電源的巧妙運用，簡化了整個驅(qū)動電路的設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。而且IR2130驅(qū)動芯片內(nèi)置死區(qū)電路，以及過流保護和欠壓保護等功能，大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。