汽車電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ECU的設(shè)計(jì)與開發(fā)

系統(tǒng)介紹
電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）主要由以下幾部分組成,它們是助力轉(zhuǎn)向控制單元(ECU)、助力轉(zhuǎn)向傳感器、帶電動(dòng)泵的齒輪泵、儲(chǔ)油罐、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置、CAN 總線系統(tǒng)。我們的主要工作是助力轉(zhuǎn)向控制單元(ECU)的軟硬件研究與開發(fā)。助力轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)助力轉(zhuǎn)向傳感器傳來(lái)的信號(hào)為主，兼或考慮CAN 總線上的車輛速度來(lái)進(jìn)行電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)而控制齒輪泵的泵油量來(lái)達(dá)到控制助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置的目的。這樣我們就可以根據(jù)車輛方向盤的轉(zhuǎn)向角速度和車輛當(dāng)前的行駛速度來(lái)確定我們當(dāng)前所需要的轉(zhuǎn)向助力的大小。
1． ECU 設(shè)計(jì)概要
1．1 ECU 的CPU 的選擇
控制器（ECU）的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是選擇一種適用于特定控制目標(biāo)的單片機(jī)，對(duì)車輛電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它對(duì)單片機(jī)要求有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
① 抗環(huán)境干擾，滿足汽車級(jí)芯片溫度范圍的要求，即-40~+125℃。
② 有較多的I/O 口，以實(shí)現(xiàn)多種控制功能；快速的計(jì)算速度，以滿足實(shí)時(shí)控制要求。
③ 采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，以便于診斷功能的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具有與車輛上其它CPU 進(jìn)行通訊的能力。
④ 有較好的性能價(jià)格比，便于批量裝車，使之成為一種普及型產(chǎn)品。
基于上述特點(diǎn)采用16 位單片機(jī)對(duì)電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種適中的選擇。并且國(guó)外電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品目前絕大多數(shù)都選用這一檔次的單片機(jī)。Infineon XC164CM 正是這一適中產(chǎn)品，它是Infineon 公司為車輛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的16 位單片機(jī)。
1．2 ECU 模塊設(shè)計(jì)

見圖1，所設(shè)計(jì)的基于Infineon XC164CM 單片機(jī)，它包括輸入、輸出、故障診斷、車輛信息數(shù)據(jù)傳輸四個(gè)模塊。
①輸入模塊
輸入采用XC164CM 的輸入捕捉功能CAPCOM 單元，每個(gè)輸入通道對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的CAPCOM 通道。CAPCOM 通道可以在每個(gè)事件接收后發(fā)出中斷，它有一個(gè)捕捉寄存器CCx，即可以保持1 個(gè)事件。由于中斷地址是獨(dú)立的，這樣進(jìn)入中斷服務(wù)程序就不用再識(shí)別是哪個(gè)中斷源，提高了中斷服務(wù)處理的效率。在本系統(tǒng)中亦采用CC16 和CC17 作為2 個(gè)霍爾器件脈沖的輸入信號(hào)撲捉通道，采用CC23做為方向盤轉(zhuǎn)角脈沖的輸入信號(hào)撲捉通道。采用CAPCOM 通道使采集信號(hào)的質(zhì)量大大提高，CPU 占用時(shí)間少，CAPCOM 的捕捉事件的分辯率在20MHz 主頻下為400 ns。
②輸出模塊
XC164CM 有47 個(gè)I/O 端口，在本系統(tǒng)中采用P1 口作為控制輸出口。每個(gè)I/O 口都用獨(dú)立的控制器控制輸入/輸出。
③診斷模塊
EHPS 是一種可靠性要求很高的系統(tǒng)，要求內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)要隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)生故障，能及時(shí)記錄下來(lái)，并把其存貯起來(lái)。本系統(tǒng)采用I2C 總線的E2 PROM 作為故障代碼存貯器，用XC164CM的同步串行功能實(shí)現(xiàn)I2C 總線與E2PROM 通訊，XC164CM 作為主機(jī)，E2PROM 作為從機(jī)。通過(guò)XC164CM的CAN1 口實(shí)現(xiàn)外部診斷通訊，與PC 機(jī)端是通過(guò)USB 數(shù)據(jù)采集卡連接通訊。
④車輛信息數(shù)據(jù)傳輸
單片機(jī)XC164CM 帶有兩個(gè)CAN 總線控制器，CAN1 和CAN2。內(nèi)部有2K 字節(jié)的CAN 寄存器空間來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN 通訊，它有32 個(gè)信息體，每個(gè)信息體有8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以傳送。EHPS 系統(tǒng)所需的車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就是通過(guò)2． ECU 軟件設(shè)計(jì)
該程序結(jié)構(gòu)采用C 語(yǔ)言中流行的多模塊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)比起以往的單模塊結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有程序結(jié)構(gòu)清晰，便于程序移植和程序維護(hù)等特點(diǎn)。
2.1 EHPS ECU 的主程序
EHPS 主循環(huán)是一個(gè)定時(shí)循環(huán)調(diào)用程序，程序框圖見圖2。