車輛分層次控制接口系統(tǒng)切換電路及可靠性設計

作者：時間：2007-09-12 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

關鍵詞：控制系統(tǒng)切換電路接口系統(tǒng)模型抗干擾

1 引言
車輛在行駛過程中，DYC(橫擺力矩)電路處于工作狀態(tài)，突遇緊急狀況，需要踩剎車進行控制，此時DYC電路停止工作，ABS(防抱死系統(tǒng))電路處于工作狀態(tài)，如何實現(xiàn)兩個電路系統(tǒng)的快速高效可靠的切換，是本文研究的重點。

2 控制系統(tǒng)模型
車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)模型如圖1所示:

圖1 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)模型

當車輛在行駛過程中遇到緊急情況，駕駛員踩剎車，此時，為了防止車輪抱死，發(fā)生危險，ABS(防抱死系統(tǒng))電路開始工作，DYC(橫擺力矩)電路停止工作;當不踩剎車，車子行駛過程中，DYC(橫擺力矩)電路在工作中，為了防止側偏等危險的發(fā)生。本文需要設計一個切換電路從而實現(xiàn)在ABS和DYC兩電路中高速瞬時切換，提高駕車的安全性。

3 接口系統(tǒng)設計原理
3.1 切換電路原理
切換電路原理圖如圖2所示:

圖2 切換電路原理圖

電路圖采用兩片74LS373三態(tài)門的8路鎖存器，和一個CD4069反相器構成。上拉電阻10MΩ在不輸入電位的時候鎖存端的電位自動保持高電位，此時輸入信號隨輸出信號變化。
74LS373 片內是8個輸出帶三態(tài)門的D鎖存器，其結構示意圖見圖3所示。當使能端G呈高點平時鎖存器中的內容可更新，而在返回低電平瞬間實現(xiàn)鎖存。如此時芯片的輸出控制端為低，也即輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可經由三態(tài)門輸出。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址鎖存器，但使用時接法稍有不同，由于接線稍繁、多用硬件和價格稍貴，故不如74LS373用的普遍。因此考慮到成本和電路的簡單易行性，采用74LS373 作為接口系統(tǒng)電路設計的主要芯片。74LS373功能表如附表。圖3示出結構原理。

圖3 74LS373結構原理

附表 74LS373功能表

注:L:低電平 H:高電平 X:不管
Z:高阻在穩(wěn)態(tài)輸入前輸出信號電平已經建立
3.2 電路工作原理
車輛平穩(wěn)操縱時候，DYC(橫擺力矩)電路工作，當踩剎車時候，信號變?yōu)?(高電平)，此時選中第一片74LS373芯片，8個輸入通道，輸出信號就使ABS電路工作，防止車輪抱死。實現(xiàn)了DYC與ABS電路之間的高速度，高可靠性的切換。

4 可靠性設計
4.1 電源的可靠性
車載電源為蓄電池12V，而74LS373的電壓需要5V，所以在設計的過程中涉及到DC-DC的轉換。在此，選擇7805，7805是三端穩(wěn)壓器，可以轉為穩(wěn)定的5V電壓。眾所周知，穩(wěn)壓電源直流輸出需要進行濾波，開關電源的輸出噪音主要分兩類:差模噪音和共模噪音。差模噪音主要由輸出部分的開關管導致的，典型的由開關二極管產生。加LCR濾波或在二極管上串飽和磁珠能顯著的抑制這種噪音。共模噪音大量存在于隔離開關電源中，主要由輸入端的開關管產生。這種噪音通過開關變壓器耦合到輸出。加LCR濾波幾乎沒效果。解決這種噪音有三個方法:在輸出和輸入的地之間加個電容幾百到幾千微微法;在輸入整流之前加幾十毫亨的電源濾波電感;在開關三極管附近加電容。這里可在導線或電阻上套一個磁珠，相當于功率電感起濾波作用，對高頻有抑制作用，主要是1MHz以上噪聲。
4.2 輸入輸出口可靠性設計
可以采用光電隔離技術，主要作用:隔離不同電氣特性的電路,如模擬電路和數字電路，放大電路是模擬電路而增益控制則是數字電路，增益控制信號通過光電耦合器件傳遞控制信號，避免數字電路和模擬電路發(fā)生耦合，電力電子系統(tǒng)中使用光電隔離開關，可隔離高電壓電路，實現(xiàn)低壓電路控制高壓電路，用光電耦合器件傳遞控制信號。
4.3 PCB設計中抗干擾措施
(1) 布局
考慮PCB尺寸大小，PCB尺寸過大、印制線條長、阻抗增加、抗噪聲能力下降、成本增加;過小則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定尺寸后，確定特殊元件位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:盡量縮短高頻元件間連線，設法減少分布參數和相互間電磁干擾，易受干擾元件不能挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離;某些元件或導線之間可能有較高電位差，應加大它們間的距離，以免放電引出意外短路，帶高電壓元件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方;重量超過15g的元器件，應用支架固定然后焊接，那些又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題，熱敏元件應遠離發(fā)熱元件;對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機結構要求，若是機內調節(jié)，應放在印制板上方便于調節(jié)的地方，若是機外調節(jié)，其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應;應留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
(2) 元件布局
根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則:
按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。
以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。
在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產。
位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200150mm時，應考慮所受機械強度。
(2) 布線:
輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。
當銅箔厚度為0.05mm、寬度為l～1.5mm時，通過2A的電流，溫度不會高于3度，因此，導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選0.2～0.3mm導線寬度。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8mm。
印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。盡量避免使用大面積銅箔否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積飼箔時，用柵狀有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發(fā)性氣體。根據印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時，使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。