基于DSP的智能剎車控制系統(tǒng)研究
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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、安全制動和生存能力，進而影響賽車的整體性能。本文設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)硬件電路設計
本賽車剎車控制器是由防滑控制器和電機驅動控制器組成。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理電路等。電機驅動控制器主要是調節(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理電路、過流保護電路、剎車壓力調理電路、四組三相全橋逆變電路等構成電機驅動控制器。
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、復位電路、ADC模塊的設置以及時鐘電路的設計等。
1、片外存儲器擴展
片外存儲器是為了彌補DSP內部RAM的不足，同時也考慮到調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、復位電路與時鐘源模塊
用阻容電路產(chǎn)生上電復位和手動復位的低電平復位電路，產(chǎn)生復位信號。外加一個硬件看門狗，其輸出端產(chǎn)生復位信號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位信號，當電源不穩(wěn)或過低時，將產(chǎn)生復位信號。
3、模數(shù)轉換ADC模塊的硬件配置
模數(shù)轉換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：
調理電路如圖1所示：
2.3 邏輯信號電路
電機驅動器選用ALTERA公司的MAX7000A系列器件對電機的轉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、三相全橋的開通與關斷等功能。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構，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動電路
無刷直流電動機的功率驅動電路采用以IR公司的專用驅動芯片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溝道的功率驅動管MOSFET，由此驅動無刷直流電動機。采用這種驅動方式主要是功率驅動芯片IR2130對“自舉”技術形成懸浮的高壓側電源的巧妙運用，簡化了整個驅動電路的設計，提高了系統(tǒng)的可靠性。而且IR2130驅動芯片內置死區(qū)電路，以及過流保護和欠壓保護等功能，大大降低了電路設計的復雜度，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。
2.5 電流采樣及過流保護電路
無刷直流電動機的電流是通過功率驅動電路母線上的電阻進行檢測的。母線上面的電阻是由兩個0.01Ω的功率電阻并聯(lián)，采樣電路是通過這兩個并聯(lián)的采樣電阻進行電流采樣的，采樣電阻將電流信號轉換為電壓信號，電壓信號送到電流監(jiān)控芯片進行放大，然后經(jīng)過由OPA2344構成二階有源濾波電路濾波，最后得電流反饋信號，直接送到A/D轉換器。
硬件過流保護電路，對系統(tǒng)的正常工作起到很重要的作用，主要是對功率器件MOSFET和電動機的保護。系統(tǒng)還帶有軟件保護功能，過流信號OVCURX送到DSP的輸入引腳，當OVCUR為高電平時，DSP會產(chǎn)生電機控制轉動信號ENABLE關斷邏輯信號，使電機停轉。芯片IR2130自身帶有過流保護功能。
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