基于F28335的混合动力车ABS控制系统设计*

王艺帆，赵治国，杨 杰

（同济大学 新能源汽车工程中心，上海201804）

车辆防抱死制动系统ABS(Anti-lock Braking System)可防止由于制动力过大所造成的车轮抱死现象，其可通过实时调节制动轮缸压力使车轮滑移率保持在最佳滑移率附近，以提高车辆的制动稳定性，并缩短制动距离。

近年来，混合动力汽车受到了各大汽车制造公司的广泛关注，而制动能量回馈技术对其节能效果有重要影响。根据液压（或气压）制动系统轮缸压力是否可以准确控制，可将制动能量回馈系统分为并联式和串联式两类。目前，国内外所研发的制动能量回馈系统大多采用串联式方案[1]。本文基于之前进行的四驱混合动力轿车串联式电液复合制动系统研究[2]，采用配备轮缸压力传感器的串联式制动能量回馈系统，自主设计了ABS控制器，可采集轮缸压力，实现ABS液压控制功能，为电液复合制动系统的实施奠定基础。

1 混合动力车制动系统原理

混合动力车的电液复合制动系统在确保制动安全性和舒适性的前提下，要求最大程度地回收制动能量。典型的再生制动控制策略有理想制动力分配控制策略、最佳制动能量回收控制策略和并行制动能量回收控制策略[3]。本文论述的串联式制动能量回馈系统利用改进的理想制动力分配控制策略，能够有效地回收制动能量。该制动系统的结构简图如图1所示。

整车控制器根据制动踏板信号、车速信号等确定驾驶员需求，根据制动力分配策略确定液压制动力矩与再生制动力矩，并将信号发给送ABS控制器与再生制动电机控制器。ABS控制器根据制动力矩需求，控制ABS电磁阀和电机，通过传感器测量轮缸压力，精确调节制动轮缸压力。再生制动电机控制器根据整车控制器分配的制动力矩需求，控制ISG电机和轮毂电机，实现再生制动，最大程度地回收制动能量。当通过轮速传感器检测到车辆有抱死趋势时，只采用液压制动，执行ABS控制器的防抱死策略，保证车辆稳定性。

2 ABS控制器硬件设计

车辆制动时的液压制动力由ABS控制器调节，该控制器硬件结构主要由微处理器、信号调理电路、ABS电磁阀驱动电路、ABS泵驱动电路、通讯电路等组成。图2为该控制器的硬件结构图。

图2 ABS控制器硬件结构图

其中控制器选用TI公司C2000系列的TMS320F28335型数字型号处理器（DSP）。它是一款32位浮点DSP控制器，主频可达150 MHz，片内含256 KB的Flash存储器，16个精度为12位的A/D转换通道，包含高分辨率脉宽调制模块和事件捕捉输入口，内核电压为1.9 V，I/O引脚电压为3.3 V。它具有运算快、精度高、数据/程序存储量大、外设集成度高、功耗低等优点[4]。它能够快速采集处理轮速信号和制动缸压力信号，与整车控制器和再生制动电机控制器实时通讯，根据液压控制策略调节ABS电磁阀及泵。

2.1 信号调理电路

ABS控制器采集的外部信号主要包括轮速传感器信息和轮缸压力传感器信息。其信号调理电路包括车轮速度信号处理电路和轮缸压力A/D采样电路。

在车辆行驶过程中,随车轮一起旋转的齿轮使轮速传感器输出一系列频率与轮速成正比的正弦电压信号。该原始信号存在较多干扰成分，需经过低通滤波、比较、整形等组成的轮速信号处理电路后,变成DSP可以直接处理的方波信号。单路轮速信号处理电路如图3所示。轮速信号首先经过RC滤波和稳压管稳压，变为0～3 V之间的周期信号；然后通过运放TLV2254AID得到0～3.3 V的方波信号，其中参考电压通过分压电阻得到；最后经过两个施密特触发器SN74VC14整形处理得到规则的0～3.3 V方波信号，输送到DSP的事件捕捉输入口，进行处理计算。

轮缸压力信号由压力传感器采集，经过低通无源滤波后通过运算放大器实现电压跟随、阻抗变换和高频噪声滤波，再经过RC低通滤波，最终输出到DSP的A/D转换模块输入口。

2.2 电磁阀及泵驱动电路

汽车ABS电磁阀的工作电压一般为12 V或24 V，工作电流一般在1.5 A～2.5 A之间，而TMS320F28335控制芯片的输出电流远达不到这一要求。因此，本文的电磁阀驱动电路选用了Motorola公司推出的高端驱动器MC33289，其工作电压范围为6.0 V～27 V，输出电流范围为0～4 A，工作温度范围为-40℃～+125℃，同时还具有过热、短路、过压及欠压保护和故障诊断等功能，能够满足电磁阀驱动要求。

基于MC33289高端驱动芯片设计的电磁阀驱动电路如图4所示。其供电电压为12 V，可以同时驱动两个电磁阀，电磁阀驱动接口分别为SNV_OUT1和SNV_OUT2；电磁阀控制信号为PWM信号，由TMS320F28335的ePWM模块输出，其中EPWM1A控制SNVOUT1的输出，EPWM2A控 制SNVOUT2的 输 出；ST1和ST2为错误检测，可以检测过温、过电流、过压、欠压等，TMS320F28335根据其电平的高低状态来判断MC33289是否处于正常工作状态。

图4 电磁阀驱动电路

ABS回液泵的启动工作电流较大，因此ABS电机驱动电路采用由1个H桥驱动芯片TLE6284G和4个MOSFET管组成的方案。TLE6284G是英飞凌公司生产的专注于驱动直流有刷电机的集成芯片，包含过热、欠压、短路等检测功能，它适应大电流的工作环境，能有效驱动电机运转。

3 基于自动代码生成的软件设计

与传统汽车电子嵌入式系统设计相比，采用V模式的开发方式将系统工程学原理应用于现代汽车电子系统设计中，是一种循环的设计模式。它采用基于模型的开发方法，精简了对象描述，简化文档管理和分析，缩短了开发周期，可有效降低设计成本。其中自动代码生成处于V模式的底层，是整个开发过程的关键一步，可实现开发过程中的嵌入式代码的快速生成[5]。

图5为本文在ABS控制器软件开发中，基于Matlab/Simulink的DSP自动代码生成流程。首先基于系统的功能要求，在Matlab/Simulink环境下搭建系统离线仿真模型，并且进行仿真分析，使用Simulink调试器检查仿真结果以及定位和诊断模型中的意外行为；仿真结果得到验证后便可通过Simulink中的Target of TI C2000工具箱，建立针对F28335控制器的嵌入式模型；利用RTW(Real-time Workshop)技术，可自动生成面向编译器的C语言工程文件；使用TI公司的编译器CCS，进一步完成编译连接和下载，最终在控制器上运行。

图5 DSP自动代码生成流程图

基于上述自动代码生成的软件设计方案，使用Matlab/Simulink搭建了针对F28335控制器的嵌入式模型，如图6所示。模型中包括F28335 eZdsp模块、轮速采集、压力采集模块、CAN通讯模块、ABS液压控制模块、电磁阀驱动模块、电机驱动模块和CCP标定模块。此模型经过Maltb/Smulink编译后，可生成面向F28335 DSP的C代码，在Flash中单独运行。

4 硬件在环仿真验证

在电液复合制动硬件在环仿真试验台上进行ABS控制器的调试与验证。试验台利用MK20I型ABS作为液压调节机构，通过改变其控制器接口，可使用自主设计的ABS控制器来控制电磁阀和电动机，保证了液压调节可靠性并减少了试验成本；液压源为自主设计的液压泵，其输出压力在0～20 MPa范围内可调；采用实车制动轮缸及制动盘，通过液压管路与ABS和液压泵相连；压力传感器测量四轮缸压力，并发送到ABS控制器；通用控制器Autobox模拟整车仿真系统，与ABS控制器进行通讯，提供制动盘制动力矩、模拟车速和车轮转速等；监控主机可对Autobox和ABS控制器内的参数进行监控与调整。图7为ABS硬件在环系统结构图。

试验的初始车速为30 m/s，路面的最大附着系数为0.8，最佳滑移率为0.13。采用基于最佳滑移率的控制算法，发出控制指令，控制液压调节单元，实现压力调节。如图8所示，滑移率维持在最佳滑移率0.13左右，只有在车速较低时，开始出现波动，说明该控制器可有效完成ABS防抱死工作。

图8 硬件在环仿真曲线

本文应用F28335型DSP开发设计了基于混合动力车复合制动系统的ABS控制器。介绍了混合动力车制动系统原理，由此设计了ABS硬件电路。采用V模式的开发方式，基于自动代码生成技术，搭建嵌入式Simulink模型，并生成可执行代码。在已开发的硬件在环实验台上验证了控制器的可行性，为将来研究复合制动策略与进行实车试验奠定了基础。

[1]张俊智，薛俊亮，陆欣，等.混合动力城市客车串联式制动能量回馈技术[J].机械工程学报，2009，45(6)：102-106.

[2]赵治国，彭玉钢.四驱混合动力轿车串联式电液复合制动仿真[J].系统仿真学报，2012，24(2)：448-455.

[3]张继红.纯电动汽车电液制动系统再生制动控制策略研究[D].吉林：吉林大学，2011.

[4]刘陵顺.TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5]陈金干，魏学哲.基于DSP的自动代码生成及其在电池管理系统中的应用[J].电子技术应用，2008，34(6)：43-46.