轿车ABS/ASR/ACC集成化电控系统
3. 集成电控系统硬件电路
ABS/ASR/ACC 集成系统ECU的硬件结构框图如图5 所示，包括以MC9S12DP256芯片为核心的最小系统，传感器处理电路、执行机构驱动电路，以及通讯接口电路。
图5 集成电控系统ECU 结构框图
MCU 是整个系统的核心，它负责数据的采集和处理，所有的逻辑运算以及最终控制的实现。ABS/ASR/ACC 集成系统对其运算能力、存储空间、I/O 接口都有较高的要求。
经过调研，我们选择了Motorola 的HSC12 系列16 位MCU－MC9S12DP256。它有很强的运算能力，丰富的IO 接口和充裕的存储空间，采用STAR 12 CPU，核心运算能力可以达到50M，总线速度可以达到25M，采用了优化的指令集，使指令的运算速度得到了很大的提高。通过片内的PLL 功能可以方便的选择MCU 的核心频率而不管外部晶振频率的多少。片内集成了256K flash，4K EEPROM 和12K RAM，完全可以满足程序对存储空间的要求。有丰富的IO 接口，包括2 个异步串行通讯接口（SCI），3 个同步串行通讯接口（SPI），8 通道输入捕捉/输出比较（IC/OC），16 个10 位AD接口，8 路PWM，29 路独立的数字IO 接口，20 路带中断和唤醒功能的数字IO 接口，5 路CAN 总线接口，1 个IIC 总线接口，1 个BDLC（J1850）接口。
另外，利用CodeWarrior 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE），通过背景调试方式（Background debug mode，BDM），下载控制程序和修改相关参数，在不干扰目标程序运行情况下，实时监测各寄存器和存储器，实现了控制程序的板上在线调试，从而提高了集成系统的开发效率和试验的方便性，缩短了试验周期。
3.2 外围电路
硬件外围电路部分采用了模块化设计，即把电控单元划分成不同的模块，将比较成熟固定的模块组成一块单独的电路板，研究过程中变化较大的模块组成另一块单独的电路板，板与板之间通过IO 扩展线进行通信。这种设计具有以下优点：
1）有利于试验过程中对系统的维护和扩展。试验过程中有很多不确定的因素，有时某一部分损坏需要进行更换，有时为了试验的需要还要另外添加硬件电路，如果把整个系统做在一块电路上，一旦需要更改电路或者对系统进行扩展，就必须重新设计整块电路，这样会造成时间和金钱上的浪费。采用模块化设计，只需在相应模块上要改变或添加即可，避免了许多重复的劳动，缩短了设计周期。
2）从电气特性上看，模块化设计有更好的电气特性。各个模块之间是隔离的，这样各个模块之间就不会有相互影响。例如，驱动模块是这些模块中最大的干扰源，尤其对A/D 转换和、MCU 的工作影响很大。为此在设计中，对驱动模块单独供电，与其有关的信号线采取了隔离措施，这样就不会对其它模块部分造成电气干扰影响。
根据ABS/ASR/ACC 集成系统的特点和开发经验，将整个电控单元分为了A 板和B 板，两块电路板之间通过IO 总线扩展插槽连接。
3.2.1 A 板介绍
A 板主要包括主控芯片MC9S12DP256 及其最小系统外围电路、通讯接口电路和主要的数据采集电路。
MC9S12DP256 最小系统包括电源模块、外围复位电路、时钟晶振电路、工作模式选择等。
通讯接口电路包括BDM 接口，两路SCI 串口通讯接口电路，其中一路通过硬件跳线选择可连接K-LINE 故障诊断驱动芯片MC33199 或与外部设备通讯，另一路预留扩展USB 通讯；利用CAN 驱动芯片PCA82C250 引出两路CAN 通讯节点，一路预留给车距信号通讯，另一路与其它要求高速数据传输的控制单元通讯。
图6 A 板电路结构示意图
表1 集成系统采集信号 
B 板主要包括执行机构驱动电路和开关量信号处理电路。
系统驱动的执行机构主要包括ABS 压力调节器的四个常开进油阀（驱动电流3.6A），四个常闭出油电磁阀（驱动电流2.4A），两个工作模式切换电磁阀（驱动电流2.2A），一个ABS 电动机驱动开关（驱动电流8.4A），一个ASR 电动机控制开关（驱动电流1.8A）。
ASR、ACC、HAC 子系统的使能信号及工作指示灯部分的相关电路也放在该电路板上。
ABS/ASR/ACC 集成电控系统端口资源分配表见附件1。
图7 数据采集板主要结构示意图
汽车ABS/ASR/ACC 集成化系统中每一子系统都是复杂的控制系统，集成后形成的集成化系统更是一个非常复杂的控制系统，软件系统是其核心部分，它决定着整个系统运行的好坏、控制效果的优劣。软件系统的集成并不是把ABS、ASR、ACC 子控制系统简单的累加，而是要把它们有机的融合，还要考虑到软件运行的实时性、可靠性，控制算法的优化等问题。
汽车ABS/ASR/ACC 集成化系统的软件模块主要由系统初始化模块、启动自检模块、主控制模块、数据采集模块、数据处理模块、参考车速计算模块、路面识别模块、车辆运动状态识别模块、控制决策和执行机构动作模块、故障诊断模块、通讯模块等几大部分组成，各模块由主控制模块按任务管理机制实时进行统一调度，分配运行时间，进行数据和信号的交换。总体框图如图8 所示。
图8 ABS/ASR/ACC 集成系统软件结构简图
系统初始化模块在系统上电复位时对系统进行初始化。初始化内容包括MCU 内部的时钟、各端口设置、串行通讯接口、模拟和数字通道、看门狗定时器、系统变量等，以保证MCU 正常运行。
对集成系统的执行机构进行复位，确保车辆的安全行驶。
4.2 系统启动自检模块
为了使系统安全运行，系统在复位和初始化完毕后要进行自检，对系统的关键软、硬件部分进行静态检测，以判断系统的软、硬件工作是否正常。
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