基于DSP嵌入式技术的智能刹车控制系统研究

　　1 引言

　　赛车刹车系统是赛车系统上具有相对独立功能的子系统，其作用是承受赛车的静态重量、动态冲击载荷以及吸收赛车刹车时的动能，实现赛车的制动与控制。其性能的好坏直接影响到赛车的快速反应、安全制动和生存能力，进而影响赛车的整体性能。本文设计了赛车全电防滑刹车控制器的硬件和软件，最后研究了适合于赛车刹车的控制律。

　　2 系统硬件电路设计

　　本赛车刹车控制器是由防滑控制器和电机驱动控制器组成。两个控制器都是以DSP芯片为核心。防滑控制器主要是以滑移率为控制对象，输出给定的刹车压力，以DSP芯片为CPU，外加赛车和机轮速度信号调理电路等。电机驱动控制器主要是调节刹车压力大小，并且控制电动机电流大小，也是以DSP芯片为CPU，再加外围电路电动机电流反馈调理电路、过流保护电路、刹车压力调理电路、四组三相全桥逆变电路等构成电机驱动控制器。

　　2.1 DSP的最小系统

　　DSP的最小系统主要涉及存储器扩展、JTAG接口配置、复位电路、ADC模块的设置以及时钟电路的设计等。

　　1、片外存储器扩展。片外存储器是为了弥补DSP内部RAM的不足，同时也考虑到调试过程中可以方便将程序下载到片外高速Static RAM中。外部的静态随机存储器采用CY7C1041CV33。DSP既可以使用片内程序存储器，也可以使用片外程序存储器，这由引脚XMP刀MC决定的。JTAG接口。在程序需要调试时，程序下载是通过JTAG接口完成的，这个接口经过仿真器与PC机的并行口相连。

　　2、复位电路与时钟源模块。用阻容电路产生上电复位和手动复位的低电平复位电路，产生复位信号。外加一个硬件看门狗，其输出端产生复位信号WDRST。电源芯片的两个输入都为+5V，输出为+1.9V和+3.3V电源为DSP供电，输出电源分别有两个复位信号，当电源不稳或过低时，将产生复位信号。

　　3、模数转换ADC模块的硬件配置。模数转换ADC输出电压2V，要求输出端接一个低的ESR容量为10μF的陶瓷电容到模拟地。如果软件设置在外部参考模式下，ADCREFP能够接外部输入为2V的参考电压，并且接一个低的ESR容量为1μF到10μF的电容。否则，AD的内部参考源的精度将受到影响。

　　2.2赛车前轮与刹车机轮速度信号处理电路

　　赛车防滑控制器主要是以滑移率为控制对象，防止赛车打滑，由滑移率的偏差大小调节后输出压力参考值，以跟踪给定的滑移率大小。防滑控制器上必须有赛车前轮和刹车机轮速度信号的调理电路，主要是为了得到反馈的滑移率。赛车速度信号是以自由滚动的赛车前轮速度信号代替。在赛车的前轮与刹车机轮上都装有测速传感器，当轮子转动时，测速传感器会产生正弦波形式的交流信号，机轮每转动一圈，测速传感器发出50个周期的正弦交流信号。正弦交流信号的振幅随轮子速度的变化而变化，其信号为偏压2.5V，峰值为0.3V，最大信号幅值不超过5V的正弦波信号。将此正弦波信号转换成同频率的方波后送入DSP的捕获单元，捕获方波相邻上升沿的计数值间隔ncapture，即可计算得到轮子的转速值V。由于CPUCLK为150MHz，捕获时基为其中的一个定时器，n为CPUCLK的分频系数，凡为轮子的滚动半径，那么轮子速度的计算式为：

　　 （1）

　　调理电路如图1所示：

　　

　　图1 速度调理电路

　　2.3 逻辑信号电路

　　电机驱动器选用ALTERA公司的MAX7000A系列器件对电机的转子位置等信号进行逻辑处理，选用多达有76路可编程I/0口和100引脚的EPM7128AE，该CPLD能够满足系统设计要求。器件EPM7128AE实现了电机的三相全桥逆变电路触发信号、过流保护、正反转、三相全桥的开通与关断等功能。一片CPLD器件EPM7128AE上有两个电机的逻辑信号。由于无刷直流电动机的霍尔位置传感器CS3020的输出是集电极开路结构，故上拉2KΩ电阻，再把霍尔信号SA， SB， SC送到CPLD的输入端口。其JTAG接口的TMS， TCK， TDI， TDO四个端子必须接上拉电阻，再接+5V电源。

　　2.4 无刷直流电动机的功率驱动电路

　　无刷直流电动机的功率驱动电路采用以IR公司的专用驱动芯片IR2130为中心的6个N沟道的MOSFET管组成的三相全桥逆变电路。其输入为以功率地为地的PWM波，送到IR2130的输入端口，输出控制N沟道的功率驱动管MOSFET，由此驱动无刷直流电动机。采用这种驱动方式主要是功率驱动芯片IR2130对“自举”技术形成悬浮的高压侧电源的巧妙运用，简化了整个驱动电路的设计，提高了系统的可靠性。而且IR2130驱动芯片内置死区电路，以及过流保护和欠压保护等功能，大大降低了电路设计的复杂度，进一步提高了系统的可靠性。