基于嵌入式系统的汽车底盘集成控制器的研究

摘要

电子控制单元ECU是汽车底盘集成控制系统GCC实现的关键技术，在此基础之上才能实现对汽车操纵稳定性的控制，以提高汽车的安全性能。本文提出并实现了一种基于现代半导体制造技术的汽车底盘集成控制器电子控制单元的设计方案，初步实现了底盘集成控制系统中的主动制动控制系统（电子稳定性程序ESP）和主动转向控制系统（四轮转向系统4WS）的集成。
　　 本文研究的主要内容包括：
　　 （1）首先分析各类车载传感器的性能和输出信号，在此基础上设计ECU的输入信号处理电路，将各种信号转换为微控制器能够接收的数字信号；
　　 （2）选用Freescale公司的MC9S12DGl28B单片机作为底盘集成控制器的微控制器，进而结合输出信号处理电路的要求，分配微控制器的I/O接口，并选用汽车电子领域的专用智能元器件设计执行元件的驱动电路，进而估算出系统的电源要求，选用电源芯片，设计电源电路；
　　 （3）根据硬件设计方案设计系统电路原理图，制造PCB，装配电子元器件，并对各个输入/输出接口电路进行调试，实现传感器信号的采集和执行机构的驱动；
　　 （4）针对本文设计的GCC功能要求植入嵌入式多任务实时操作系统μC/OS-Ⅱ，在此基础上提出控制系统的软件架构；
　　 （5）将设计好的汽车电子控制单元ECU安装在车辆实验台架上进行仿真试验，通过试验结果来检验ECU设计方案的正确性和可行性。
　　 通过初步的实验结果表明，本文所设计的汽车底盘集成控制器基本满足了主动制动系统和转向系统集成控制的要求，设计方案是正确且可行的。原型控制器具有一定的实用价值，对汽车底盘集成控制器的进一步研究具有积极的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 汽车主动安全性系统发展的历史与现状

1.2.1 ESP技术发展的历史与现状

1.2.24WS技术发展的历史与现状

1.3 汽车底盘集成控制系统的发展

1.4 ECU在汽车底盘集成控制系统中的重要性

1.5 本论文的主要研究内容及其意义

1.5.1 本论文的主要研究内容

1.5.2 本论文的主要研究创新点

1.5.3 本论文的主要研究意义

第二章 汽车操纵稳定性控制技术

2.1 GCC系统基本技术

2.1.1 汽车底盘电子控制的理论基础和特征

2.1.2 汽车底盘常见的电子控制系统

2.1.3 底盘电子控制网络化和全局协调化的发展趋势

2.2 ESP系统基本技术

2.2.1 ESP系统的控制原理

2.2.2 ESP系统的基本结构

2.34WS系统基本技术

2.3.14WS系统的控制原理

2.3.24WS系统的基本结构

2.4 本章小结

第三章 汽车底盘集成控制器的硬件系统设计

3.1 控制器ECU的硬件系统设计方案

3.1.1 设计方案一

3.1.2 设计方案二

3.1.3 设计方案三

3.2 微控制器最小系统设计

3.3 系统电源设计

3.4 输入信号外围处理电路设计

3.4.1 轮速信号采集电路

3.4.2 方向盘转角信号采集电路

3.4.3 后轮电机转角信号采集电路

3.4.4 横摆角速度和侧向加速度信号采集电路

3.4.5 轮缸压力传感器信号、节气门位置信号采集电路

3.5 输出信号外围处理电路设计

3.5.1 后轮转向电机驱动电路

3.5.2 液压调节单元回油泵马达和电磁阀驱动电路

3.6 CAN总线通信接口及其他端口电路设计

3.7 本章小结

第四章 汽车底盘集成控制器的软件系统设计

4.1 汽车底盘集成控制器的软件驱动程序设计

4.1.1 轮速信号的采集与处理

4.1.2 方向盘转角信号与后轮电机转角信号的采集

4.1.3 车身横摆角速度和侧向加速度信号的采集

4.1.4 电磁阀电机驱动

4.1.5 CAN总线驱动

4.2 嵌入式实时操作系统

4.2.1 嵌入式实时操作系统简介

4.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式多任务实时操作系统的移植

4.2.3 多任务系统任务的划分、创建和调度

4.3 基于μC/OS-Ⅱ的汽车底盘集成控制器的系统架构设计

4.4 本章小结

第五章 基于dSPACE平台的汽车底盘集成控制器的硬件在环仿真

5.1 硬件在环仿真系统

5.2 硬件在环仿真实验及其结果

5.2.1 轮速采集实验

5.2.2 前轮转角和后轮转角采集实验

5.2.3 横摆角速度和侧向加速度采集实验

5.2.4 液压集成控制单元驱动实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总 结

6.2 展望

致谢

参考文献

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