从CNA总线探究汽车电子机械制动系统的设计 - 电子设计工程杂志社投稿

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从CNA总线探究汽车电子机械制动系统的设计

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汽车作为目前公认的常用交通工具，电子机械制动系统是目前汽车常用的制动系统，比对传统液压系统能够有效提高对制动体系的操作以及可靠性，因为CNA总线可以有效提供控制系统之间的实时性及可靠性、互操作性，能够通过CNA总线多功能集中器，以CAN/USB转接口和上位机(PC)为媒介实现能源管理系统之间的通信，还可以在CNA总线及运动控制器中实现数据传输、贡献，完成电子机械制动控制，可以有效降低操作难度及驾驶的安全性和舒适性，满足现代化汽车功能的发展。

一、汽车电子机械制动系统

汽车电子机械制动系统主要由八大板块构成，重点在中央电子控制单元、电源与能源管理模块、车轮制动模块及电子制动踏板模块这四个模块中，从电子制动踏板模块和驻车制动器以及轮速传感器中接受各种汽车行驶信号，然后通过中央电子控制单元进行数据分析处理，执行处理结果后控制电动机力矩，实现车轮制动。所以汽车电子机械制动系统最为关键的在于信号的传输以及数据分析，现阶段汽车在制动中存在的滞后问题就是因为踏板踩踏后，位移传感器难以快速识别车轮制动状态，并将其传输到中央控制单元控制车轮运动。CNA总线的作用实际上就是充当汽车机械制动系统的传输神经，将汽车制动需求以及状态传输到中央控制器后，再将处理结果进行反馈，汽车四个车轮制动器是独立存在的，所以需要保证车载网络数据高速传输及集中控制，以满足汽车的安全性能。

二、CNA制动系统通信的依据及应用

总线是工业现场以及控制设备间实现双向传输以及多分支形式的通信网络，目前应用比较广的总线主要是基础现场总线、过程现场总线以及CNA等，其中CNA是由德国博世公司开发的，其通信形式为分布式实时控制的串行总线，十分适合制动系统分散结构的通信传输，具有接口简单、可靠性强以及安装方便等特点，但是对环境要求比较高，所以常常需要设置抗干扰装置实现通信的实时性，不过由于CNA布置灵活，数据出错率低一级开发成本低廉，故而在汽车电子机械制动系统中得到广泛应用，将其作为线控制动的通信网络，可以有效地提高汽车电子机械制动系统的数据传输准确性以及高速性，减少系统的响应时间，并且保证汽车的安全性能。

CNA总线在汽车中的应用是最为广泛的，目前在汽车专用车载网络中占据主要地位，但是CNA总线的传输网络标准一共有三类，一是传输位速低于10kbps的低速网络，主要是控制灯光系统等小型执行器，二是面向独立板块的数据通信，其位速在100kbps左右，一般应用在显示仪表及防盗系统中，三是驱动发送机控制系统一类的高速网络，在500kbps～1Mbps之间，应用在汽车行驶相关系统中。

三、基于CNA总线的汽车电子机械系统的软硬件设计

(一)硬件设计。硬件设计主要是硬件电路设计，基于汽车电子机械制动系统的工作要求，需要在汽车驾驶时将踏板位移传感器感受到的驾驶员制动意识识别后传给ECU，然后通过ECU进行信号处理并将处理结果发给电动机进行力矩控制，再将输出结果反馈给执行机构，制动车轮。所以每个车轮需要独立的传感器以及制动器，形成闭合制动回路。再者就是要针对机械制动系统的核心部位ECU进行电路布置，ECU比对其他控制器更为负载，既需要进行数据处理，还需要各种传感器的传入信号，除却一般的脉冲信号以外，还有模拟信号，所以在电路设计中要设计双向回路以及中央控制器，连接到各个制动器或者是执行机构，使得信息能够快速直线传输以及信号分析结果执行，减少汽车电子机械制动系统的响应时间以及响应准确性；电动机驱动器的硬件电路设计则是主要围绕驱动芯片以及外围设备，要在满足驱动性能的要求下符合电动机本身预用的控制需求，所以在硬件电路设计中是较为复杂的，在电路设计中既要设计符合电动机自身运行的闭合回路，更需要将外围设备与总网络布置图连接，实现电动机本身以及中央电子控制器的双向控制，还有就是为了降低工作温度，确保安全性能，所以电线的选择尽可能电阻低以及高传输效果。以此ECU选择的是S3C2410处理器，利用RSIC体系结构可以有效降低功耗以及提升性能，还可以保证频率维持在203MHz，满足CNA总线的借口要求以及网络布置系统设计。

(二)软件设计。软件设计是针对机械制动系统的模块，确保各大子系统的信号传输以及内部运行的安全、稳定性。首先完成子系统的内部编程，利用C语言在总程序中完成预定设计编程，然后在制动系统通电后，利用节点处理器以及CNA控制器实现复位，最后根据ECU选择的S3C2410处理器的芯片完成控制器的初始化，使得汽车电子机械制动系统能够按照功能主次顺序进行编程设定，实现系统主程序的协调功能以及子系统的相对独立以及协同运行。其中需要注意的是，AN通信协议需要根据用户的实际需求完成CAN应用层协议制定，并且只在数据链路层以及物理层执行。CAN要根据标识符分配以及标识符ID大小定义完成系统载体各项功能，保证系统各项运行信号以及信号反馈的传输，所以才需要进行控制器的初始化操作，确保信号收发的完整性以及全面性。因此在控制器初始化过程中要严格按照以下操作执行，首先在CAN控制器通电复位前，将MCP2510执行初始化设置，利用S3C2410芯片的SPI串口设置MCP2510的CS低电平初始化设置，使得MCP2510中断、波特率及过滤器、缓冲区情况实现清空，然后为了确保MCP2510信号传输的快速及完整，在完成任意操作后添加延时程序，确保MCP2510的性能稳定。

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/qikandaodu/2020/1102/744.html