基于CAN总线的汽车电子机械制动系统设计

DOI：10.3969/j.issn.2095 - 509X.2018.05. 013
基于C A N总线的汽车电子机械制动系统设计
赵坤$，2,郑颖$，2,王栋$，2
(1•& 航空学院车辆工程学院，710077 $
(2. & 检测工程技术研究中心，710077$
摘要：为满足现代车辆对电子机械制动系统的制动要求，通过分析汽车电子机械制动系统制动效 果和C A N总 ，提出了一种基于C A N总线的 子机 系统的 方案。

基于C A N总线的 子机 系统采用A R M S3C2410为主控制处理器，基于C A N总线完成主从节点数据通信，从处理器A T89C51接收总线控制信号，完成电子机械制动控制。

该系统 现了对 智 、一体 ，降低了操作难度，了的性、舒适性。

关键词：电子机 系统；#C A N总线；通信
中图分类号:F407.472文献标识码:A
近年来，社会日渐发展，科技不断进步，人们物 生活得到极大 ，已成为公认的最常用的
交通工具。

随着 的普及，人 能出了 的 。

的 重 是汽制动性能[1]。

传统的液压制动系统由于制动响应速度慢、管 、制动液泄漏易造成：，已无法满足 制动发展的[2_3]。

电子机械制动（e le ctro-m e chan ica l b ra k e，E M B$ 系 统以线控技术为基础，利用中;L、控制 进彳了电子制动踏板及传感器丨旨号米集，并基于控制算法获得 制动力，然后利用总线进行信号传输，使制
动执行机构运动。

电子机械制动系统能够实、、响应的制动性能，操作方便，系统，成本低廉，且能 避免制动液泄漏，安全，已成为 制动行业发展方向[^6]。

于线控制动，由于制动中 采集 大
，因解决控制信号通信问题[7]。

以为基础的传统串行通信方式占用 大，且其
交 与工作 相关，若工作：恶，交 。

C A N 总 由于具的实时 纠错能力、的通 错、的传输 ，且满足差分收发扰环传输，已成为线控制动的重要通信方式[8_9]。

本 基于C A N总线通信，进行 ：子机械制动系统的模块化设计。

文章编号:2095 -509X(2018)05 -0061 -04
1系统总体设计方案
!1汽车电子机械制动系统组成
子机械制动系统E C U(中 子
控制 $、源与能源管、制动 ：以及电子制动踏 ，具组成结构1所。

其中电子制动踏 3个部分，即
拟器、传器以及制动踏板。

电子制动踏板 的 传感器接收 号，并将其传
输给E C U，E C U进行 分析 ，实 动机力
矩控制。

制动 进行制动操作。

汽车电子机械制动系统控制组成框架图
!2汽车电子机械制动系统设计方案
在进行制动时经 制动滞后问题，因在具体制动过程中，踩下踏板，踏
传感器迅速 制动 ，响应速率。

汽
4 的制动器必须保持 ，利用具 速
传输的 网络进行集中控制，满足
會泛。

基于此，本利用C A N总线通信方式进行
2018年5月机械设计与制造工程 May.2018第47 卷第 5 期Machine Design and Manufacturing Engineering V〇l.47 No.5
s s
機
收稿日期:2017 -05 -12
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（310822171116);西安航空学院校级科研项目（2017KY1217)
作者简介:赵坤（1981—$，男，陕西西安人，西安航空学院讲师，硕士，主要研究方向为机械电子工程。

• 61 •
2017年第46卷
机械设计与制造工程
AT89S52
图4 C A N 总线通信电路
对于微控制器及C A N 控制器，其复位电路选 62 •
用M A X 708芯片，该芯片可以实现高低电平有效复
E M B 控制系统设计，具
2所示。

图2 基于C A N 的E M B 控制系统设计
2硬件电路设计2.1
硬
方案
子机械制动系统的具体工作为:汽车驾
踩下制动踏板，踏
传感器
号
制动
，并将 结果发送给E C U ，E C U 进行信号
分析，
号一方面控制电动机进行力矩输出，另一方面使执行机构产生制动 力，并将结果作用于。

制动力大小取决于的转向摆角以及与 的摩擦 ，所以于
每 必须 装传感器以及制动器，使其形
成
、闭的制动。

图3
为
子机
械制动系统的总体结构
组成框
，其 「
E C U 、A /D
:
、信号采集、制动踏板单元
以及直
动机 。

在
子机械制动系统中，其脏为
E C U ，
可接收各传感器传入的信号，进行信号
分图3汽车电子机械制动系统硬件结构图
析。

传的信号
脉 号， 拟号。

电
动机驱动器 驱动芯
围设备两部分。

对 于电动机驱动器， 子机械制动系统对电
动机驱动性能的 ，
动机本
行需
的控制 ，
满足驱动器的抗干扰性能
和工作温度。

本文的E C U 采用S 3C 2410
器，该处理器采用S S I C
体系结构，频率高达
203M H z ，是一款功耗低、性能的
器，串行接
口丰富， 于接C A N
控制器。

2.2
C A N
总线通信电路
图4 为
C A N
总线通
，由3个部分
组成，即C A N
控制器、收发器、微控制器。

三者的
芯片分别选用SJA 1000、C T M 1050T 以及A T 89C 52。

其中
C T M 1050T
芯片是目前唯一可以实现DC 2 500V
电器隔离的收发器芯片，可以避免由于浪
涌、干扰产生的
故
总线错误问题，其 ‘
C A N
收发器、E S D 总
源保护电路、隔等，通过S X D 和
T X D
引脚便可与SJA 1000相。

0 1.
2.34
5
.
6
7
P
P P P P P P P
G
N o E /P R P S
7 6 5 4 3 2 1 O -R -D
2.2.2.2
2.2.2.2.^p R r p p p p p p p P -V -I
^/v r A
r A L ^T T O T l
01234567d d d _ l EAy XT XT RS T N T N T O T l P1.P1.P1.P1.P1.P1.P1.P1.RXT TX GN
A
动
电.电动机驱
动
器
2018年第5期
赵坤!基于CAN 总线的汽车电子机械制动系统设计
〇1^-------------------0
10
20 30
40 50
踏板位移
/m
图7踏板位移与电枢电压关系
CAN
初始化
程序
图5软件部分总体结构
C A N
通 议只在 层
层完成，因在进行 设计时，用
实
成C A N 应用层协议制定。

C A N
分配、 #大
义其优先级。

C A N 总是系统设计的 ，C A N 通信程序是完成其他
功能的。

C A N 通信是
在控制器初始化基
础上，然后进行信息收发。

3.1 控制器
C A N
控制器通电复位后模式是C o n fig u ra tio n ，
在运行前需要进行初始化。

对于M CP 2510,其初 始化设置为：S 3C 2410芯片通过S P I 串口设置向
M CP 2510的片选C S 输出一个低电平进行初始化， M CP 2510初始化设置内容包括使能中断、波特率
及过滤器设置、收发缓 。

为避免
M CP 2510,忙”，进而影响数据传输的完整性，完成 任
作后
添加一
时程序。

下是实现
读写功能的部分函数！
s 3c 2410一mcp 2510一w rite " data );//控制器写数据
s 3c 2410一m cp 2510一read " data );//控制器读数据 s 3c 2410一m cp 2510」o ctl ( d a ta );//完成总线波
始
3.2
收发流程
6
为
C A N
报文收发程 程图。

发程 6
(a ) ，首先判断缓
是否空闲，如
号的同时输出，是一种微 器电源监控芯。

通过V C C 、手动 输入的方式控制触发复位信号。

3
软件设
子机械制动系统的
基于
：
进行设计，各子统首先完成内部编程，在总程
中调用，利用C 语言进行编程。

制动系统通电
后，节点 器和C A N 控制器 ，然后由
S 3C 2410芯进行控制器初始化。

程 功能
顺 ，
5 。

其中系统主程序在第一级，
子程序；C A N 通信程序、执
行器驱动程序、信号采集程
在。

CAN
CAN
接收发送
子程序子程序
闲， 释放缓 ，然后 ； 发送
之前要检测待发 的 式是否满足 ，满足
，置
，启动发送程序。

⑻发送流程图 （b )接收程序流程
图6
C A N 报文发送与接收程序流程
图6(b )为接收程 程图。

相于发送程序，接收程
，
实接收功能，
接收
溢出及错误报警。

制动系统设计
的通信实时性，因 选择中断接收方式。

控制器接收 直至缓
满，中断触发，向
器发
接收
中断请求，完成
接收。

4
基于
CAN 总线的汽车电子机械制动系
统性能模拟实验子机械制动系统
：1)动机驱动
器，型号为A Q M D 2410N S ;2)
传器，型号为K T R
-A ，
为 0 〜100m m ;3)
传感器JY V S -DC 0075D ，
为0〜30V ;4)力矩传感器，型号为
A K C
-11，力矩为0〜50N + m 。

图7 为踏 与电动机电枢 。

由 知，
而，
踏 与电动机电枢 存在
，表踏
传感器采集的踏
号通过E C U 处
，
结果由电动机驱动，产生的电枢电压在正
范围内。

A
/m #s
•
63 •
2017年第46卷机械设计与制造工程
10
20 30
40 50
踏被位參
/m
图8
踏板位移与电动机输出力矩关系
图9为执行机构负载特性曲线。

执行机构负 是指系统
行
下作用在制动盘压力与丝杠
的。

由
知： 杠
增
，制动盘压力增大；
曲
分光滑，制动
盘压力与丝杠 存在。

拟曲线与实
测曲线重 ，这表明执行机构 。

5结束语
本 研究了 C A N 总线通信在 子机
械制动系统中的应用。

子机械制动系统是
图8为踏 与电动机输出力矩。

由图
知，踏
与电动机输出力矩存在
，表统克服了电动机本身存在的磁滞。

控技术在制动领域的应用，具 快的响应速
度、 的控制精度 扩展性。

C A N 总线由于具 的实时 纠错能力、 的通错性、 的传输 ，且满足差分收发 干
扰
， 解制动中 采集 大的问题。

基于C A N 总线的 子机械制
动系统的 设计方案，可实 左右后 會巨、一 控制， 了作难度，提高了驾驶的安
、舒适性。

参考文献：
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D e s ig n o f a u t o m o t iv e e l e c t r o n ic m e c h a n ic a l b r a k i n g s y s te m b a s e d o n C A N
b u s
Z H A O K u n ，Z H E N G Y in g ，W A N G Dong
(In s titu te o f V eh icles E n g in e e rin g ，X ia n A e ro n a u tica l U n iv e rs ity ，Shaanxi X ia n ，710077，C h in a )
A b s t r a c t :In order to m eet tlie b ra k in g requirem ents o f m odern e le ctron ic ve h icle brak b ra k in g effect o f autom otive e le ctron ic m ech an ical brake system and the advantages o f C A N b u s ，proposes a k in d
o f m od ulariza tion o f autom obile electron ic
m ech an ical
brake system
based
on
C A N
sor S 3C 2410 as the
m ain
con tro l pro cessor ，it realizes
data
com m u nica tion between the m aster and
ses the processor A T 89C 51 to receive bus c on tro l signal and com pletes the e le ctron ic m ech an ical brake c o n tro l .The system can achieve the
le ft
and rig h t
rear
w heel
integrated
c o n tro l ，reduce the
prove the d riv in g safety and co m fo rt .
K e y w o r d s :electron ic m echanical brake system ； a u to m o b ile ； C A N b u s ； com m unication
?.
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