從CNA總線探究汽車電子機械制動系統的設計

□袁培佩

汽車作為目前公認的常用交通工具，電子機械制動系統是目前汽車常用的制動系統，比對傳統液壓系統能夠有效提高對制動體系的操作以及可靠性，因為CNA總線可以有效提供控制系統之間的實時性及可靠性、互操作性，能夠通過CNA總線多功能集中器，以CAN/USB轉接口和上位機(PC)為媒介實現能源管理系統之間的通信，還可以在CNA總線及運動控制器中實現數據傳輸、貢獻，完成電子機械制動控制，可以有效降低操作難度及駕駛的安全性和舒適性，滿足現代化汽車功能的發展。

一、汽車電子機械制動系統

汽車電子機械制動系統主要由八大板塊構成，重點在中央電子控制單元、電源與能源管理模塊、車輪制動模塊及電子制動踏板模塊這四個模塊中，從電子制動踏板模塊和駐車制動器以及輪速傳感器中接受各種汽車行駛信號，然后通過中央電子控制單元進行數據分析處理，執行處理結果后控制電動機力矩，實現車輪制動。所以汽車電子機械制動系統最為關鍵的在于信號的傳輸以及數據分析，現階段汽車在制動中存在的滯后問題就是因為踏板踩踏后，位移傳感器難以快速識別車輪制動狀態，并將其傳輸到中央控制單元控制車輪運動。CNA總線的作用實際上就是充當汽車機械制動系統的傳輸神經，將汽車制動需求以及狀態傳輸到中央控制器后，再將處理結果進行反饋，汽車四個車輪制動器是獨立存在的，所以需要保證車載網絡數據高速傳輸及集中控制，以滿足汽車的安全性能。

二、CNA制動系統通信的依據及應用

總線是工業現場以及控制設備間實現雙向傳輸以及多分支形式的通信網絡，目前應用比較廣的總線主要是基礎現場總線、過程現場總線以及CNA等，其中CNA是由德國博世公司開發的，其通信形式為分布式實時控制的串行總線，十分適合制動系統分散結構的通信傳輸，具有接口簡單、可靠性強以及安裝方便等特點，但是對環境要求比較高，所以常常需要設置抗干擾裝置實現通信的實時性，不過由于CNA布置靈活，數據出錯率低一級開發成本低廉，故而在汽車電子機械制動系統中得到廣泛應用，將其作為線控制動的通信網絡，可以有效地提高汽車電子機械制動系統的數據傳輸準確性以及高速性，減少系統的響應時間，并且保證汽車的安全性能。

CNA總線在汽車中的應用是最為廣泛的，目前在汽車專用車載網絡中占據主要地位，但是CNA總線的傳輸網絡標準一共有三類，一是傳輸位速低于10kbps的低速網絡，主要是控制燈光系統等小型執行器，二是面向獨立板塊的數據通信，其位速在100kbps左右，一般應用在顯示儀表及防盜系統中，三是驅動發送機控制系統一類的高速網絡，在500kbps～1Mbps之間，應用在汽車行駛相關系統中。

三、基于CNA總線的汽車電子機械系統的軟硬件設計

(一)硬件設計。硬件設計主要是硬件電路設計，基于汽車電子機械制動系統的工作要求，需要在汽車駕駛時將踏板位移傳感器感受到的駕駛員制動意識識別后傳給ECU，然后通過ECU進行信號處理并將處理結果發給電動機進行力矩控制，再將輸出結果反饋給執行機構，制動車輪。所以每個車輪需要獨立的傳感器以及制動器，形成閉合制動回路。再者就是要針對機械制動系統的核心部位ECU進行電路布置，ECU比對其他控制器更為負載，既需要進行數據處理，還需要各種傳感器的傳入信號，除卻一般的脈沖信號以外，還有模擬信號，所以在電路設計中要設計雙向回路以及中央控制器，連接到各個制動器或者是執行機構，使得信息能夠快速直線傳輸以及信號分析結果執行，減少汽車電子機械制動系統的響應時間以及響應準確性；電動機驅動器的硬件電路設計則是主要圍繞驅動芯片以及外圍設備，要在滿足驅動性能的要求下符合電動機本身預用的控制需求，所以在硬件電路設計中是較為復雜的，在電路設計中既要設計符合電動機自身運行的閉合回路，更需要將外圍設備與總網絡布置圖連接，實現電動機本身以及中央電子控制器的雙向控制，還有就是為了降低工作溫度，確保安全性能，所以電線的選擇盡可能電阻低以及高傳輸效果。以此ECU選擇的是S3C2410處理器，利用RSIC體系結構可以有效降低功耗以及提升性能，還可以保證頻率維持在203MHz，滿足CNA總線的借口要求以及網絡布置系統設計。

(二)軟件設計。軟件設計是針對機械制動系統的模塊，確保各大子系統的信號傳輸以及內部運行的安全、穩定性。首先完成子系統的內部編程，利用C語言在總程序中完成預定設計編程，然后在制動系統通電后，利用節點處理器以及CNA控制器實現復位，最后根據ECU選擇的S3C2410處理器的芯片完成控制器的初始化，使得汽車電子機械制動系統能夠按照功能主次順序進行編程設定，實現系統主程序的協調功能以及子系統的相對獨立以及協同運行。其中需要注意的是，AN通信協議需要根據用戶的實際需求完成CAN應用層協議制定，并且只在數據鏈路層以及物理層執行。CAN要根據標識符分配以及標識符ID大小定義完成系統載體各項功能，保證系統各項運行信號以及信號反饋的傳輸，所以才需要進行控制器的初始化操作，確保信號收發的完整性以及全面性。因此在控制器初始化過程中要嚴格按照以下操作執行，首先在CAN控制器通電復位前，將MCP2510執行初始化設置，利用S3C2410芯片的SPI串口設置MCP2510的CS低電平初始化設置，使得MCP2510中斷、波特率及過濾器、緩沖區情況實現清空，然后為了確保MCP2510信號傳輸的快速及完整，在完成任意操作后添加延時程序，確保MCP2510的性能穩定。

四、結語

綜上所述，根據CNA總線在汽車通信機制中的快速、高效以及低耗能等優勢，設計汽車電子機械制動系統時，要根據各大制動板塊的硬件電路以及軟件設計，完成CNA的網絡通信系統布置，確保汽車電子機械制動系統的響應快速，汽車性能穩定。