基于C167CR微處理器實現汽車TCS硬件在環仿真系統的設計

隨著單片機的不斷發展，在汽車電子中也得到了越來越廣泛的應用，在發動機電控和汽車制動等許多系統中都采用了ECU。我們開發的汽車驅動力控制系統（Trac tion Control System，TCS）的電子控制單元采用的是Infineon C167 16位單片機作為控制核心。

TCS原理

汽車驅動力控制系統，又稱為加速滑動調節（ASR）是在制動防抱系統（ABS），上延伸出來的。與ABS一樣，TCS的目的也是為了使汽車獲得最大的縱向和橫向附著力，所不同的是，ABS是在制動過程中控制，而TCS是在驅動過程中控制。車胎與路面的附著系數和車輪滑移率的關系如圖1所示。

由圖可以看出當車輪滑移率在15～30%的時候，輪胎與地面的附著系數最大。TCS就是在驅動過程中將驅動輪的滑移率控制在10~15%的范圍內，從而保證了車輛在驅動過程中的方向穩定性，轉向操縱能力，也在一定程度上改善了加速性能。

它的控制原理主要是根據輪速信號傳感器傳來的輪速信號，以非驅動輪輪速度作為汽車速度。然后根據下式算出驅動輪的滑移率

其中Vd代表驅動輪輪速，Vt代表非驅動輪輪速。TCS的作用就是把滑移率控制在峰值附著系數對應的滑移率下。調節作用于驅動輪的驅動力可以通過調節發動機的輸出轉矩、變速器傳動比、差速器鎖緊系數等方面實現，目前使用較多的方法是調節發動機的輸出轉矩，其中又可以通過調節節氣門開度、點火提前角、燃油噴射量及中斷燃油噴射和點火來實現。為了使驅動輪的轉速迅速降低，通常TCS還對驅動輪施加一定的制動力。我們試驗所用的硬件在環仿真試驗臺，就是針對調節節氣門開度和驅動輪制動力相結合的控制方法進行硬件在環仿真。

Infineon C167

16位單片機

C167單片機是Infineon（億恒）科技公司80C166系列中的一款高性能的微處理器。CPU 時鐘頻率最高可達25MHz，片內ROM 128K/256K，片內RAM 11K，尋址能力16M。采用4級流水線，有56個中斷（16個優先級），外設事件控制器PEC，32通道比較/捕捉單元，兩個通用定時器單元，以及4通道的PMW。16個10位的A/D轉換口。C167的I/O接口多達111個。它的串行I/O接口有同步/異步接口UART，高速同步接口SSC。可編程外部總線可對不同地址范圍進行不同的設置。

C167單片機的集成度高，功能多，性能強。C167單片機的品種也比較多，比如C167S、C167CR、C167CS等，這些單片機的I/O基本功能是相同的，都是111根引腳，只是片內RAM以及ROM大小有所不同。

本文采用的單片機型號是C167CR。

TCS硬件在環仿真系統

本文的TCS硬件在環仿真系統是在原有的ABS硬件在環仿真系統上，增加發動機模型、傳動系統模型，在硬件試驗臺上增加副節氣門開度控制的執行機構步進電機，并將ABS的電子控制單元換成了TCS電子控制單元。

系統的框架結構

TCS硬件在環仿真系統的結構框架如圖2所示。

現將系統中各部分功能介紹如下：

·計算機系統：對車輛、發動機、傳動系、輪胎、制動器等模型進行數據處理及運算，發出輪速信號。

·I/O接口：采用高速多功能數據采集卡，進行 A/D、D/A、DI、DO 等操作。

·電壓/頻率轉換電路：V/F電路的主要功能是接收計算機的汽車車輪速度值，并產生相應的脈沖信號以模擬實際的車輪轉速信號。

·電子控制單元：ECU是TCS控制的核心部件，是仿真的主要對象，判斷能否有效的實現防滑控制。

·壓力傳感器、節氣門位置傳感器：是反饋元件，將制動器的壓力響應情況反饋給計算機，為計算機系統的模擬運算提供參數。

·制動器、步進電機：是仿真系統的執行元件，將對TCS控制器的指令做出相應的響應。

·TCS隔斷電磁閥：在TCS工作時將主缸至制動輪缸的管路隔斷。

TCS的ECU電路

TCS的ECU電路包括輪速輸入處理電路、電磁閥驅動電路、電磁閥檢測電路、電源電路、繼電器驅動電路等幾個部分。各部分電路連接的框架如圖3所示。

其中，輪速輸入處理電路（SPEED）將四路輪速傳感器的輸入信號SPD經過整形和濾波，轉換為較好的方波信號SPEED。這4路處理后的信號傳送至C167單片機的P2.0-P2.3引腳，只要在4根引腳上產生1個脈沖信號，系統就會產生1次中斷，可以用于計算輪速。

電源電路（POWER）可將12V電壓降到5V，給單片機供電。

電磁閥驅動電路（MOD）接收來自單片機P2.8~P2.13引腳的控制信號并將信號引至接頭，控制電磁閥動作。

繼電器驅動電路（Relay）控制了泵油電機繼電器，電磁閥繼電器和步進電機繼電器。

此外，還需將副節氣門位置傳感器信號通過A/D輸入引腳P5.6傳送給單片機。

TCS的ECU軟件開發

C167中的算法是用Keil C166編寫的。軟件采用Hitex公司AX166 BONDOUT仿真器進行調試，并且利用了Infineon公司的DAVE2.0軟件進行輔助開發。DAVE是專門為InfineonC500系列和C166系列的開發而設計的輔助工具，能夠方便快捷地對單片機的各個寄存器進行設置，并能生成TASKING C或者KEIL C源程序。

所編寫的控制軟件要求能夠對輸入電路預處理的輪速信號進行采樣、計算和分析，并能及時的發出相應的控制指令。軟件流程結構如圖4。