创新药替代威胁创新药
06-18
集成了防抱死制动系统ABS（Anti-lock Braking System）、驱动防滑控制系统ASR（Acceleration Slip Regulation System）和车辆动态控制系统VDC（Vehicle Dynamic Control System）的ABS/ASR/VDC集成系统是汽车主动安全控制系统的核心装置之一。
该系统可以显着提高车辆的制动、行驶、转向操纵性和横向稳定性，减少轮胎磨损和事故风险，增加行车安全性和驾驶便利性[1]。
为了提高系统的可靠性，世界各大汽车主机厂或零部件制造商推出的ABS/ASR/VDC产品均配备了故障诊断系统。
系统通过在线测试电气元件的状态参数来监控ABS/ASR/VDC系统的工作状态，实现系统自诊断。
ABS/ASR/VDC系统中常见的主要故障发生在电磁阀、轮速传感器、电源、电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)、电磁阀总开关等处[2]。
在ABS/ASR/VDC故障诊断系统中，必须对稳压电源、轮速处理电路、电磁阀驱动电路、电磁阀总开关等进行监控。
当ABS/ASR/VDC系统出现故障时，关闭电磁阀主开关，使ABS/ASR/VDC停止工作，恢复正常制动和行驶。
同时存储故障代码，以便维修。
故障代码有多种显示方式：仪表板上故障警示灯闪烁显示故障代码；仪表板上的显示屏直接显示故障代码的编号和信息；专用故障检测器连接到诊断底座并读取获取故障代码 [3]。
现代汽车上配备的ABS/ASR/VDC系统的故障诊断过程一般可分为三个阶段[4]：（1）系统静态自检； (2)汽车启动动态自检； (3))汽车行驶时定时动态自检。
1 ABS/ASR/VDC系统关键部件故障诊断电路 ABS/ASR/VDC系统ECU主要实现轮速信号采集与处理、控制软件存储与运算、调压电磁阀驱动等功能ECU或计算机执行通信等功能。
目前国际几大ABS/ASR/VDC系统厂商均采用主辅双MCU的总体设计方案：主MCU主要负责信号采集、计算和处理，并根据控制逻辑生成相应的控制指令并将它们输出到系统执行机制。
;辅助MCU主要负责检测主MCU的运行状态，并具有一定的故障检测和应急处理功能。
当检测到主MCU无法正常工作或发现故障时，ABS/ASR/VDC会及时退出控制，恢复正常制动和行驶。
本文研究并设计了一种基于双MCU架构的ABS/ASR/VDC故障诊断系统。
1.1电磁阀故障诊断电路 单片机对轮速输入数据进行分析处理后，经过一定的控制逻辑判断后输出相应的控制信号。
控制信号必须经过功率放大才能驱动执行器。
驱动电路的主要作用是将MCU输出的TTL电平转换成执行器所需的驱动电平，并将小电流放大到足以驱动执行器。
另外，由于驱动执行器电流较大，运行时变化较快，处理不当会对电源电压产生较大干扰，造成较大波动。
为了减少干扰，驱动电路与其他电路之间进行电气隔离。
驱动电路设有故障监测电路，实时监测电磁阀的工作状态，并将故障信息及时反馈给单片机。
电磁阀驱动器及其故障诊断电路如图1所示。
1.2轮速传感器故障诊断电路 磁电式轮速传感器的静态故障包括传感器内部电磁线圈短路和断路。
。
系统在自检时可以通过硬件故障诊断电路进行判断和监控。
本文设计了分压电路，通过测量传感器电磁线圈上的分压值来反映传感器的内阻，从而判断是否存在短路或开路故障。
选择CD（四通道双向模拟开关）控制分压电路和轮速信号输出分时工作。
分压电路的总电压为V，与电阻R、芯片CD、传感器内阻和地相连形成回路。
图2所示为轮速传感器故障诊断电路原理图。
该电路的工作原理是，当PA1输出高电平时，6、12脚为高电平，控制脚8、9和10、11脚均导通。
此时V电源电压经过RC和CD内阻、传感器内阻和地形成回路。
PAD01处的电压值间接反映了传感器的内阻。
连接到辅助MCU的AD转换通道，将转换后的值与短路电压限值3.05 V和开路电压限值4.5 V进行比较，通过分别比较，可以推断传感器是否有短路或开路故障；当PA1输出为低电平时，经过反相器，PA1输出为高电平，输入到13、15脚，控制1、2脚和3、4脚均导通，从而由控制器输出轮速信号。
传感器进入轮速处理电路。
1.3 MCU故障诊断电路设计 为了保证主MCU安全可靠运行，设计了SPI（串行外设接口）接口通信电路，辅助MCU通过通信对主MCU进行监控。
SPI是一种高速、高效的同步串行接口，主要用于MCU与外部接口芯片之间交换数据。
通过分别将从机选择 (SS) 引脚拉高和拉低，主 MCU 设置为主机模式，辅助 MCU 设置为从机模式。
具体的SPI通信电路如图3所示。
2 故障诊断接口电路设计 目前国际通用的故障诊断接口和标准是OBD-II，其中包括SAE J-PWM、SAE J-VPW和ISO 。
LIN（Local Interconnect Network）[5]是一种遵循ISO协议规范的低成本串行通信网络，广泛应用于汽车分布式电子系统控制和故障诊断。
其目标是为现有汽车网络提供辅助功能。
因此，LIN总线是一个辅助总线网络。
在对CAN总线的带宽和多功能性要求不高的场合（例如智能传感器和制动设备之间的通信），使用LIN总线可以大大节省成本。
LIN网络也已成为国际标准的故障诊断协议接口。
本文采用ISO2协议，双向通信芯片为Vishay Siliconix公司生产的单端总线收发器SIA[6]。
芯片设计符合ISO故障诊断系统要求。
它具有用于双向通信的内置 K 线驱动器和在数据传输之前唤醒的 L 线接收器。
通信电路如图4所示。
3 故障诊断软件设计 ABS/ASR/VDC故障诊断系统软件包括系统上电和汽车初始自检两部分。
行驶过程中启动并在线检测。
系统自检时，故障指示灯首先亮起。
据此还可以检查故障指示灯及其电路是否有故障。
如果自检通过，约3秒后故障指示灯熄灭，系统自检结束。
如果自检时发现系统出现故障，故障信息将以故障代码的形式存储起来，故障指示灯会持续亮起，提醒驾驶员ABS/ASR/VDC系统正在工作。
有缺陷的。
同时，ABS/ASR/VDC系统退出，恢复正常制动和行驶。
如果自检没有检测到故障，则软件继续运行。
初始自检项目主要包括： (1) 检测系统中存在的故障信息，并查看某些故障信息； (2)通过SPI通信检测主、辅MCU的工作状况； (3)电磁阀主开关的检查：打开和关闭电磁阀主开关，通过测量电磁阀驱动芯片电源电压VBB的值来确定电磁阀主开关的工作状况； (4)电磁阀功能检查：驱动电磁阀工作，判断其工作是否正常； （5）轮速传感器静态故障及汽车启动时轮速差过大的检查； (6)关键软件部分检测，判断程序是否正常运行。
在工作过程中，必须通过ABS/ASR/VDC故障诊断系统实时监控关键部件的工作状态。
如果发现故障，应立即处理。
在线故障诊断主要包括轮速信号的动态检测、电磁阀的实时监测和主MCU的实时监测。
轮速实时诊断程序采用一定的算法判断轮速信号是否异常。
程序逻辑判断如图5所示。
当前轮速度差和后轮速度差的绝对值超过设定阈值时，程序逻辑判断各轮速信号是否存在故障。
图中，DWF、DWR、DWL、DWP分别为前轮转速差、后轮转速差、左轮转速差、右轮转速差的绝对值； DW0是前轮转速差和后轮转速差。
轮速差的差值阈值，DW1、DW2、DW3、DW4分别是DWF、DWR、DWL、DWP的阈值。
考虑到道路法规和汽车的实际行驶状况，每个阈值首先通过理论计算确定，然后通过实验进行修正。
修正后的阈值为：DW0=2公里/小时，DW1=6公里/小时，DW2=5公里/小时，DW3=7公里/小时，DW4=7公里/小时。
4 故障诊断测试验证 ABS/ASR/VDC系统标定测试过程中，当出现电磁阀或轮速等意外故障时，故障指示灯会亮起，ABS/ASR会同时退出。
/VDC控制。
这表明所设计的故障诊断系统能够准确地诊断和处理电磁阀、轮速传感器等故障，通过ECU与故障诊断仪之间的通信，可以实现读取、显示或清除故障码等功能。
将设计的故障诊断系统应用于自主研发的ABS/ASR/VDC集成系统中，并进行了实车道路测试。
测试结果表明，所开发的故障诊断系统能够及时检测关键部件故障，存储故障代码，退出ABS/ASR/VDC控制，保障行车安全。
基于双MCU架构的ECU设计增强了系统的故障诊断能力，并且在一些特殊情况下，辅助MCU可以替代主MCU，大大降低了ECU的故障概率。
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