基于C167CR微处理器实现汽车TCS硬件在环仿真系统的设计

随着单片机的不断发展，在汽车电子中也得到了越来越广泛的应用，在发动机电控和汽车制动等许多系统中都采用了ECU。我们开发的汽车驱动力控制系统（Traction Control System，TCS）的电子控制单元采用的是Infineon C167 16位单片机作为控制核心。

TCS原理

汽车驱动力控制系统，又称为加速滑动调节 （ASR）是在制动防抱系统（ABS），上延伸出来的。与ABS一样，TCS的目的也是为了使汽车获得最大的纵向和横向附着力，所不同的是，ABS是在制动过程中控制，而TCS是在驱动过程中控制。车胎与路面的附着系数和车轮滑移率的关系如图1所示。

由图可以看出当车轮滑移率在15～30%的时候，轮胎与地面的附着系数最大。TCS就是在驱动过程中将驱动轮的滑移率控制在10~15%的范围内，从而保证了车辆在驱动过程中的方向稳定性，转向操纵能力，也在一定程度上改善了加速性能。

它的控制原理主要是根据轮速信号传感器传来的轮速信号，以非驱动轮轮速度作为汽车速度。然后根据下式算出驱动轮的滑移率

其中Vd代表驱动轮轮速，Vt代表非驱动轮轮速。TCS的作用就是把滑移率控制在峰值附着系数对应的滑移率下。调节作用于驱动轮的驱动力可以通过调节发动机的输出转矩、变速器传动比、差速器锁紧系数等方面实现，目前使用较多的方法是调节发动机的输出转矩，其中又可以通过调节节气门开度、点火提前角、燃油喷射量及中断燃油喷射和点火来实现。为了使驱动轮的转速迅速降低，通常TCS还对驱动轮施加一定的制动力。我们试验所用的硬件在环仿真试验台，就是针对调节节气门开度和驱动轮制动力相结合的控制方法进行硬件在环仿真。

Infineon C167

16位单片机

C167单片机是Infineon（亿恒）科技公司80C166系列中的一款高性能的微处理器。CPU时钟频率最高可达25MHz，片内ROM 128K/256K，片内RAM 11K，寻址能力16M。采用4级流水线，有56个中断（16个优先级），外设事件控制器PEC，32通道比较/捕捉单元，两个通用定时器单元，以及4通道的PMW。16个10位的A/D转换口。C167的I/O接口多达111个。它的串行I/O接口有同步/异步接口UART，高速同步接口SSC。可编程外部总线可对不同地址范围进行不同的设置。

C167单片机的集成度高，功能多，性能强。C167单片机的品种也比较多，比如C167S、C167CR、C167CS等，这些单片机的I/O基本功能是相同的，都是111根引脚，只是片内RAM以及ROM大小有所不同。

本文采用的单片机型号是C167CR。

TCS硬件在环仿真系统

本文的TCS硬件在环仿真系统是在原有的ABS硬件在环仿真系统上，增加发动机模型、传动系统模型，在硬件试验台上增加副节气门开度控制的执行机构步进电机，并将ABS的电子控制单元换成了TCS电子控制单元。

系统的框架结构

TCS硬件在环仿真系统的结构框架如图2所示。

现将系统中各部分功能介绍如下：

·计算机系统：对车辆、发动机、传动系、轮胎、制动器等模型进行数据处理及运算，发出轮速信号。

·I/O接口：采用高速多功能数据采集卡，进行 A/D、D/A、DI、DO 等操作。

·电压/频率转换电路：V/F电路的主要功能是接收计算机的汽车车轮速度值，并产生相应的脉冲信号以模拟实际的车轮转速信号。

·电子控制单元：ECU是TCS控制的核心部件，是仿真的主要对象，判断能否有效的实现防滑控制。

·压力传感器、节气门位置传感器：是反馈元件，将制动器的压力响应情况反馈给计算机，为计算机系统的模拟运算提供参数。

·制动器、步进电机：是仿真系统的执行元件，将对TCS控制器的指令做出相应的响应。

·TCS隔断电磁阀：在TCS工作时将主缸至制动轮缸的管路隔断。

TCS的ECU电路

TCS的ECU电路包括轮速输入处理电路、电磁阀驱动电路、电磁阀检测电路、电源电路、继电器驱动电路等几个部分。各部分电路连接的框架如图3所示。

其中，轮速输入处理电路（SPEED）将四路轮速传感器的输入信号SPD经过整形和滤波，转换为较好的方波信号SPEED。这4路处理后的信号传送至C167单片机的P2.0-P2.3引脚，只要在4根引脚上产生1个脉冲信号，系统就会产生1次中断，可以用于计算轮速。

电源电路（POWER）可将12V电压降到5V，给单片机供电。

电磁阀驱动电路（MOD）接收来自单片机P2.8~P2.13引脚的控制信号并将信号引至接头，控制电磁阀动作。

继电器驱动电路（Relay）控制了泵油电机继电器，电磁阀继电器和步进电机继电器。

此外，还需将副节气门位置传感器信号通过A/D输入引脚P5.6传送给单片机。

TCS的ECU软件开发

C167中的算法是用Keil C166编写的。软件采用Hitex公司AX166 BONDOUT仿真器进行调试，并且利用了Infineon公司的DAVE2.0软件进行辅助开发。DAVE是专门为InfineonC500系列和C166系列的开发而设计的辅助工具，能够方便快捷地对单片机的各个寄存器进行设置，并能生成TASKING C或者KEIL C源程序。

所编写的控制软件要求能够对输入电路预处理的轮速信号进行采样、计算和分析，并能及时的发出相应的控制指令。软件流程结构如图4。

结语

TCS硬件在环仿真系统能够较好地仿真汽车的TCS系统，比较准确地反映出TCS的工作状况，利用硬件在环仿真系统，可以方便地修改TCS的算法逻辑以及主要控制参数，通过仿真对比以确定最佳的TCS控制方案和参数，这样就加快了我们对TCS的研究和开发的进程，达到事半功倍的作用。