自動泊車控制器硬件電路設(shè)計

陳仲堂

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著科技的不斷發(fā)展，智能駕駛技術(shù)己經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點和汽車工業(yè)增長的新動力，很多國家都將其納入到重點發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，而自動泊車作為智能駕駛技術(shù)的重要組成部分，近年來也逐漸成為各大主機廠及科研院所的研究重點。自動泊車系統(tǒng)能有效地減少由于停車而引起的碰擦性交通事故，并能在一定程度上緩解城市停車擁堵的情況，當駕駛員啟動自動泊車系統(tǒng)后，系統(tǒng)會自動尋找本車兩側(cè)的可用車位并對駕駛員做出提醒，在駕駛員接受車位后，系統(tǒng)會接管車輛轉(zhuǎn)向控制權(quán)實現(xiàn)自動泊車入位［1］。由此可見，自動泊車系統(tǒng)在提高泊車舒適性的同時也極大地提升了泊車的安全性，具有較大的市場推廣應(yīng)用價值。

1 硬件總體架構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)自動泊車功能，泊車控制器需要完成開關(guān)、輪速、擋位、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩、超聲波雷達信號等信息的采集和處理，基于這些功能需求，構(gòu)建圖1所示系統(tǒng)架構(gòu)。

1.1 微處理器芯片選型

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)和功能需求分析，控制芯片選用英飛凌公司開發(fā)的XC866型單片機，該芯片基于與工業(yè)標準8051處理器兼容的XC800內(nèi)核設(shè)計［2］。

1.2 控制模塊電路

1）JTAG接口電路 JTAG接口電路的作用是將單片機和仿真器連接起來，方便程序的調(diào)試和下載。根據(jù)XC866芯片的端口要求設(shè)計如圖2所示的接口電路。

圖1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 JTAG接口電路

2）MCU最小系統(tǒng)設(shè)計 MCU最小系統(tǒng)是整個泊車控制器的核心控制中樞，穩(wěn)定的最小系統(tǒng)是控制器長期穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。為了增強系統(tǒng)的可靠性，在MCU外圍電路中增加復(fù)位電路，如圖3所示，使系統(tǒng)在失控情況下能夠及時恢復(fù)。

圖3 MCU最小系統(tǒng)

2 泊車控制器硬件方案

2.1 測距模塊電路設(shè)計

在本系統(tǒng)中采用超聲波雷達傳感器進行測距，基于所采用探頭的通信數(shù)據(jù)格式，設(shè)計如圖4所示的測距隔離電路，通過縮放模擬信號并進行信號隔離，提高數(shù)據(jù)采集精度。

圖4 測距隔離電路

2.2 輪速采集模塊電路設(shè)計

從輪速傳感器中獲取輪速脈沖信號，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)該信號是隨車速改變而發(fā)生變化的方波信號，但波形中輪速脈沖信號的高、低電壓均超過0V，給輪速脈沖數(shù)量的采集和計算帶來較大難度，因此需要對輪速脈沖信號進行處理。設(shè)計如圖5所示的電壓比較電路，將波形中的低電平拉低至0V，放大方波的幅值，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖椒謩e為2.5V和0V的方波，同時加入濾波電路，降低外在信號的干擾［3］。

由于芯片的工作電壓為5 V，雖然通過電壓比較電路已經(jīng)將輪速脈沖的電壓幅值拉高到了2.5V，但仍無法滿足芯片的采樣需求，因此需要將方形的幅值再放大一倍。利用光電耦合器隔離放大電路，如圖6所示，先隔離左右輪的輸入、輸出輪速脈沖信號，實現(xiàn)信號單向傳輸?shù)耐瑫r還避免了輸出信號對原始信號的影響［4］，然后利用電阻分壓，放大輪速脈沖信號的輸出幅值，供芯片采樣。

2.3 轉(zhuǎn)向控制模塊電路設(shè)計

本控制器主要基于原車EPS進行轉(zhuǎn)向控制，但對于自動轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號需由泊車控制器的轉(zhuǎn)向控制模塊輸出至原車EPS控制器，EPS根據(jù)控制信號控制電機工作，由此實現(xiàn)泊車控制器對轉(zhuǎn)向的控制。圖7為轉(zhuǎn)向控制模塊的電路原理，通過利用數(shù)字電位器構(gòu)成分壓電路［5］，選用合適的串聯(lián)電阻保證輸出的電壓在合理范圍內(nèi)變動，從而實現(xiàn)EPS根據(jù)泊車控制器需求的轉(zhuǎn)矩值實時變化與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電壓。

2.4 電源模塊電路設(shè)計

電源模塊是整個泊車控制器最關(guān)鍵的部分，供電電壓是否穩(wěn)定，決定泊車控制器能否正常工作。由于車輛在起動和停止狀態(tài)下蓄電池電壓會發(fā)生波動，因此，為了保證控制器和超聲波雷達傳感器能穩(wěn)定工作，基于L7812穩(wěn)壓器設(shè)計穩(wěn)壓電路，如圖8所示，通過電容濾波使輸出電壓穩(wěn)定均勻［6］。

由于芯片的工作電壓為5V，而上述穩(wěn)壓電路輸出電壓為12V，因此需要將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓。利用集成電源模塊設(shè)計電壓轉(zhuǎn)換電路，將穩(wěn)壓電路的12V輸出電壓接入集成電源模塊的輸入端，經(jīng)過電容濾波即可得到5V的穩(wěn)定輸出電壓，電路原理如圖9所示。

圖5 電壓比較電路

圖6 隔離放大電路

圖7 轉(zhuǎn)矩分壓電路

3 總結(jié)

本文基于英飛凌的XC866芯片設(shè)計了自動泊車控制器硬件系統(tǒng)架構(gòu)，詳細分析了泊車控制模塊所需要的控制信號，針對功能需求具體講述了泊車控制模塊、測距模塊、輪速采集模塊、轉(zhuǎn)向控制模塊和電源模塊的硬件電路設(shè)計原理，從硬件開發(fā)的角度為自動泊車功能的實現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。該控制器目前處于試驗論證階段。

圖8 12V穩(wěn)壓電源

圖9 電壓轉(zhuǎn)換電路

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［3］ 任伯峰，陳雷，劉百堅，等.電壓比較器在檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)，2010（10）：63-65.

［4］ 張俊凱，張洪偉，田中輝.光電耦合器的應(yīng)用知識［J］.科技與企業(yè)，2012（15）： 317.

［5］ 周勝海.數(shù)字電位器的應(yīng)用技術(shù)［J］.儀表技術(shù)，2005（2）：74-76.

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