汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
开路。所以压敏电阻的存在不会影响被保护器件和电路中其他电气单元的正常工作。
在BI—B3间并电容，瞬态抑制二极管和压敏电阻；在BI—B3串联二极管；在 B1-N点间并电容和压敏电阻。实验室电机空载时，电压波动范围为24±2V.若高低速
切换时干扰明显，B3—B2间再加一电容。
从提高设备抗EMC干扰和降低电路中产生EMC抗干扰的设备的干扰能力考虑， 寻找最佳方案。为方便消除干扰，雨刮电路地线尽量集中单点接地（如图中N点）。 不过，由于电机外壳是接地的，所以应尽量缩短引线L2到集中接地点N的距离，保 证L2到接地点可靠连接。电机上并接的电容和二极管尽量靠近电机。
车载的电气环境非常恶劣，电磁干扰严重。由于各种电机的干扰。车身电源系统 经常会出现尖峰脉冲。例如商用车在开启雨刷电机的情况下，电源系统可以出现幅值 高达2
00
V左右的微秒级脉冲，如何解决高压脉冲的冲击是车载系统必须考虑的问题。
级
压降到
一
5V电源芯片5V电压基准
预稳压
电源隔离 芯片5V
3. 3V电源
降
8
V
芯片芯片
图14控制器电源系统的结构图
CAN网关的总电源将采用车辆内部蓄电池电源供电，电压范围为22?24V。但
是，主控制器的供电电压为3.3V，CAN通信的芯片采用的供电电压为5V。同时为实 现完全隔离主控芯片和CAN接口采用独立供电，于是通过DC-TO-DC芯片B0305S 实现电源的完全隔离，为光耦提供电源。考虑到车载发电系统和各种电机对电源的干 扰。由场效应管FQC8N60构成的预稳压系统，防止电源系统中的尖峰脉冲对本系统 的干扰和破坏。当尖峰脉冲经过的时候，由于场效应管和旁路电容的存在，不会直接 进入电源系统，而是对旁路电容进行充电，从而消除了尖峰脉冲对系统电路的冲击。 为了降低场效应管的温度，栅极上用21V的稳压管实现FQC8N60的长通。而又不会 使其温度过高而影响系统的稳定性。SM8S36A对电源系统的反向电压进行过流保护。 降低了反向电流对系统损害。LM2576构成的一级稳压系统，此稳压系统把经过预稳 压后的电压转换到8V。经测定8V电压是稳压电源芯片和基准电压输出5V的最小电 压。由于LM2576的结构特点，即使是十几伏的压差，器件的温度也能控制在理想的 温度范围内。但是转换后的电压的纹波比较大，必须再进行一级稳压。采用基准电压 芯片REF02给A/D转换和D/A转换提供基准电压。两个LM217构成的电源稳压系 统，实现3.3V和5V的器件供电电压。对于稳压电源芯片，压降越小，则功率损耗
18
万方数据第二章系统方案与整体结构论述
就越小，其温度就越低，从而提高电路性能。所以3.3V是从5V电源处降压，而不 是从8V电源处降压。采用B0305S实现电源隔离，为光耦6N137提供隔离电源。
2.3.4滤波器的理论设计
滤波器性能的好坏直接影响控制器对模拟信号的采集质量。驾驶员对油门踏板的 踩踏动作是个低频的动作，所以对油门踏板的电压信号采用低通滤波器。通低频，阻 止高频信号对转速控制系统的干扰。考虑到在通频带内需要有比较好的幅频特性，所 以选择了巴特沃斯滤波器。
(1)通用双极点有源滤波器如图15所示
Yl
Vout
Yl
Yl
图15通用双极点滤波器结构图
Va处的KCL方程
(Vi-Va)^Y1 = (Va-Vb)^Y2 + (Va-V0)^Y3
Vb处KCL方程
(Va-Vb) *Y2 =Vb* Y4
(2)(1)
由电压跟随器特性可得Vb = Vo 则
Va = Vb…
)=VoPfi)
(3)(4)(5)
()
ViYi + Vo(Y2 + Y3) = Va(Yi +Y2 + Y3) = Vo (f) (Yi +Y2 + Y3)
=
=
yIy2
Y1Y2+Y4(Y1+Y2+Y3)
(s) Vi(S)
对于低通滤波器则Yi，Y2为电阻，Yy Y4为电容；对于高通滤波器则Yi，Y2为电容，Yy Y4为电阻；为了简便运算则取值的时候，令Yi=Yz Y3 = 2Y4 (当为低通滤波器时的电容取值）Y4 = 2Y3 (当为高通滤波器时的电阻取值）
对与低通滤波器截止频率的计算公式为
f3dB = 2#$%
19
( R=Y1=Y2，C=V2 Y4 ) (6)
万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
对与高通滤波器截止频率的计算公式为
f3dB = 士
& C=C1=C2 , R=V2 R3 )
(2)双极点巴特沃斯低通滤波器如图16所示
[o—VW~O—VV\\/---cp-Rl
Va
1^2
=p
图16双极点巴特沃斯低通滤波器
令R1 = +- + 1 , R2 = ++?.
■
T
= V0(S) =_______+1+2_______⑷=Vi(S) = G1G2 + SC4(G1 + G2 + SC3)
当频率为0时S = jra = 0则传递函数为
-T- _ +1+2 _ -IT(s=0) =+^= 1
当频率为GC时S = jco = C
O
则传递函数为T I(S=To) =_ ^+1+2 ??0U
又因为G=G1=G2 = 1/R则
1
T =_____R2______=_______1______(S) = R2+SC4(r+SC3) = 1 + SRC4(2 + SRC3)
取T3 = RC3，T4 = RC4 和S = jro则
T = 1 = 1(】?) 1+rax4(2+jrax3) (1-ra2T3T4)
则 |T(jra)| = [(1 - ro2T3T4)2 + (2-4)2]
1/2
因为是低通滤波器的幅值变化率最小，所以令Cl? = 0)则dIdw^1
= —
1 [(1 — W2T3T4
)2
+ (2?T4)2] 3/2[-4roT3T4(1 — W2T3T4) + 8?t|] 2
令①
=0
= 4①T4 [-T3 (1 —①2T3T4) + 2T4] 当 2T4= T3 时，即 C3=2C4 时
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万方数据(7)
(8)
(9)
(
10
)
(
11
)
(
12
)
(13)
(14)
(15)
第二章系统方案与整体结构论述
当1T1 = 时,即4(ro3dBT4
)4
= 1
(17)
马 ?3dB = 2nf3dB = T^vf = v=$%：
当》3dB = $%则匚4 = 0.707C , C3 = 1.414C
2.4本章小结
本章简单地介绍了整个系统所需要的控制算法的设计、汽车队列的网络通讯设 计、滤波设计和系统的可靠性设计。从工业应用的角度分析了类似系统在当前市场和 学术方面的原理和实现方法。这里特别强调了算法的设计，说明了控制算法实现的可 行性和选用油门踏板控制发动机转速的可行性。网络的设计主要是基于SAEJ1939通 信协议构建了车间通信网络；在硬件设计上，对不同的CAN控制器进行了比较，阐 述了当前CAN控制的发展趋势；对于CAN收发器，分析了 82C250/251，TJA1050 和TJA1040之间的区别和彼此之间的联系；选择了 TJA1040为收发器。在控制系统 的可靠性设计上，重点考虑了系统的防EMC干扰问题。在滤波器的设计上，采用了 工业上比较常用的巴特沃斯低通滤波器，提高了信号输入的纯净度。本章节阐述了整 个系统实现的可行性，以及如何实现的大体方案。
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
第三章汽车队列的车间网络设计
随着集成电路的发展和总线技术的成熟，CAN总线的硬件成本已经越来越低。 CAN总线的出现既可以解决车辆中多个ECU间的大量数据的传输问题，同时也是解
决车辆线束较多的很好的路径。汽车列队的车间网络设计是基于SAE J1939协议的网 络，该汽车内部CAN网络的传输速率为250Kbps，车间网络的传输速率为125Kbps。 本网络实现的功能是:实现汽车队列中各个车辆单元的数据传输以及发动机转速控制 器对车辆的发动机转速和油门位置信号的采集。
3.1适用说明
(1)依据SAE J1939通用协议标准，用于汽车队列载重汽车CAN总线通讯在
各个车辆之间传递、交换信息/指令的应用和车辆内部的各个ECU之间的数据传递。
(2)参考文献中定义了本网络中CAN总线通讯协议和报文标准，本网络规范遵
循的开放式系统互联协议（OSI)。
(3)本规范涉及了 SAEJ1939协议的数据链路层、车辆应用层和故障诊断层的
描述，标准报文部分注有参考出处，非标准报文部分，则按照本规范的注释详细说明 其特征。
(4)本网络支持高速CAN通讯网络和低速CAN通信网络网络。
(5)遵守CAN2.0B协议，设备使用的数据帧帧格式必须是扩展帧格式，标准帧
格式消息可以在本网络中传输，但是要严格遵守CAN2.0B协议。
在网络中会用到如下术语，解释如表2所示。
表2术语对照
英文缩写PGNDADPSAIDDTC
英文
parameter group numberDestination AddressData PageSource AddressIdentifier
Diagnostic Trouble Code
中文翻译参数组编号目标地址数据页源地址标识符诊断故障代码
22
万方数据
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