车辆分层次控制接口系统切换电路及可靠性设计
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:499
1 引言
车辆在行驶过程中，dyc(横摆力矩)电路处于工作状态，突遇紧急状况，需要踩刹车进行控制，此时dyc电路停止工作，abs(防抱死系统)电路处于工作状态，如何实现两个电路系统的快速高效可靠的切换，是本文研究的重点。
2 控制系统模型
车辆稳定性控制系统模型如图1所示:
图1 车辆稳定性控制系统模型
当车辆在行驶过程中遇到紧急情况，驾驶员踩刹车，此时，为了防止车轮抱死，发生危险，abs(防抱死系统)电路开始工作，dyc(横摆力矩)电路停止工作;当不踩刹车，车子行驶过程中，dyc(横摆力矩)电路在工作中，为了防止侧偏等危险的发生。本文需要设计一个切换电路从而实现在abs和dyc两电路中高速瞬时切换，提高驾车的安全性。
3 接口系统设计原理
3.1 切换电路原理
切换电路原理图如图2所示:
图2 切换电路原理图
电路图采用两片74ls373三态门的8路锁存器，和一个cd4069反相器构成。上拉电阻10mω在不输入电位的时候锁存端的电位自动保持高电位，此时输入信号随输出信号变化。
74ls373 片内是8个输出带三态门的d锁存器，其结构示意图见图3所示。当使能端g呈高点平时锁存器中的内容可更新，而在返回低电平瞬间实现锁存。如此时芯片的输出控制端为低，也即输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可经由三态门输出。除74ls373外，84ls273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，但使用时接法稍有不同，由于接线稍繁、多用硬件和价格稍贵，故不如74ls373用的普遍。因此考虑到成本和电路的简单易行性，采用74ls373 作为接口系统电路设计的主要芯片。74ls373功能表如附表。图3示出结构原理。
图3 74ls373结构原理
附表 74ls373功能表
注:l:低电平 h:高电平 x:不管
z:高阻 在稳态输入前输出信号电平已经建立
3.2 电路工作原理
车辆平稳操纵时候，dyc(横摆力矩)电路工作，当踩刹车时候，信号变为1(高电平)，此时选中第一片74ls373芯片，8个输入通道，输出信号就使abs电路工作，防止车轮抱死。实现了dyc与abs电路之间的高速度，高可靠性的切换。
4 可靠性设计
4.1 电源的可靠性
车载电源为蓄电池12v，而74ls373的电压需要5v，所以在设计的过程中涉及到dc-dc的转换。在此，选择7805，7805是三端稳压器，可以转为稳定的5v电压。众所周知，稳压电源直流输出需要进行滤波，开关电源的输出噪音主要分两类:差模噪音和共模噪音。差模噪音主要由输出部分的开关管导致的，典型的由开关二极管产生。加lcr滤波或在二极管上串饱和磁珠能显著的抑制这种噪音。共模噪音大量存在于隔离开关电源中，主要由输入端的开关管产生。这种噪音通过开关变压器耦合到输出。加lcr滤波几乎没效果。解决这种噪音有三个方法:在输出和输入的地之间加个电容几百到几千微微法;在输入整流之前加几十毫亨的电源滤波电感;在开关三极管附近加电容。这里可在导线或电阻上套一个磁珠，相当于功率电感起滤波作用，对高频有抑制作用，主要是1mhz以上噪声。
4.2 输入输出口可靠性设计
可以采用光电隔离技术，主要作用:隔离不同电气特性的电路,如模拟电路和数字电路，放大电路是模拟电路而增益控制则是数字电路，增益控制信号通过光电耦合器件传递控制信号，避免数字电路和模拟电路发生耦合，电力电子系统中使用光电隔离开关，可隔离高电压电路，实现低压电路控制高压电路，用光电耦合器件传递控制信号。
4.3 pcb设计中抗干扰措施
(1) 布局
考虑pcb尺寸大小，pcb尺寸过大、印制线条长、阻抗增加、抗噪声能力下降、成本增加;过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定尺寸后，确定特殊元件位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:尽量缩短高频元件间连线，设法减少分布参数和相互间电磁干扰，易受干扰元件不能挨得太近，输入和输出元件应尽量远离;某些元件或导线之间可能有较高电位差，应加大它们间的距离，以免放电引出意外短路，带高电压元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方;重量超过15g的元
1 引言
车辆在行驶过程中，dyc(横摆力矩)电路处于工作状态，突遇紧急状况，需要踩刹车进行控制，此时dyc电路停止工作，abs(防抱死系统)电路处于工作状态，如何实现两个电路系统的快速高效可靠的切换，是本文研究的重点。
2 控制系统模型
车辆稳定性控制系统模型如图1所示:
图1 车辆稳定性控制系统模型
当车辆在行驶过程中遇到紧急情况，驾驶员踩刹车，此时，为了防止车轮抱死，发生危险，abs(防抱死系统)电路开始工作，dyc(横摆力矩)电路停止工作;当不踩刹车，车子行驶过程中，dyc(横摆力矩)电路在工作中，为了防止侧偏等危险的发生。本文需要设计一个切换电路从而实现在abs和dyc两电路中高速瞬时切换，提高驾车的安全性。
3 接口系统设计原理
3.1 切换电路原理
切换电路原理图如图2所示:
图2 切换电路原理图
电路图采用两片74ls373三态门的8路锁存器，和一个cd4069反相器构成。上拉电阻10mω在不输入电位的时候锁存端的电位自动保持高电位，此时输入信号随输出信号变化。
74ls373 片内是8个输出带三态门的d锁存器，其结构示意图见图3所示。当使能端g呈高点平时锁存器中的内容可更新，而在返回低电平瞬间实现锁存。如此时芯片的输出控制端为低，也即输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可经由三态门输出。除74ls373外，84ls273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，但使用时接法稍有不同，由于接线稍繁、多用硬件和价格稍贵，故不如74ls373用的普遍。因此考虑到成本和电路的简单易行性，采用74ls373 作为接口系统电路设计的主要芯片。74ls373功能表如附表。图3示出结构原理。
图3 74ls373结构原理
附表 74ls373功能表
注:l:低电平 h:高电平 x:不管
z:高阻 在稳态输入前输出信号电平已经建立
3.2 电路工作原理
车辆平稳操纵时候，dyc(横摆力矩)电路工作，当踩刹车时候，信号变为1(高电平)，此时选中第一片74ls373芯片，8个输入通道，输出信号就使abs电路工作，防止车轮抱死。实现了dyc与abs电路之间的高速度，高可靠性的切换。
4 可靠性设计
4.1 电源的可靠性
车载电源为蓄电池12v，而74ls373的电压需要5v，所以在设计的过程中涉及到dc-dc的转换。在此，选择7805，7805是三端稳压器，可以转为稳定的5v电压。众所周知，稳压电源直流输出需要进行滤波，开关电源的输出噪音主要分两类:差模噪音和共模噪音。差模噪音主要由输出部分的开关管导致的，典型的由开关二极管产生。加lcr滤波或在二极管上串饱和磁珠能显著的抑制这种噪音。共模噪音大量存在于隔离开关电源中，主要由输入端的开关管产生。这种噪音通过开关变压器耦合到输出。加lcr滤波几乎没效果。解决这种噪音有三个方法:在输出和输入的地之间加个电容几百到几千微微法;在输入整流之前加几十毫亨的电源滤波电感;在开关三极管附近加电容。这里可在导线或电阻上套一个磁珠，相当于功率电感起滤波作用，对高频有抑制作用，主要是1mhz以上噪声。
4.2 输入输出口可靠性设计
可以采用光电隔离技术，主要作用:隔离不同电气特性的电路,如模拟电路和数字电路，放大电路是模拟电路而增益控制则是数字电路，增益控制信号通过光电耦合器件传递控制信号，避免数字电路和模拟电路发生耦合，电力电子系统中使用光电隔离开关，可隔离高电压电路，实现低压电路控制高压电路，用光电耦合器件传递控制信号。
4.3 pcb设计中抗干扰措施
(1) 布局
考虑pcb尺寸大小，pcb尺寸过大、印制线条长、阻抗增加、抗噪声能力下降、成本增加;过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定尺寸后，确定特殊元件位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:尽量缩短高频元件间连线，设法减少分布参数和相互间电磁干扰，易受干扰元件不能挨得太近，输入和输出元件应尽量远离;某些元件或导线之间可能有较高电位差，应加大它们间的距离，以免放电引出意外短路，带高电压元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方;重量超过15g的元
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