基于集成芯片的ABS驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

 引 言
    ABS作為如今汽車上必備的安全電子設(shè)備，其功能越來越受到人們的重視。ABS系統(tǒng)通過電磁閥和回油泵來完成對(duì)制動(dòng)器中輪缸壓力的精細(xì)調(diào)節(jié)，以防止過度制動(dòng)使車輪抱死。由于ABS工作環(huán)境十分惡劣，為保證電磁閥和電機(jī)響應(yīng)的高效性和可靠性，除了與執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身的參數(shù)相關(guān)外，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)也直接決定了驅(qū)動(dòng)的品質(zhì)。
    當(dāng)今汽車電子市場異?；馃幔偁幨旨ち?。各大集成芯片公司，如ST，F(xiàn)reescale，Infineon均設(shè)計(jì)ABS的專用集成芯片，提出了自己的ABS解決方案。該芯片就像一個(gè)黑匣子，方便了電路的設(shè)計(jì)過程，并且由于其高度集成性，使電路更簡明，可靠性更高，代表了未來電路設(shè)計(jì)的方向。

1 ABS驅(qū)動(dòng)電路的集成化方案
    ABS驅(qū)動(dòng)電路的集成化方案如圖1所示，選用TLE6210作直流電機(jī)和電磁閥總開關(guān)的高端驅(qū)動(dòng)，選用L9349作為8個(gè)電磁閥(4進(jìn)4出)的低端驅(qū)動(dòng)。

    ABS控制器通過PWM控制，改變電磁閥線圈的電流通斷和頻率通斷，以實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)的輪缸增壓、保壓和減壓操作；當(dāng)電磁閥ABS減壓閥打開進(jìn)行減壓時(shí)，回油泵能使輪缸中的制動(dòng)液返回制動(dòng)主缸，以便在下個(gè)控制周期中使用；電磁閥的高邊總開關(guān)用來控制電磁閥的供電電路，若ABS系統(tǒng)發(fā)生故障，斷開電源使下面掛的8個(gè)電磁閥都不動(dòng)作，恢復(fù)常規(guī)

    電磁閥高邊總開關(guān)的輸出引腳為VR，當(dāng)ABS系統(tǒng)上電復(fù)位或看門狗給出控制信號(hào)，輸出腳即切換到ON狀態(tài)，這樣符合ABS實(shí)際工作的邏輯，也保證了當(dāng)ABS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可迅速地退出對(duì)電磁閥的控制，恢復(fù)到常規(guī)制動(dòng)。芯片的MRA腳為控制信號(hào)輸入端，輸出引腳MR驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。當(dāng)MCU的I／O口給MRA腳一高電平時(shí)，外接的MOSFET導(dǎo)通，直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)回油功能。由于電磁閥和電機(jī)為感性負(fù)載，還需要外接反向續(xù)流二極管。芯片的驅(qū)動(dòng)部分具有過溫保護(hù)，過流保護(hù)和短路保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)上述故障情況時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉芯片，故有很強(qiáng)的自保護(hù)特性。
    基于TLE6210芯片的高度集成化方案，不僅能大大簡化電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥前驅(qū)電路，還能使整個(gè)控制器所需分立芯片數(shù)大為減少，PCB板體積也更小，降低了成本，增強(qiáng)了控制器的可靠性。

3 基于L9349的電磁閥驅(qū)動(dòng)
    經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，一般ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個(gè)常開進(jìn)油電磁閥的最大起動(dòng)電流約為3．6 A；4個(gè)常閉出油電磁閥最大起動(dòng)電流約為2．4 A。而L9349的工作電壓4．5～32 V，兩路通道內(nèi)阻O．2 Ω，最大負(fù)載電流3 A；另兩路內(nèi)阻0．3 Ω，最大負(fù)載電流5 A，恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流要求，而且較低的導(dǎo)通內(nèi)阻又能保證低功耗，因此L9349非常適合進(jìn)行ABS電磁閥的驅(qū)動(dòng)控制。電磁閥驅(qū)動(dòng)電路原理圖見圖3。

    在圖3中，每片L9349能驅(qū)動(dòng)4個(gè)電磁閥工作，屬于典型的低端驅(qū)動(dòng)。通過Vs端口給芯片提供12 V供電電壓；當(dāng)給輸入端IN1～I(xiàn)N4 PWM控制信號(hào)，就能方便地控制輸出端以驅(qū)動(dòng)4路電磁閥工作，OUT1和OUT2端口的最大驅(qū)動(dòng)能力為5 A，應(yīng)該連接ABS的常閉電磁閥；OUT3和OUT4端口最大驅(qū)動(dòng)能力為3 A，應(yīng)連接ABS常開電磁閥，不可接反；EN端口為使能端，能通過MCU快速關(guān)閉芯片；L9349的數(shù)字地和模擬地分開，提高了驅(qū)動(dòng)模塊的抗干擾能力。
    D1～D4是故障診斷引腳，必須外接上拉電阻才能使用，電路正常工作時(shí)，該引腳為邏輯高電平，若有故障發(fā)生，即會(huì)自動(dòng)置為邏輯低電平。通過對(duì)各獨(dú)立通道的輸入控制端和狀態(tài)反饋端進(jìn)行邏輯組合，可實(shí)時(shí)識(shí)別出輸出端的工作狀態(tài)，并立即做出相應(yīng)的措施，包括退出ABS功能，點(diǎn)亮故障顯示燈，傳輸故障碼。功能真值表見表1。

4 結(jié) 語
    當(dāng)前在ABS設(shè)計(jì)中普遍采用的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)均以功率MOSFET為主，輔之以保護(hù)回路，隔離措施等以保證其可靠性，還要設(shè)計(jì)專門的自診斷回路以進(jìn)行故障檢測。雖然在具體電路的設(shè)計(jì)上分立方案有一定的靈活性，但成本和PCB空間的耗費(fèi)較高；本方案采用ABS專用集成芯片TLE621O和L9349，集驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測功能于一身，應(yīng)用于ABS系統(tǒng)中能降低功耗，便于故障檢測，提高可靠性，大大改善了整個(gè)系統(tǒng)的性能。