CPLD在汽车制动性能检测系统中的应用

CPLD 在汽车制动性能检测系统中的应用
CPLD APPLICATION IN THE DETECTING SYSTEM OF AUTOMOTIVE BRAKING PERFORMANCE

汽车制动性是汽车主动安全的主要性能之一，是汽车行驶安全的重要保
障。因此，汽车的制动性能的检测研究为其制动性能试验研究和生产检测提供
了条件，为提高制动性能提供了指导。因此研制具有现代先进水平的汽车制动
性测控系统，对汽车制动性的检测具有重要的现实意义。
由汽车在制动试验台上测试制动性的原理以及制动性参量检测的技术指
标可知，实时性、测量数据的准确性、控制的可靠性和强抗干扰能力是系统设
计的关键。根据汽车制动力测量精度的要求和整个系统的控制逻辑提出了采用
单片机和CPLD 双控制器的总体方案，并根据所要实现的功能设计了软件。而
滤波和抗干扰是任何智能仪器系统都必须考虑的问题，在本设计中提出了
CPLD 在滤波和抗干扰中的应用，提出对测控系统外部干扰的措施，并根据误
差理论提出几种数字滤波方法进行比较，用CPLD 完成FIR 算法，应用于本系
统中。
最后根据分析结论对测量数据进行处理并进行了现场实验。经过现场调试
和试验，证明本文的汽车制动性能测控系统已实现了设计要求，检测性能符合
国家有关规定和实际使用要求。
关键词：汽车制动性 测控检测系统 抗干扰 CPLD 数字滤波 FIR

1.2 汽车制动检测系统............................................................................................... 2
1.2.1 汽车制动检测系统开发的意义................................................................... 2
1.2.2 制动力检测指标体系.................................................................................... 2
1.3 CPLD 的发展及应用........................................................................................... 4
1.3.1 CPLD 的发展概况........................................................................................ 4
1.3.2 CPLD 在信号处理中的作用和优势............................................................ 5
1.4 本文的主要研究内容.......................................................................................... 6
第二章 汽车制动性能检测系统的设计................................................................... 8
2.1 汽车制动性能检测系统结构和原理及方案..................................................... 8
2.1.1 制动试验台工作原理.................................................................................... 8
2.1.2 汽车制动性能检测相关标准....................................................................... 9
2.1.3 设计方案...................................................................................................... 10
2.2 输入模块的设计................................................................................................. 12
2.2.1 传感器信号处理电路................................................................................. 12
2.2.2 A/D 转换接口电路的设计.......................................................................... 18
2.3 CPLD 内部模块的设计..................................................................................... 19
2.3.1 CPLD 芯片介绍........................................................................................... 19
2.3.2 CPLD 实现的功能模块.............................................................................. 22
2.4 接口模块的设计................................................................................................. 25
2.4.1CPLD 与单片机双向串行通信原理........................................................... 25
2.4.2 双控制系统的实现原理............................................................................. 30
2.5 输出模块的设计................................................................................................. 31
2.6 汽车制动性测控系统软件设计........................................................................ 32
第三章 系统抗干扰设计............................................................................................ 34
3.1 滤波和抗干扰概述............................................................................................. 34
3.2 CPLD 在按键消抖抗干扰应用......................................................................... 35

3.3 测控系统外部干扰及其措施............................................................................ 37
3.3.1 屏蔽和隔离.................................................................................................. 37
3.3.2 正确接地...................................................................................................... 37
3.3.3 加去耦电容.................................................................................................. 38
3.4 软件抗干扰......................................................................................................... 38
3.4.1 测控系统软件失控原因............................................................................. 38
3.4.2 软件抗干扰对策.......................................................................................... 39
第四章 数据处理方法的研究.................................................................................... 41
4.1 概述..................................................................................................................... 41
4.1.1 过失误差的剔除.......................................................................................... 41
4.1.2 随机误差的消除.......................................................................................... 41
4.1.3 系统误差的消除.......................................................................................... 43
4.2 曲线拟合............................................................................................................. 43
4.2.1 最小二乘原理.............................................................................................. 43
4.2.2 一元线性回归.............................................................................................. 43
4.2.3 因变量具有误差时线性回归方程的确定................................................. 44
4.3 标度变换............................................................................................................. 45
4.3.1 线性参数标度变换...................................................................................... 46
4.3.2 非线性参数标度变换.................................................................................. 46
4.4 利用CPLD 设计FIR 数字滤波器................................................................... 47
4.4.1 FIR 结构简介............................................................................................... 47
4.4.2 设计方案和模块组成.................................................................................. 48
4.4.3 设计输入...................................................................................................... 51
第五章 系统调试及数据分析.................................................................................... 52
5.1 制动过程分析..................................................................................................... 52
5.2 系统调试............................................................................................................. 52
5.3 系统标定............................................................................................................. 55
5.3.1 标定实验...................................................................................................... 55
5.3.2 制动台数据处理......................................................................................... 57