汽車ESP用傳感器及其接口技術(shù)

摘要：    分析了汽車電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)中常用傳感器的特性，設(shè)計(jì)了常用傳感器的硬件接口和軟件接口，并實(shí)現(xiàn)了集成傳感器的方案，該方案通過CAN總線與電子控制單元傳遞數(shù)據(jù)，具有抗干擾性能好、可靠性高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：    電子穩(wěn)定程序；傳感器；CAN總線

引言

ESP(Electronic Stability Program，電子穩(wěn)定程序)是汽車電控的一個(gè)標(biāo)志性發(fā)明。不同的研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)這一系統(tǒng)的命名不盡相同，如博世(BOSCH)公司早期稱為汽車動(dòng)力學(xué)控制(VDC)，現(xiàn)在博世、梅賽德—奔馳公司稱為ESP；豐田公司稱為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VSC)、汽車穩(wěn)定性輔助系統(tǒng)(VSA)或者汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)；寶馬公司稱為動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)。盡管名稱不盡相同，但都是在傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)，如ABS和TCS的基礎(chǔ)上增加一個(gè)橫向穩(wěn)定控制器，通過控制橫向和縱向力的分布和幅度，以便控制任何路況下汽車的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)模式，從而能夠在各種工況下提高汽車的動(dòng)力性能，如制動(dòng)、滑移、驅(qū)動(dòng)等。ESP在國(guó)外已經(jīng)批量生產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段，要達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的程度，還有大量的工作要做。

圖1所示為汽車ESP的構(gòu)成示意圖，其電子部件主要包括電子控制單元(ECU)、方向盤傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器等。ESP作為保證行車安全的一個(gè)重要電控系統(tǒng)，其各個(gè)傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)。本文介紹了ESP常用傳感器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了傳感器硬件接口和軟件接口，并在實(shí)車測(cè)試中得到驗(yàn)證。

圖1 ESP的構(gòu)成示意圖

ESP常用傳感器介紹

如圖1、圖2所示，ESP常用的傳感器如下。

圖2 ESP常用傳感器

方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

ESP通過計(jì)算方向盤轉(zhuǎn)角的大小和轉(zhuǎn)角變化速率來識(shí)別駕駛員的操作意圖。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器將方向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為一個(gè)可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)角一般是根據(jù)光電編碼來確定的，安裝在轉(zhuǎn)向柱上的編碼盤上包含了經(jīng)過編碼的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)角等信息。這一編碼盤上的信息由接近式光電耦合器進(jìn)行掃描。接通點(diǎn)火開關(guān)并且方向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)過一定角度后，處理器可以通過脈沖序列來確定當(dāng)前的方向盤絕對(duì)轉(zhuǎn)角。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器與ECU的通訊一般通過CAN總線完成。

橫擺角速度傳感器

橫擺角速度傳感器檢測(cè)汽車沿垂直軸的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)的大小代表汽車的穩(wěn)定程度。如果偏轉(zhuǎn)角速度達(dá)到一個(gè)閾值，說明汽車發(fā)生測(cè)滑或者甩尾的危險(xiǎn)工況，則觸發(fā)ESP控制。當(dāng)車?yán)@垂直方向軸線偏轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器內(nèi)的微音叉的振動(dòng)平面發(fā)生變化，通過輸出信號(hào)的變化計(jì)算橫擺角速度。

縱向/橫向加速度傳感器

ESP中的加速度傳感器有沿汽車前進(jìn)方向的縱向加速度傳感器和垂直于前進(jìn)方向的橫向加速度傳感器，基本原理相同，只是成90