汽車(chē)ESP用傳感器及其接口技術(shù)

摘要：    分析了汽車(chē)電子穩定程序系統中常用傳感器的特性，設計了常用傳感器的硬件接口和軟件接口，并實(shí)現了集成傳感器的方案，該方案通過(guò)CAN總線(xiàn)與電子控制單元傳遞數據，具有抗干擾性能好、可靠性高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：    電子穩定程序；傳感器；CAN總線(xiàn)

引言

ESP(Electronic Stability Program，電子穩定程序)是汽車(chē)電控的一個(gè)標志性發(fā)明。不同的研發(fā)機構對這一系統的命名不盡相同，如博世(BOSCH)公司早期稱(chēng)為汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制(VDC)，現在博世、梅賽德—奔馳公司稱(chēng)為ESP；豐田公司稱(chēng)為汽車(chē)穩定性控制系統(VSC)、汽車(chē)穩定性輔助系統(VSA)或者汽車(chē)電子穩定控制系統(ESC)；寶馬公司稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)穩定控制系統(DSC)。盡管名稱(chēng)不盡相同，但都是在傳統的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制系統，如ABS和TCS的基礎上增加一個(gè)橫向穩定控制器，通過(guò)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(chē)的動(dòng)力學(xué)運動(dòng)模式，從而能夠在各種工況下提高汽車(chē)的動(dòng)力性能，如制動(dòng)、滑移、驅動(dòng)等。ESP在國外已經(jīng)批量生產(chǎn)，在國內尚處于研究階段，要達到產(chǎn)業(yè)化的程度，還有大量的工作要做。

圖1所示為汽車(chē)ESP的構成示意圖，其電子部件主要包括電子控制單元(ECU)、方向盤(pán)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(chē)安全的一個(gè)重要電控系統，其各個(gè)傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎。本文介紹了ESP常用傳感器的特點(diǎn)，設計了傳感器硬件接口和軟件接口，并在實(shí)車(chē)測試中得到驗證。

圖1 ESP的構成示意圖

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(pán)轉角傳感器

ESP通過(guò)計算方向盤(pán)轉角的大小和轉角變化速率來(lái)識別駕駛員的操作意圖。方向盤(pán)轉角傳感器將方向盤(pán)轉角轉換為一個(gè)可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號，方向盤(pán)轉角一般是根據光電編碼來(lái)確定的，安裝在轉向柱上的編碼盤(pán)上包含了經(jīng)過(guò)編碼的轉動(dòng)方向、轉角等信息。這一編碼盤(pán)上的信息由接近式光電耦合器進(jìn)行掃描。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)并且方向盤(pán)轉角傳感器轉過(guò)一定角度后，處理器可以通過(guò)脈沖序列來(lái)確定當前的方向盤(pán)絕對轉角。方向盤(pán)轉角傳感器與ECU的通訊一般通過(guò)CAN總線(xiàn)完成。

橫擺角速度傳感器

橫擺角速度傳感器檢測汽車(chē)沿垂直軸的偏轉，該偏轉的大小代表汽車(chē)的穩定程度。如果偏轉角速度達到一個(gè)閾值，說(shuō)明汽車(chē)發(fā)生測滑或者甩尾的危險工況，則觸發(fā)ESP控制。當車(chē)繞垂直方向軸線(xiàn)偏轉時(shí)，傳感器內的微音叉的振動(dòng)平面發(fā)生變化，通過(guò)輸出信號的變化計算橫擺角速度。

縱向/橫向加速度傳感器

ESP中的加速度傳感器有沿汽車(chē)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