汽車(chē)傳感器設計之接口電路與硬件的設計分析

由于汽車(chē)傳感器可以對溫度、壓力、位置、轉速、加速度和振動(dòng)等各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準確的測量和控制，所以作為汽車(chē)電子控制系統的信息源，汽車(chē)傳感器不僅是汽車(chē)電子控制系統的關(guān)鍵部件，也是汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內容之一(汽車(chē)傳感器原理)。那么，汽車(chē)傳感器設計如何實(shí)現呢?小編通過(guò)搜集整理資料，簡(jiǎn)單介紹了汽車(chē)傳感器接口及硬件設計的知識(汽車(chē)傳感器的應用)。

在了解這些知識之前，我們來(lái)看一下有關(guān)ESP的相關(guān)知識，這與汽車(chē)傳感器設計是密切相關(guān)的。

ESP基礎知識介紹

什么是ESP呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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。

下面我們來(lái)看一下ESP常用傳感器硬件接口設計

ESP常用傳感器接口設計

ESP常用傳感器接口設計框圖如圖2所示。

ESP常用傳感器接口設計框圖

在圖中，方向盤(pán)轉角傳感器信號經(jīng)微控制器處理后，通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給ECU(圖2中B);橫擺角速度傳感器、縱向/橫向傳感器由于信號特點(diǎn)和安裝位置類(lèi)似，故設計在同一個(gè)模塊內(圖2中A);由于ESP對輪速傳感器信號的實(shí)時(shí)性要求較高，故經(jīng)過(guò)信號調理后，直接送入ECU(圖2中C)。

在圖2的A和B中，需要微處理器對信號進(jìn)行處理并通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送數據，本文選用Infineon公司的SAK-C164CI。該芯片是專(zhuān)為汽車(chē)應用而設計，內置AD轉換器、輸入信號捕捉、正交解碼器，運算速度快，非常適合ESP的傳感器信號處理。

汽車(chē)輪速傳感器硬件設計

以80C31單片機(外部擴展8kRAM和8kEPROM)為核心的輪速傳感器硬件結構框圖如圖3所示：外圍電路有信號處理電路、總線(xiàn)控制及總線(xiàn)接口等電路。

輪速傳感器產(chǎn)生信號經(jīng)濾波、整形、光電隔離后，送80C31的/INT0輸入引腳。T1作定時(shí)器使用，對脈沖信號進(jìn)行周期測量。SJA1000， 82C250組成與CAN總線(xiàn)的控制和接口電路。在輪速傳感器的設計過(guò)程中，充分考慮其抗干擾和穩定性，單片機的輸入/輸出端均采用光電隔離，用看門(mén)狗定時(shí)器(MAX813)進(jìn)行超時(shí)復位，確保系統可靠工作。

信號處理電路

根據輪速傳感器信號特性，處理電路由限幅電路、濾波電路和比較整形電路組成，如圖4所示。

限幅電路將輪速傳感器輸出信號Vi正半周的幅值限制在5V以下，負半周使其輸出為-0.6V。濾波電路設計成帶反饋的有源低通濾波器，其截止頻率為 2075Hz(按最高車(chē)速為200km/h設計，傳感器輸出信號對應的頻率)，選Q=0.707。

比較整形電路中設置一定的比較電壓，與濾波器輸出信號相比較輸出方波信號。LM311N輸出方波的幅值為10V，經(jīng)R5，R6分壓后得幅值為5V的方波信號送光電隔離器。

總結

近年來(lái)從半導體集成電路技術(shù)發(fā)展而來(lái)的微電子機械系統(MEMS)技術(shù)日漸成熟，利用這一技術(shù)可以制作各種能敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器，這些傳感器的體積和能耗小，可實(shí)現許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構成大規模和多功能陣列，非常適合在汽車(chē)上應用。

在了解了ESP：電子穩定程序后，本文對汽車(chē)傳感器接口設計、汽車(chē)輪速傳感器硬件設計與信號處理電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。