一,、引言
ESP(Electronic Stability Program,電子穩(wěn)定程序)是汽車電控的一個標(biāo)志性發(fā)明。不同的研發(fā)機構(gòu)對這一系統(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)的汽車動力學(xué)控制系統(tǒng),如ABS和TCS的基礎(chǔ)上增加一個橫向穩(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力學(xué)運動模式,從而能夠在各種工況下提高汽車的動力性能,如制動、滑移、驅(qū)動等,。ESP在國外已經(jīng)批量生產(chǎn),在國內(nèi)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重要電控系統(tǒng),其各個傳感器的正常工作是進行有效控制的基矗本文介紹了ESP常用傳感器的特點,設(shè)計了傳感器硬件接口和軟件接口,并在實車測試中得到驗證。
二,、ESP常用傳感器介紹
如圖1,、圖2所示,ESP常用的傳感器如下,。
1．方向盤轉(zhuǎn)角傳感器
ESP通過計算方向盤轉(zhuǎn)角的大小和轉(zhuǎn)角變化速率來識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)換為一個可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號,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行掃描,。接通點火開關(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,。
2．橫擺角速度傳感器
橫擺角速度傳感器檢測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)角速度達到一個閾值,說明汽車發(fā)生測滑或者甩尾的危險工況,則觸發(fā)ESP控制。當(dāng)車?yán)@垂直方向軸線偏轉(zhuǎn)時,傳感器內(nèi)的微音叉的振動平面發(fā)生變化,通過輸出信號的變化計算橫擺角速度,。
3．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方向的縱向加速度傳感器和垂直于前進方向的橫向加速度傳感器,基本原理相同,只是成90°夾角安裝,。ESP一般使用微機械式加速度傳感器,在傳感器內(nèi)部,一小片致密物質(zhì)連接在一個可以移動的懸臂上,可以反映出汽車的縱向/橫向加速度的大小,其輸出在靜態(tài)時為2.5V左右,正的加速度對應(yīng)正的電壓變化,負的加速度對應(yīng)負的電壓變化,每1.0～1.4V對應(yīng)1g的加速度變化,具體參數(shù)因傳感器不同而有所不同。
4．輪速傳感器
在汽車上檢測輪速信號時,最常用的傳感器是電磁感應(yīng)式傳感器,一般做法是將傳感器安裝在車輪總成的非旋轉(zhuǎn)部分(如轉(zhuǎn)向節(jié)或軸頭)上,與隨車輪一起轉(zhuǎn)動的導(dǎo)磁材料制成的齒圈相對,。當(dāng)齒圈相對傳感器轉(zhuǎn)動時,由于磁阻的變化,在傳感器上激勵出交變電壓信號,這種交變電壓的頻率與車輪轉(zhuǎn)速成正比, ECU采用專門的信號處理電路將傳感器信號轉(zhuǎn)換為同頻率的方波,再通過測量方波的頻率或周期來計算車輪轉(zhuǎn)速,。
最初的ESP系統(tǒng)中縱向/橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器都是單獨實現(xiàn)的,現(xiàn)在基本都使用了傳感器總成(Sensor Cluster)的模式,將這3個傳感器設(shè)計為一體,通過CAN總線與ECU通訊。如圖3為SIMENS VDO公司和BEI公司生產(chǎn)的傳感器總成,。
博世公司為了增加新的ESP功能和為了更好的控制整車的穩(wěn)定性系統(tǒng),如山地保持控制(HHC)和線控(SbW),提出了模塊化的HW和SW概念,開發(fā)了第三代高度靈活和低成本的慢性傳感器總成DRS MM3.x,。
三、ESP常用傳感器接口設(shè)計
本文所作設(shè)計的框圖如圖4所示,。在圖中,方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號經(jīng)微控制器處理后,通過CAN總線發(fā)送給ECU(圖4中B),；橫擺角速度傳感器、縱向/橫向傳感器由于信號特點和安裝位置類似,故設(shè)計在同一個模塊內(nèi)(圖4中A),；由于ESP對輪速傳感器信號的實時性要求較高,故經(jīng)過信號調(diào)理后,直接送入ECU(圖4中C),。在圖4的A和B中,需要微處理器對信號進行處理并通過CAN總線傳送數(shù)據(jù),本文選用Infineon公司的SAK-C164CI。該芯片是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計,內(nèi)置AD轉(zhuǎn)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。
