【導讀】汽車ESP傳感器的接口設計。感器的硬件接口和軟件接口并實現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據具有抗干擾性能好可靠性高的特?？氐囊粋€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，如博世公司早期稱為汽車動力學控制，現在博世、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。；寶馬公司稱為動力學穩(wěn)定控制系統。相同，但都是在傳統的汽車動力學控制系統，如ABS和TCS的基礎上。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、驅動等。ESP在國外已經批量生。產，在國內尚處于研究階段，要達到產業(yè)化的程度，還有大量的工作

　　

【正文】 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 度 夾角安裝。 ESP 一般使用微機械式加速度傳感器，在傳感器內部，一小片致密物質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 左右，正的加速度對應正的電壓變化，負的加速度對應負的電壓變化， 每 對應 1g的加速度變化，具體參數因傳感器不同而有所不同。 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式傳感器，一般做法是將傳感器安裝在車輪總成的非旋轉部分 (如轉向節(jié)或軸頭 )上，頭 )上與隨車輪一起轉動的導磁材料制成的齒圈相對。當齒圈相對傳感器轉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速成正比， ECU 采用專門的信號處理電路將傳感器信號轉換為同頻率的方波，再通過測量方波的頻率或周期來計算車輪轉速。 最初的 ESP 系統中縱向 / 橫向加速度傳感器和 橫擺角速度傳感器都是單獨實現的，現在基本都使用了傳感器總成 (Sensor Cluster)的模式，將這 3 個傳感器設計為一體，通過 CAN 總線與 ECU 通訊。如圖 為 SIMENS VDO 公司和 BEI 公司生產的。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 18 圖 傳感器總成 ESP 常用傳感器接口設計 本文所作設計的框圖如圖 所示。在圖中，方向盤轉角傳感器信號經微控制器處理后，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，故設計在同一個模塊內 (圖 4 中 A)。由于 ESP 對輪速傳感器信號的實時性要求較高，故經過信號調理后，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 總線傳送數據，本文選用 Infineon 公司的 SAKC164CI。用 Infineon 公司的 SAKC164CI。該芯片是專為汽車應用而設計，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 ESP 傳感器的接口設計 19 圖 設計框圖 方向盤轉角傳感器接口 方向盤轉角傳感器的輸出為正交編碼脈沖。正交編碼脈沖包含兩個脈沖序列，有 變化的頻率和四分之一周期 (90176。 )的固定相位偏移，如圖 所示。通過檢測 2 路信號的相位關系可以判斷為順時針方向和逆時針方向，并據此對信號進行加 /減計數，從而得到當前的計數累計值，也即方向盤的絕對轉角，而轉角的變化率即角速度，則可通過信號頻率測出。另外，方向盤轉角傳感器有一個零位輸出信號，當方向盤在中間位置時，該信號輸出 0V，否則輸出 5V，通過該信號，可對絕對轉角進行在線校準。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 20 圖 方向盤轉角傳感器脈沖序列波形 C164CI 與方向盤轉角傳感器的接口電路如圖 所示。片內內置增量編碼的正交解碼器， 該解碼器使用定時器 3 的兩個引腳 (T3IN、T3EUD)作為正交脈沖的輸入，在正確設置相關寄存器后，定時器 3 的數據寄存器的值與方向盤轉角成正比，故可方便的計算轉角，本文所使用的方向盤轉角傳感器每一圈對應 44 個脈沖，設定時器 3 的數據寄存器為 T3，則絕對轉角為。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 21 圖 方向盤轉角傳感器的接口電路 對 (1)式進行差 分運算，即可得到轉角變化速率。微控制器把計算得到的參數通過 CAN 發(fā)送給 ECU。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 22 輪速傳感器接口 根據前面部分介紹的輪速傳感器信號特點，設計接口電路如圖 所示。 圖 輪速傳感器借口電路 電路采用兩級濾波和整形，以保證輪速信號在極低轉速下不會丟失，同時避免因懸架振動引起的信號干擾。圖中由電阻 R2 引入第一級遲滯比較，而使用 74HC14 引入第二級遲滯比較。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 23 橫擺角速度、縱向 /橫向加速度傳感器 橫擺角速度、縱向 /橫向加速度傳感器的安裝位置基本相同，輸出都是 0V5V 的模擬量，由于汽車顛簸造成的信號波動特性一致，故封裝在同一模塊中。其硬件接口如圖 所示，實現硬件模擬前置濾波，以抑制來自傳感器的模擬信號中的高頻噪聲成分，防止在采樣過程中出現混疊現 象。運放使用滿擺幅輸出的 LMX324。 調整 圖 各個阻容元件的參數，即可設置濾波截止頻率和延時大小。汽車運行過程中，在較好路面上行駛時，由于信號較好，延時盡量要小，而在顛簸路面上行駛，則希望濾波效果要好。但是由于硬件濾波的頻率特性一經設計完畢，無法實時修改，故需要在軟件中設計數字濾波環(huán)節(jié)。數字濾波常用的有維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預測器、自適用濾波器等。在這里選用計算量小、實時性能好的一階低通濾波，傳遞函數為 其中 t 為時間常數 s 為拉普拉斯算子其數字化后的計算公式為 。 圖 橫 擺角速度，縱向 /橫向加速度傳感器接口電路 汽車 ESP 傳感器的接口設計 24 其中為 Yn 當前 AD 采樣值， yn 是濾波后的值， yn1 為上次濾波后的值， k 為濾波系數，通過調整，可設置 t 的大小，其關系為： 為了便于移位計算， k 圓整成 256 k 的選擇取決于當前的路面情況，而當前路面情況，則通過數字濾波前的原始信號來識別。微控制器把濾波后的信號、原始信號、 k的值、路面識別結果打包后，通過 CAN 總線 與 ECU 進行數據傳輸，具有較好的抗干擾性和可靠性。本文的設計已經在實車試驗中得到驗證。 圖 數字濾波前 /后數據曲線 汽車 ESP 傳感器的接口設計 25 總結 本文討論了 ESP 系統中常用傳感器的結構特點及信號特性，并設計了各個傳感器的信號處理接口，其中包括硬件接口電路以及軟件處理方案。設計了包含橫擺角速度，縱向 /橫向加速度傳感器的集成模塊，通過 CAN 總線與 ECU 進行數據傳輸，具有較好的抗干擾性和可靠性。 有 ESP 與只有 ABS 及 ASR 的 汽車 之間的差別在于 ABS 及 ASR 只能被動地作出反應，而 ESP 則能夠探測和分析 車 況并糾正駕駛的錯誤，防患于未然。 ESP 對過度轉向或不足轉向特別敏感，例如汽車在路滑時左拐過度轉向 (轉彎太急 )時會產生向右側甩尾，傳感器感覺到滑動就會迅速制動右前輪使其恢復附著力 ,產生一種相反的轉矩而使汽車保持在原來的車道上 。主動性是它最大的獨特之處。 ESP 是世界上最先進的主動安全技術之一，搭載 ESP 系統會大大提高汽車的安全性，這也是今后剎車控制系統發(fā)展的方向。現在只有在高檔車上才配備這種系統，隨著汽車一步步的發(fā)展，必將有更多的車使用這種技術。 目前在道路安全情況嚴峻的中國， ESP 系統的搭載率卻只有3％，這是個讓人憂慮的現象，筆者希望中國的有車一族和汽車廠商能充分認識主動安全系統的功能及作用，盡快提高國內 ESP 系統的配備率，讓我們的汽車更加安全。 汽車 ESP 傳感器的接口設計 26 致謝 此次畢業(yè)實習、畢業(yè)設計和學位論文撰寫過程中，得到了多位老師、同學、朋 友的關心、指導和幫助。入學以來，各位老師一直以來的辛勤工作和教誨使我能順利地度過這難忘的四年，使我在綜合素質提高、專業(yè)理論知識學習和實踐工作能力等各方面受益匪淺。 在此，衷心地感謝我的指導教師胡翠華！她豐富的知識、嚴謹的治學態(tài)度和全面的指導，對我啟發(fā)頗多，收獲頗豐。 感謝四年以來眾多同學和朋友的幫助，大家一起在緊張的學習之余度過了許多愉快的時光。 感謝父母多年以來的關愛！ 汽車 ESP 傳感器的接口設計 27 參考文獻 [1]. Anton T. Van Zanten, Rainer Erhardt, Klaus Landesfeind and Ge Pfaff, VDC systems Development and Perspective, SAE Paper 980235，2021 [2]. Anton T. Van Zanten, Robert Bosch GmbH, Evolution of Electronic Control System for Improving the Vehicle Dynamic Behavior, AVEC39。02, 20214481， 2021 [3]. Dongshin Kim, Kwangil Kim, Woogab Lee, Development of Mando ESP, SAE TECHNICAL PAPER SERIES, (SP1781) 2021010101 。 2021 [4]. 陳在峰 , 宋健 , 于良耀 . 汽車防抱死制動系統輪速傳感器信號處理 . 汽車工程 . 2021(22),4:282285.