汽車ESP用傳感器及其接口技術

摘要：    分析了汽車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、可靠性高的特點。
關鍵詞：    電子穩定程序；傳感器；CAN總線

引言

ESP(Electronic Stability Program，電子穩定程序)是汽車電控的一個標志性發明。不同的研發機構對這一系統的命名不盡相同，如博世(BOSCH)公司早期稱為汽車動力學控制(VDC)，現在博世、梅賽德—奔馳公司稱為ESP；豐田公司稱為汽車穩定性控制系統(VSC)、汽車穩定性輔助系統(VSA)或者汽車電子穩定控制系統(ESC)；寶馬公司稱為動力學穩定控制系統(DSC)。盡管名稱不盡相同，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，要達到產業化的程度，還有大量的工作要做。

圖1所示為汽車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，其各個傳感器的正常工作是進行有效控制的基礎。本文介紹了ESP常用傳感器的特點，設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。

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

方向盤轉角傳感器

ESP通過計算方向盤轉角的大小和轉角變化速率來識別駕駛員的操作意圖。方向盤轉角傳感器將方向盤轉角轉換為一個可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號，方向盤轉角一般是根據光電編碼來確定的，安裝在轉向柱上的編碼盤上包含了經過編碼的轉動方向、轉角等信息。這一編碼盤上的信息由接近式光電耦合器進行掃描。接通點火開關并且方向盤轉角傳感器轉過一定角度后，處理器可以通過脈沖序列來確定當前的方向盤絕對轉角。方向盤轉角傳感器與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汽車沿垂直軸的偏轉，該偏轉的大小代表汽車的穩定程度。如果偏轉角速度達到一個閾值，說明汽車發生測滑或者甩尾的危險工況，則觸發ESP控制。當車繞垂直方向軸線偏轉時，傳感器內的微音叉的振動平面發生變化，通過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