汽車傳感器設計之接口電路與硬件的設計分析

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

在了解這些知識之前，我們來看一下有關ESP的相關知識，這與汽車傳感器設計是密切相關的。

ESP基礎知識介紹

什么是ESP呢?簡單來說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。

下面我們來看一下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，方向盤轉角傳感器信號經微控制器處理后，通過CAN總線發送給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和安裝位置類似，故設計在同一個模塊內(圖2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2中C)。

在圖2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SAK-C164CI。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、總線控制及總線接口等電路。

輪速傳感器產生信號經濾波、整形、光電隔離后，送80C31的/INT0輸入引腳。T1作定時器使用，對脈沖信號進行周期測量。SJA1000， 82C250組成與CAN總線的控制和接口電路。在輪速傳感器的設計過程中，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，用看門狗定時器(MAX813)進行超時復位，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

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

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