汽車ESP用傳感器及其接**術(shù)（圖）
清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 于良耀 吳凱輝 宋健
引言
ESP(Electronic Stability Program,電子穩(wěn)定程序)是汽車電控的一個(gè)標(biāo)志性發(fā)明。不同的研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng),如ABS和TCS的基礎(chǔ)上增加一個(gè)橫向穩(wěn)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的動(dòng)力**動(dòng)模式,從而能夠在各種工況下提高汽車的動(dòng)力性能,如制動(dòng)、滑移、驅(qū)動(dòng)等。ESP在國(guó)外已經(jīng)批量生產(chǎn),在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段,要達(dá)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(gè)重要電控系統(tǒng),其各個(gè)傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)。本文介紹了ESP常用傳感器的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了傳感器硬件接口和軟件接口,并在實(shí)車測(cè)試中得到驗(yàn)證。
ESP常用傳感器介紹
如圖1、圖2所示,ESP常用的傳感器如下。
方向盤轉(zhuǎn)角傳感器
ESP通過(guò)計(jì)算方向盤轉(zhuǎn)角的大小和轉(zhuǎn)角變化速率來(lái)識(shí)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(gè)可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號(hào),方向盤轉(zhuǎn)角一般是根據(jù)光電編碼來(lái)確定的,安裝在轉(zhuǎn)向柱上的編碼盤上包含了經(jīng)過(guò)編碼的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)行掃描。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)并且方向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后,處理器可以通過(guò)脈沖序列來(lái)確定當(dāng)前的方向盤絕對(duì)轉(zhuǎn)角。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器與ECU的通訊一般通過(guò)CAN總線完成。
橫擺角速度傳感器
橫擺角速度傳感器檢測(cè)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(dá)到一個(gè)閾值,說(shuō)明汽車發(fā)生測(cè)滑或者甩尾的危險(xiǎn)工況,則觸發(fā)ESP控制。當(dāng)車?yán)@垂直方向軸線偏轉(zhuǎn)時(shí),傳感器內(nèi)的微音叉的振動(dòng)平面發(fā)生變化,通過(guò)輸出信號(hào)的變化計(jì)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(jìn)方向的縱向加速度傳感器和垂直于前進(jìn)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(jī)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(gè)可以移動(dòng)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(shí)為2.5V左右,正的加速度對(duì)應(yīng)正的電壓變化,負(fù)的加速度對(duì)應(yīng)負(fù)的電壓變化,每1.0-1.4V對(duì)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。
輪速傳感器
