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電路設(shè)計(jì):汽車ESP中傳感器及接口電路設(shè)計(jì)情況

發(fā)布時(shí)間:2016-12-26 責(zé)任編輯:sherry

 【導(dǎo)讀】本文討論了ESP系統(tǒng)中常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及信號(hào)特性,并設(shè)計(jì)了各個(gè)傳感器的信號(hào)處理接口,其中包括硬件接口電路以及軟件處理方案。設(shè)計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,具有較好的抗干擾性和可靠性。
 
ESP(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)力學(xué)運(yùn)動(dòng)模式,從而能夠在各種工況下提高汽車的動(dòng)力性能。
 
本文介紹的是ESP中傳感器以及接口技術(shù)的電路解析:
 
電路原理
 
方向盤轉(zhuǎn)角傳感器接口
 
方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的輸出為正交編碼脈沖。正交編碼脈沖包含兩個(gè)脈沖序列,有變化的頻率和四分之一周期(90°)的固定相位偏移,如圖1所示。通過檢測(cè)2路信號(hào)的相位關(guān)系可以判斷為順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向,并據(jù)此對(duì)信號(hào)進(jìn)行加/減計(jì)數(shù),從而得到當(dāng)前的計(jì)數(shù)累計(jì)值,也即方向盤的絕對(duì)轉(zhuǎn)角,而轉(zhuǎn)角的變化率即角速度,則可通過信號(hào)頻率測(cè)出。另外,方向盤轉(zhuǎn)角傳感器有一個(gè)零位輸出信號(hào),當(dāng)方向盤在中間位置時(shí),該信號(hào)輸出0V,否則輸出5V,通過該信號(hào),可對(duì)絕對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行在線校準(zhǔn)。
方向盤轉(zhuǎn)角傳感器脈沖序列波形
圖1 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器脈沖序列波形
 
C164CI 與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的接口電路如圖2所示。片內(nèi)內(nèi)置增量編碼的正交解碼器,該解碼器使用定時(shí)器3的兩個(gè)引腳(T3IN、T3EUD)作為正交脈沖的輸入,在正確設(shè)置相關(guān)寄存器后,定時(shí)器3的數(shù)據(jù)寄存器的值與方向盤轉(zhuǎn)角成正比,故可方便的計(jì)算轉(zhuǎn)角,本文所使用的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器每一圈對(duì)應(yīng)44個(gè)脈沖,設(shè)定時(shí)器3的數(shù)據(jù)寄存器為T3,則絕對(duì)轉(zhuǎn)角為。
方向盤轉(zhuǎn)角傳感器接口電路
圖2 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器接口電路
 
進(jìn)行差分運(yùn)算,即可得到轉(zhuǎn)角變化速率。微控制器把計(jì)算得到的參數(shù)通過CAN發(fā)送給ECU。
 
輪速傳感器接口
 
根據(jù)前面部分介紹的輪速傳感器信號(hào)特點(diǎn),設(shè)計(jì)接口電路如圖3所示。
輪速傳感器接口電路
圖3 輪速傳感器接口電路
 
電路采用兩級(jí)濾波和整形,以保證輪速信號(hào)在極低轉(zhuǎn)速下不會(huì)丟失,同時(shí)避免因懸架振動(dòng)引起的信號(hào)干擾。圖中由電阻R2引入第一級(jí)遲滯比較,而使用74HC14引入第二級(jí)遲滯比較。
 
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0V-5V的模擬量,由于汽車顛簸造成的信號(hào)波動(dòng)特性一致,故封裝在同一模塊中。其硬件接口如圖4示,實(shí)現(xiàn)硬件模擬前置濾波,以抑制來自傳感器的模擬信號(hào)中的高頻噪聲成分,防止在采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象。
 
調(diào)整圖4中各個(gè)阻容元件的參數(shù),即可設(shè)置濾波截止頻率和延時(shí)大小。汽車運(yùn)行過程中,在較好路面上行駛時(shí),由于信號(hào)較好,延時(shí)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(jīng)設(shè)計(jì)完畢,無法實(shí)時(shí)修改,故需要在軟件中設(shè)計(jì)數(shù)字濾波環(huán)節(jié)。數(shù)字濾波常用的有維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預(yù)測(cè)器、自適用濾波器等。在這里選用計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性能好的一階低通濾波。
橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器接口電路
圖4 橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器接口電路
 
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