汽车ESP传感器介绍及其接口技术分析

分享到:

一、引言

   ESP(Electronic Stability Program,电子稳定程序)是汽车电控的一个标志性发明。不同的研发机构对这一系统的命名不尽相同,如博世(BOSCH)公司早期称为汽车动力学控制(VDC),现在博世、梅赛德—奔驰公司称为ESP;丰田公司称为汽车稳定性控制系统(VSC)、汽车稳定性辅助系统(VSA)或者汽车电子稳定控制系统(ESC);宝马公司称为动力学稳定控制系统(DSC)。尽管名称不尽相同,但都是在传统的汽车动力学控制系统,如ABS和TCS的基础上增加一个横向稳定控制器,通过控制横向和纵向力的分布和幅度,以便控制任何路况下汽车的动力学运动模式,从而能够在各种工况下提高汽车的动力性能,如制动、滑移、驱动等。ESP在国外已经批量生产,在国内尚处于研究阶段,要达到产业化的程度,还有大量的工作要做。



图1所示为汽车ESP的构成示意图,其电子部件主要包括电子控制单元(ECU)、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。ESP作为保证行车安全的一个重要电控系统,其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。本文介绍了ESP常用传感器的特点,设计了传感器硬件接口和软件接口,并在实车测试中得到验证。

二、ESP常用传感器介绍



如图1、图2所示,ESP常用的传感器如下。

1.方向盘转角传感器

ESP通过计算方向盘转角的大小和转角变化速率来识别驾驶员的操作意图。方向盘转角传感器将方向盘转角转换为一个可以代表驾驶员期望的行驶方向的信号,方向盘转角一般是根据光电编码来确定的,安装在转向柱上的编码盘上包含了经过编码的转动方向、转角等信息。这一编码盘上的信息由接近式光电耦合器进行扫描。接通点火开关并且方向盘转角传感器转过一定角度后,处理器可以通过脉冲序列来确定当前的方向盘绝对转角。方向盘转角传感器与ECU的通讯一般通过CAN总线完成。

2.横摆角速度传感器

  横摆角速度传感器检测汽车沿垂直轴的偏转,该偏转的大小代表汽车的稳定程度。如果偏转角速度达到一个阈值,说明汽车发生测滑或者甩尾的危险工况,则触发ESP控制。当车绕垂直方向轴线偏转时,传感器内的微音叉的振动平面发生变化,通过输出信号的变化计算横摆角速度。

3.纵向/横向加速度传感器

ESP中的加速度传感器有沿汽车前进方向的纵向加速度传感器和垂直于前进方向的横向加速度传感器,基本原理相同,只是成90°夹角安装。ESP一般使用微机械式加速度传感器,在传感器内部,一小片致密物质连接在一个可以移动的悬臂上,可以反映出汽车的纵向/横向加速度的大小,其输出在静态时为2.5V左右,正的加速度对应正的电压变化,负的加速度对应负的电压变化,每1.0~1.4V对应1g的加速度变化,具体参数因传感器不同而有所不同。

4.轮速传感器

  在汽车上检测轮速信号时,最常用的传感器是电磁感应式传感器,一般做法是将传感器安装在车轮总成的非旋转部分(如转向节或轴头)上,与随车轮一起转动的导磁材料制成的齿圈相对。当齿圈相对传感器转动时,由于磁阻的变化,在传感器上激励出交变电压信号,这种交变电压的频率与车轮转速成正比, ECU采用专门的信号处理电路将传感器信号转换为同频率的方波,再通过测量方波的频率或周期来计算车轮转速。

  最初的ESP系统中纵向/横向加速度传感器和横摆角速度传感器都是单独实现的,现在基本都使用了传感器总成(Sensor Cluster)的模式,将这3个传感器设计为一体,通过CAN总线与ECU通讯。如图3为SIMENS VDO公司和BEI公司生产的传感器总成。



博世公司为了增加新的ESP功能和为了更好的控制整车的稳定性系统,如山地保持控制(HHC)和线控(SbW),提出了模块化的HW和SW概念,开发了第三代高度灵活和低成本的慢性传感器总成DRS MM3.x。

三、ESP常用传感器接口设计

  本文所作设计的框图如图4所示。在图中,方向盘转角传感器信号经微控制器处理后,通过CAN总线发送给ECU(图4中B);横摆角速度传感器、纵向/横向传感器由于信号特点和安装位置类似,故设计在同一个模块内(图4中A);由于ESP对轮速传感器信号的实时性要求较高,故经过信号调理后,直接送入ECU(图4中C)。在图4的A和B中,需要微处理器对信号进行处理并通过CAN总线传送数据,本文选用Infineon公司的SAK-C164CI。该芯片是专为汽车应用而设计,内置AD转换器、输入信号捕捉、正交解码器,运算速度快,非常适合ESP的传感器信号处理。

继续阅读
恩智浦半导体总裁Kurt Sievers:2020年代将见证物联网的实现

物联网缺少合适的环境,难以按照需求增长的速度创造创新和实施机会的状况正在成为过去。现在,一个关键条件逐渐形成:生态系统。由一个个独立应用搭建起来的物联网架构,逐渐发展为成熟、完整的端到端系统,并融入了涉及真实消费者的数据中心和应用场景。这一切得益于推动当前物联网浪潮的四大技术支柱。

物联网发展促进人工智能进入情境感知的智能家居

无论是市场上的设备数量还是安装设备的家庭数量,智能家居在过去十年中一直保持着持续增长。Futuresource Consulting最近的统计数据显示,今年智能家居设备的全球零售营业收入将达到60亿美元,预计到2021年营业收入将有望增至三倍。

3D成像传感器市场,15年后有望突破579亿美金

2019年1月23日——随着计算机视觉技术的进步,使用许多不同的传感器捕捉3D图像并在此过程中提取深度信息成为可能。根据一份来自国外市场分析公司Tractica的报告,这种计算机视觉技术的低成本和多功能性现在正进入广泛的应用市场,包括汽车、消费者和移动、机器人和工业、无人机等。

物联网技术发展有了新的动向,2019年LoRaWAN技术将成为发展最快的一员

全球城市化的快速发展,特别是亚太地区的发展,正在创造对新技术的需求,尤其在物联网(IoT)领域,以开发低成本交付的智能解决方案(如LoRaWAN™)。这种转化技术可以解决由于人口密集地区带来的压力而造成的诸多挑战。例如,智能水表计量解决方案通过监测和分析控制消耗,除了欺诈和操纵检测外,还能够快速检测泄漏和远程关闭。所有这些服务可以降低劳动密集度,同时降低运营成本。物联网还将通过支持粮食生产、清洁水供应、高效能源使用等方式对新兴经济体的人类福祉产生重大影响。

物联网已经悄悄侵入你的座驾,各类传感器已经布满整辆汽车

你还记得过去的汽车有多简单吗?带有模拟刻度盘和仪表的仪表板,可显示燃油、温度和速度等基本功能? 如果发动机出现问题,机油灯就会亮,然后你就可以把车开到维修店(如果你是一名机械师,你甚至可以自己修理它)。 今天,新车基本都配备了大量的传感器和电子系统,可以监控从轮胎压力到燃油消耗的各种状况,并在故障发生时进行故障诊断。

精彩活动