ESP中传感器及接口技术的电路解析
ESP（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 。
【ESP中传感器及接口技术的电路解析】本文介绍的是ESP中传感器以及接口技术的电路解析：
电路原理
方向盘转角传感器接口
方向盘转角传感器的输出为正交编码脉冲 。正交编码脉冲包含两个脉冲序列 ， 有变化的频率和四分之一周期（90°）的固定相位偏移 ， 如图1所示 。通过检测2路信号的相位关系可以判断为顺时针方向和逆时针方向 ， 并据此对信号进行加/减计数 ， 从而得到当前的计数累计值 ， 也即方向盘的绝对转角 ， 而转角的变化率即角速度 ， 则可通过信号频率测出 。另外 ， 方向盘转角传感器有一个零位输出信号 ， 当方向盘在中间位置时 ， 该信号输出0V ， 否则输出5V ， 通过该信号 ， 可对绝对转角进行在线校准 。
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图1 方向盘转角传感器脉冲序列波形
C164CI 与方向盘转角传感器的接口电路如图2所示 。片内内置增量编码的正交解码器 ， 该解码器使用定时器3的两个引脚（T3IN、T3EUD）作为正交脉冲的输入 ， 在正确设置相关寄存器后 ， 定时器3的数据寄存器的值与方向盘转角成正比 ， 故可方便的计算转角 ， 本文所使用的方向盘转角传感器每一圈对应44个脉冲 ， 设定时器3的数据寄存器为T3 ， 则绝对转角为 。
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图2 方向盘转角传感器接口电路
进行差分运算 ， 即可得到转角变化速率 。微控制器把计算得到的参数通过CAN发送给ECU 。
轮速传感器接口
根据前面部分介绍的轮速传感器信号特点 ， 设计接口电路如图3所示 。
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图3 轮速传感器接口电路
电路采用两级滤波和整形 ， 以保证轮速信号在极低转速下不会丢失 ， 同时避免因悬架振动引起的信号干扰 。图中由电阻R2引入第一级迟滞比较 ， 而使用74HC14引入第二级迟滞比较 。
横摆角速度、纵向/横向加速度传感器
横摆角速度、纵向/横向加速度传感器的安装位置基本相同 ， 输出都是0V-5V的模拟量 ， 由于汽车颠簸造成的信号波动特性一致 ， 故封装在同一模块中 。其硬件接口如图4示 ， 实现硬件模拟前置滤波 ， 以抑制来自传感器的模拟信号中的高频噪声成分 ， 防止在采样过程中出现混叠现象 。
调整图4中各个阻容元件的参数 ， 即可设置滤波截止频率和延时大小 。汽车运行过程中 ， 在较好路面上行驶时 ， 由于信号较好 ， 延时尽量要小 ， 而在颠簸路面上行驶 ， 则希望滤波效果要好 。但是由于硬件滤波的频率特性一经设计完毕 ， 无法实时修改 ， 故需要在软件中设计数字滤波环节 。数字滤波常用的有维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适用滤波器等 。在这里选用计算量小、实时性能好的一阶低通滤波 。
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图4 横摆角速度、纵向/横向加速度传感器接口电路
编者结语
本文讨论了ESP系统中常用传感器的结构特点及信号特性 ， 并设计了各个传感器的信号处理接口 ， 其中包括硬件接口电路以及软件处理方案 。设计了包含横摆角速度、纵向/横向加速度传感器的集成模块 ， 通过CAN总线与ECU进行数据传输 ， 具有较好的抗干扰性和可靠性 。
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