汽车ESP用传感器及其接口技术

摘要：    分析了汽车电子稳定程序系统中常用传感器的特性，设计了常用传感器的硬件接口和软件接口，并实现了集成传感器的方案，该方案通过CAN总线与电子控制单元传递数据，具有抗干扰性能好、可靠性高的特点。
关键词：    电子稳定程序；传感器；CAN总线

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。

图1 ESP的构成示意图

ESP常用传感器介绍

如图1、图2所示，ESP常用的传感器如下。

图2 ESP常用传感器

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。

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。

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