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汽車ESP用感測器及其介面技術

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1.方向盤轉角感測器介面

方向盤轉角感測器的輸出為正交編碼脈衝。正交編碼脈衝包含兩個脈衝序列,有變化的頻率和四分之一週期(90°)的固定相位偏移,如圖5所示。通過檢測2路訊號的相位關係可以判斷為順時針方向和逆時針方向,並據此對訊號進行加/減計數,從而得到當前的計數累計值,也即方向盤的絕對轉角,而轉角的變化率即角速度,則可通過訊號頻率測出。另外,方向盤轉角感測器有一個零位輸出訊號,當方向盤在中間位置時,該訊號輸出0v,否則輸出5v,通過該訊號,可對絕對轉角進行線上校準。

汽車ESP用感測器及其介面技術

c164ci與方向盤轉角感測器的介面電路如圖6所示。片內內建增量編碼的正交解碼器,該解碼器使用定時器3的兩個引腳(t3in、t3eud)作為正交脈衝的輸入,在正確設定相關暫存器後,定時器3的資料暫存器的值與方向盤轉角成正比,故可方便的計算轉角,本文所使用的方向盤轉角感測器每一圈對應44個脈衝,設定時器3的資料暫存器為t3,則絕對轉角為。

對(1)式進行差分運算,即可得到轉角變化速率。微控制器把計算得到的引數通過can傳送給ecu。

2.輪速感測器介面

根據前面部分介紹的輪速感測器訊號特點,設計介面電路如圖7所示。

電路採用兩級濾波和整形,以保證輪速訊號在極低轉速下不會丟失,同時避免因懸架振動引起的訊號干擾。圖中由電阻r2引入第一級遲滯比較,而使用74hc14引入第二級遲滯比較。

3.橫擺角速度、縱向/橫向加速度感測器

橫擺角速度、縱向/橫向加速度感測器的安裝位置基本相同,輸出都是0v-5v的模擬量,由於汽車顛簸造成的訊號波動特性一致,故封裝在同一模組中。其硬體介面如圖8所示,實現硬體模擬前置濾波,以抑制來自感測器的模擬訊號中的高頻噪聲成分,防止在取樣過程中出現混疊現象。運放使用滿擺幅輸出的lmx324。

調整圖8中各個阻容元件的引數,即可設定濾波截止頻率和延時大小。汽車執行過程中,在較好路面上行駛時,由於訊號較好,延時儘量要小,而在顛簸路面上行駛,則希望濾波效果要好。但是由於硬體濾波的頻率特性一經設計完畢,無法實時修改,故需要在軟體中設計數字濾波環節。數字濾波常用的有維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預測器、自適用濾波器等。在這裡選用計算量小、實時效能好的一階低通濾波。

k的選擇取決於當前的`路面情況,而當前路面情況,則通過數字濾波前的原始訊號來識別。微控制器把濾波後的訊號、原始訊號、k的值、路面識別結果打包後,通過can匯流排傳送給ecu。圖9a和9b分別為顛簸路面實車試驗中採集得到的縱向加速度感測器的一組對比曲線。

四、結語

本文討論了esp系統中常用感測器的結構特點及訊號特性,並設計了各個感測器的訊號處理介面,其中包括硬體介面電路以及軟體處理方案。設計了包含橫擺角速度、縱向/橫向加速度感測器的整合模組,通過can匯流排與ecu進行資料傳輸,具有較好的抗干擾性和可靠性。本文的設計已經在實車試驗中得到驗證。

參考文獻:
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4. 陳在峰, 宋健, 於良耀. 汽車防抱死制動系統輪速感測器訊號處理. 汽車工程. 2000(22),4:282-285論文出處(作者):