ESP（Electronic Stability Program，電子穩定程序）是汽車電控的一個標誌性發明。不同的研發機構對這一係統的命名不盡相同，如博世（BOSCH）公司早期稱為汽車動力學控製（VDC），現在博世、梅賽德—奔馳公司稱為ESP；豐田公司稱為汽車穩定性控製係統（VSC）、汽車穩定性輔助係統（VSA）或者汽車電子穩定控製係統（ESC）
；寶馬公司稱為動力學穩定控製係統（DSC）。盡管名稱不盡相同
，但都是在傳統的汽車動力學控製係統，如ABS和TCS的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)橫(heng)向(xiang)穩(wen)定(ding)控(kong)製(zhi)器(qi)
，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)橫(heng)向(xiang)和(he)縱(zong)向(xiang)力(li)的(de)分(fen)布(bu)和(he)幅(fu)度(du)，以(yi)便(bian)控(kong)製(zhi)任(ren)何(he)路(lu)況(kuang)下(xia)汽(qi)車(che)的(de)動(dong)力(li)學(xue)運(yun)動(dong)模(mo)式(shi)，從(cong)而(er)能(neng)夠(gou)在(zai)各(ge)種(zhong)工(gong)況(kuang)下(xia)提(ti)高(gao)汽(qi)車(che)的(de)動(dong)力(li)性(xing)能(neng)，如(ru)製(zhi)動(dong)、滑移
、驅動等。ESP在國外已經批量生產，在國內尚處於研究階段，要達到產業化的程度，還有大量的工作要做。

 

圖1所示為汽車ESP的構成示意圖，其電子部件主要包括電子控製單元（ECU）
、方向盤傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器等。ESP作為保證行車安全的一個重要電控係統，其各個傳感器的正常工作是進行有效控製的基礎。本文介紹了ESP常用傳感器的特點
，設計了傳感器硬件接口和軟件接口，並在實車測試中得

到驗證。

ESP常用傳感器介紹

 

如圖1
、圖2所示，ESP常用的傳感器如下。

a 方向盤轉角傳感器

ESP通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)方(fang)向(xiang)盤(pan)轉(zhuan)角(jiao)的(de)大(da)小(xiao)和(he)轉(zhuan)角(jiao)變(bian)化(hua)速(su)率(lv)來(lai)識(shi)別(bie)駕(jia)駛(shi)員(yuan)的(de)操(cao)作(zuo)意(yi)圖(tu)。方(fang)向(xiang)盤(pan)轉(zhuan)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)方(fang)向(xiang)盤(pan)轉(zhuan)角(jiao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)代(dai)表(biao)駕(jia)駛(shi)員(yuan)期(qi)望(wang)的(de)行(xing)駛(shi)方(fang)向(xiang)的(de)信(xin)號(hao)，方(fang)向(xiang)盤(pan)轉(zhuan)角(jiao)一(yi)般(ban)是(shi)根(gen)據(ju)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)來(lai)確(que)定(ding)的(de)，安(an)裝(zhuang)在(zai)轉(zhuan)向(xiang)柱(zhu)上(shang)的(de)編(bian)碼(ma)盤(pan)上(shang)包(bao)含(han)了(le)經(jing)過(guo)編(bian)碼(ma)的(de)轉(zhuan)動(dong)方(fang)向(xiang)、轉zhuan角jiao等deng信xin息xi。這zhe一yi編bian碼ma盤pan上shang的de信xin息xi由you接jie近jin式shi光guang電dian耦ou合he器qi進jin行xing掃sao描miao。接jie通tong點dian火huo開kai關guan並bing且qie方fang向xiang盤pan轉zhuan角jiao傳chuan感gan器qi轉zhuan過guo一yi定ding角jiao度du後hou，處chu理li器qi可ke以yi通tong過guo脈mai衝chong序xu列lie來lai確que定ding當dang前qian的de方fang向xiang盤pan絕jue對dui轉zhuan角jiao。方fang向xiang盤pan轉zhuan角jiao傳chuan感gan器qi與yuECU的通訊一般通過CAN總線完成。

b橫擺角速度傳感器

橫heng擺bai角jiao速su度du傳chuan感gan器qi檢jian測ce汽qi車che沿yan垂chui直zhi軸zhou的de偏pian轉zhuan，該gai偏pian轉zhuan的de大da小xiao代dai表biao汽qi車che的de穩wen定ding程cheng度du。如ru果guo偏pian轉zhuan角jiao速su度du達da到dao一yi個ge閾yu值zhi
，說shuo明ming汽qi車che發fa生sheng測ce滑hua或huo者zhe甩shuai尾wei的de危wei險xian工gong況kuang，則ze觸chu發faESP控製。當車繞垂直方向軸線偏轉時


，傳感器內的微音叉的振動平麵發生變化，通過輸出信號的變化計算橫擺角速度。

縱向/橫向加速度傳感器

ESP中的加速度傳感器有沿汽車前進方向的縱向加速度傳感器和垂直於前進方向的橫向加速度傳感器
，基本原理相同，隻是成90°夾角安裝。ESP一般使用微機械式加速度傳感器，在傳感器內部，一小片致密物質連接在一個可以移動的懸臂上，可以反映出汽車的縱向/橫向加速度的大小，其輸出在靜態時為2.5V左右，正的加速度對應正的電壓變化，負的加速度對應負的電壓變化，每1.0～1.4V對應1g的加速度變化，具體參數因傳感器不同而有所不同。

輪速傳感器

在汽車上檢測輪速信號時，最常用的傳感器是電磁感應式傳感器，一般做法是將傳感器安裝在車輪總成的非旋轉部分（如轉向節或軸頭）上shang，與yu隨sui車che輪lun一yi起qi轉zhuan動dong的de導dao磁ci材cai料liao製zhi成cheng的de齒chi圈quan相xiang對dui。當dang齒chi圈quan相xiang對dui傳chuan感gan器qi轉zhuan動dong時shi，由you於yu磁ci阻zu的de變bian化hua，在zai傳chuan感gan器qi上shang激ji勵li出chu交jiao變bian電dian壓ya信xin號hao

，這zhe種zhong交jiao變bian電dian壓ya的de頻pin率lv與yu車che輪lun轉zhuan速su成cheng正zheng比bi， ECU采用專門的信號處理電路將傳感器信號轉

換為同頻率的方波
，再通過測量方波的頻率或周期來計算車輪轉速。

最初的ESP係統中縱向/橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器都是單獨實現的，現在基本都使用了傳感器總成（Sensor Cluster）的模式，將這3個傳感器設計為一體，通過CAN總線與ECU通訊。如圖3為SIMENS VDO公司和BEI公司生產的傳感器總成。

 

博世公司為了增加新的ESP功能和為了更好的控製整車的穩定性係統，如山地保持控製（HHC）和線控（SbW）



，提出了模塊化的HW和SW概念，開發了第三代高度靈活和低成本的慢性傳感器總成DRS MM3.x。

ESP常用傳感器接口設計

本文所作設計的框圖如圖4所示。在圖中


，方向盤轉角傳感器信號經微控製器處理後，通過CAN總線發送給ECU（圖4中B）；橫擺角速度傳感器

、縱向/橫向傳感器由於信號特點和安裝位置類似，故設計在同一個模塊內（圖4中A）；由於ESP對輪速傳感器信號的實時性要求較高
，故經過信號調理後
，直接送入ECU（圖4中C）。在圖4的A和B中
，需要微處理器對信

號進行處理並通過CAN總線傳送數據，本文選用Infineon公司的SAK-C164CI。該芯片是專為汽車應用而設計，內置AD轉換器
、輸入信號捕捉、正交解碼器，運算速度快，非常適合ESP的傳感器信號處理。

 

a方向盤轉角傳感器接口

方向盤轉角傳感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周期（90°）的固定相位偏移
，如圖5所示。通過檢測2路信號的相位關係可以判斷為順時針方向和逆時針方向，並據此對信號進行加/jianjishu，congerdedaodangqiandejishuleijizhi，yejifangxiangpandejueduizhuanjiao，erzhuanjiaodebianhualvjijiaosudu，zeketongguoxinhaopinlvcechu。lingwai，fangxiangpanzhuanjiaochuanganqiyouyigelingweishuchuxinhao

，dangfangxiangpanzaizhongjianweizhishi，gaixinhaoshuchu0V，否則輸出5V
，通過該信號，可對絕對轉角進行在線校準。

 

C164CI與方向盤轉角傳感器的接口電路如圖6所示。片內內置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

，在正確設置相關寄存器後，定時器3的數據寄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傳感器每一圈對應44個脈衝，設定時器3的數據寄存器為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。微控製器把計算得到的參數通過CAN發送給ECU。

b 輪速傳感器接口

根據前麵部分介紹的輪速傳感器信號特點，設計接口電路如圖7所示。

 

電路采用兩級濾波和整形
，以保證輪速信號在極低轉速下不會丟失，同時避免因懸架振動引起的信號幹擾。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。

c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
，由於汽車顛簸造成的信號波動特性一致，故封裝在同一模塊中。其硬件接口如圖8所suo示shi，實shi現xian硬ying件jian模mo擬ni前qian置zhi濾lv波bo，以yi抑yi製zhi來lai自zi傳chuan感gan器qi的de模mo擬ni信xin號hao中zhong的de高gao頻pin噪zao聲sheng成cheng分fen，防fang止zhi在zai采cai樣yang過guo程cheng中zhong出chu現xian混hun疊die現xian象xiang。運yun放fang使shi用yong滿man擺bai幅fu輸shu出chu的deLMX324。

調整圖8中zhong各ge個ge阻zu容rong元yuan件jian的de參can數shu，即ji可ke設she置zhi濾lv波bo截jie止zhi頻pin率lv和he延yan時shi大da小xiao。汽qi車che運yun行xing過guo程cheng中zhong，在zai較jiao好hao路lu麵mian上shang行xing駛shi時shi，由you於yu信xin號hao較jiao好hao，延yan時shi盡jin量liang要yao小xiao，而er在zai顛dian簸bo路lu麵mian上shang行xing駛shi，則ze希xi望wang濾lv波bo效xiao果guo要yao好hao。但dan是shi由you於yu硬ying件jian濾lv波bo的de頻pin率lv特te性xing一yi經jing設she計ji完wan畢bi，無wu法fa實shi時shi修xiu改gai
，故gu需xu要yao在zai軟ruan件jian中zhong設she計ji數shu字zi濾lv波bo環huan節jie。數shu字zi濾lv波bo常chang用yong的de有you維wei納na濾lv波bo器qi
、卡爾曼濾波器、線性預測器、自適用濾波器等。在這裏選用計算量小
、實時性能好的一階低通濾波。

 

k的選擇取決於當前的路麵情況
，而當前路麵情況，則通過數字濾波前的原始信號來識別。微控製器把濾波後的信號
、原始信號、k的值、路麵識別結果打包後，通過CAN總線發送給ECU。圖9a和9b分別為顛簸路麵實車試驗中采集得到的縱向加速度傳感器的一組對比曲線。

 

本文討論了ESPxitongzhongchangyongchuanganqidejiegoutedianjixinhaotexing，bingshejilegegechuanganqidexinhaochulijiekou，qizhongbaokuoyingjianjiekoudianluyijiruanjianchulifangan。shejilebaohanhengbaijiaosudu
、縱向/橫向加速度傳感器的集成模塊，通過CAN總線與ECU進行數據傳輸，具有較好的抗幹擾性和可靠性。本文的設計已經在實車試驗中得到驗證。