專(zhuān)利名稱(chēng)：基于dsp的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)控制器的硬件，具體的說(shuō)是基于DSP的汽 車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器。
背景技術(shù)：
電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)是一種能夠在極限工況(側(cè)滑，甩尾等)下，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)
工作狀態(tài)或?qū)喬シ謩e施加制動(dòng)力的方式，使車(chē)輛保持行駛和制動(dòng)穩(wěn)定的裝置。通常由ESP
控制器、執(zhí)行器和傳感器等部分組成，其中傳感器包括輪速傳感器、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、縱
向加速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器。液壓執(zhí)行單元由直流電機(jī)、電磁
閥和液壓控制單元組成。電子穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理為通過(guò)方向盤(pán)角度變化和當(dāng)前的車(chē)速、
輪速、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)等信息識(shí)別駕駛員意圖，同時(shí)不斷測(cè)量車(chē)輛的側(cè)向加速度、橫擺角速
度，通過(guò)計(jì)算得出當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)與駕駛員意圖的差別。當(dāng)兩者產(chǎn)生差距時(shí)，車(chē)輛穩(wěn)定系統(tǒng)介
入，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)或?qū)喬シ謩e施加制動(dòng)力的方式，使車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定。 目前出現(xiàn)的電子穩(wěn)定程序控制器基本都是由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，其優(yōu)勢(shì)是成本低
廉，但是有運(yùn)算能力落后、資源不足的缺點(diǎn)，不方便采用操作系統(tǒng)和應(yīng)用復(fù)雜、先進(jìn)的控制算法。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種可 以解決現(xiàn)有ESP控制器運(yùn)算能力落后問(wèn)題，高性能，成本低廉的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程 序控制器。 本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是 基于DSP的電子穩(wěn)定程序控制器，包括DSP控制單元、電源模塊、輪速傳感器信號(hào) 處理模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊和通訊接口模 塊，通過(guò)電源模塊構(gòu)成各向獨(dú)立的供電系統(tǒng)，輪速傳感器處理模塊和車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào) 處理模塊對(duì)系統(tǒng)各個(gè)傳感器和部件進(jìn)行信號(hào)處理，分別送入DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換、輸 入捕捉和數(shù)字10模塊進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，DSP控制單元的控制算法輸出經(jīng)電磁閥控制模塊和電 機(jī)控制模塊輸出，作用于液壓控制單元，其中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的控制操作經(jīng)通訊接口模 塊進(jìn)行輸出。 DSP控制單元，采用32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。 電源模塊，采用分級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)采用穩(wěn)壓源將12V/24V汽車(chē)電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的 5V，給系統(tǒng)部分接口和外部傳感器供電；第二級(jí)將第一級(jí)的5V電源分別整理為模擬電源和 數(shù)字電源，DSP內(nèi)核電源三個(gè)通道，分別給數(shù)模轉(zhuǎn)換、DSP數(shù)字10和DSP內(nèi)核供電。 輪速傳感器信號(hào)處理模塊，由4個(gè)單路輪速處理通道組成，適用于4通道(乘用車(chē) 和商用車(chē))控制系統(tǒng)，單路信號(hào)采用通用比較器構(gòu)成2. 5V電壓比較電路，將磁電輪速傳感 器產(chǎn)生的正弦波或霍爾輪速傳感器產(chǎn)生的方波進(jìn)行整形，供控制單元采集。[0010] 電磁閥控制模i央，采用智能低端開(kāi)關(guān)，每片具有4個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)能力，滿(mǎn)足系統(tǒng)12 個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)要求，在系統(tǒng)供電端還加了一級(jí)智能高端開(kāi)關(guān)，在系統(tǒng)失效情況下能關(guān)閉 高端開(kāi)關(guān)，切斷電磁閥電源。 電機(jī)控制模塊，采用通用智能高端開(kāi)關(guān)，且能通過(guò)P麗方式控制電機(jī)電流。 車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊，包括對(duì)橫擺角速度信號(hào)、側(cè)向和縱向加速度信號(hào)、
方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)、制動(dòng)壓力傳感器信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)和ESP開(kāi)關(guān)信號(hào)等處理電路，其
中橫擺角速度信號(hào)、側(cè)向和縱向加速度信號(hào)、制動(dòng)壓力傳感器信號(hào)為模擬信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放進(jìn)
行驅(qū)動(dòng)放大后進(jìn)入DSP控制單元的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理；而轉(zhuǎn)向角度信號(hào)、制動(dòng)踏板信
號(hào)、ESP開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)電平變換后送入DSP控制單元的10進(jìn)行信號(hào)讀取。 通訊接口模塊為CAN總線(xiàn)接口 ，該接口由DSP控制單元內(nèi)部自帶的CAN控制器，
CAN總線(xiàn)收發(fā)器模塊組成。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型采用了高性能、低價(jià)位的DSP處理器作為核心， 能進(jìn)行復(fù)雜的算法和控制，具有高速度，流水線(xiàn)指令和豐富的接口資源，指令處理速度最高 可達(dá)160MIPS，大大超越了普通汽車(chē)級(jí)單片機(jī)20-40MIPS的速度，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)的復(fù)雜計(jì)算 要求和控制需求。

圖1是本實(shí)用新型的連接框圖。 圖2是實(shí)施例一的電路圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例一 本實(shí)施例的連接如圖1所示，圖2是電路圖，基于DSP的電子穩(wěn)定程序控制器的硬 件，包括DSP控制單元1、電源模塊2、輪速傳感器信號(hào)處理模塊3、電磁閥控制模塊4、電機(jī) 控制模塊5、車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊6和通訊接口模塊7。通過(guò)電源模塊2構(gòu)成各向 獨(dú)立的供電系統(tǒng)，通過(guò)輪速傳感器處理模塊3和車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊6對(duì)系統(tǒng)各 個(gè)傳感器和部件進(jìn)行信號(hào)處理，分別送入DSP控制單元1的模數(shù)轉(zhuǎn)換、輸入捕捉和數(shù)字10 模塊進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。DSP控制單元1的控制算法輸出經(jīng)電磁閥控制模塊4和電機(jī)控制模塊 5輸出，作用于液壓控制單元，其中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的控制操作經(jīng)通訊接口模塊7進(jìn)行輸 出。 DSP控制單元1采用TI公司的TMS320F2812處理器。該處理器具有最大160Mhz 的總線(xiàn)頻率，同時(shí)有16通道ADC、6通道CAP、 12通道P麗、42通道GPIO和CAN總線(xiàn)控制器， 資源完全滿(mǎn)足ESP控制、計(jì)算要求。 輪速傳感器信號(hào)處理模塊3采用通用比較器LM339構(gòu)成比較器電路，比較基準(zhǔn)為 5V電源經(jīng)分壓后得到的2. 5V。對(duì)于磁電式輪速傳感器，信號(hào)可以直接接該模塊兩端輸入即 可得到標(biāo)準(zhǔn)方波；對(duì)于霍爾式傳感器，還需在比較器前增加一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮?，將電流信?hào)轉(zhuǎn) 換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)比較器整形得到方波。 電源模塊2中第一級(jí)采用infineon公司的通用穩(wěn)壓電源模塊TLE4271，將蓄電池 電壓轉(zhuǎn)化為5V，第二級(jí)采用TI公司的通用穩(wěn)壓模塊TPS73HD318，將第一級(jí)5V電壓作為輸入，輸出為3. 3V和1.8V，其中3. 3V又經(jīng)過(guò)電感進(jìn)行隔離，分成模擬3. 3V和數(shù)字3. 3V，分別 給模擬電路和數(shù)字電路供電。同時(shí)，地線(xiàn)也分別經(jīng)電感隔離成驅(qū)動(dòng)地(電磁閥和電機(jī)驅(qū)動(dòng) 回路)、模擬地和數(shù)字地，充分隔離各種干擾。 電磁閥控制模塊4采用3片infineon公司的通用智能四通道低端開(kāi)關(guān)，每一片可 以直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)電磁閥，供電電流最大為5A，可以滿(mǎn)足12個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)能力。在電磁閥 供電端，還加上了一片infineon公司的BTS6143D通用智能高端開(kāi)關(guān)，最大負(fù)載電流可達(dá) 70A，通過(guò)控制BTS6143D可以隨時(shí)切斷電磁閥供電，確保系統(tǒng)安全性。 電機(jī)控制模塊5采用infineon公司的BTS6143D通用智能高端開(kāi)關(guān)，可以以開(kāi)關(guān) 方式或P麗方式驅(qū)動(dòng)ESP直流電機(jī)。 車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊6分為數(shù)字信號(hào)、開(kāi)關(guān)量和模擬信號(hào)分別進(jìn)行處
理。對(duì)于數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)向角度傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)上拉到3. 3V電源后直接送入TMS320F2812的
GPIO進(jìn)行處理；對(duì)于開(kāi)關(guān)量制動(dòng)警告燈、制動(dòng)踏板、ESP開(kāi)關(guān)、ESP指示燈信號(hào)經(jīng)通用三極
管S8050反向后送入TMS320F2812的GPIO進(jìn)行處理。對(duì)于模擬量，橫擺角速度、縱向和側(cè)
向加速度信號(hào)、壓力傳感器信號(hào)通過(guò)通用運(yùn)放LM224D構(gòu)成的反向比例運(yùn)算電路，將信號(hào)幅
值分別按照比例變換到0-3. 3V區(qū)間，然后送入TMS320F2812的ADC模塊進(jìn)行處理。 通訊接口模塊7直接使用TMS320F2812自帶CAN控制器作為報(bào)文的收發(fā)控制，總
線(xiàn)信號(hào)則由PHILIPS公司生產(chǎn)的通用高速CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器PCA82C250來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 DSP控制單元1主要的功能是對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出進(jìn)行管理，并且負(fù)責(zé)完成快速、
復(fù)雜的控制算法。本系統(tǒng)主要用到DSP控制單元中的輸入捕捉模塊(CAP)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
(ADC)，脈寬調(diào)制模塊(P麗)模塊和通用輸入輸出模塊(GPIO)。其中CAP模塊主要用來(lái)捕
捉輪速信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后得到的方波脈寬，進(jìn)而經(jīng)過(guò)計(jì)算得到瞬時(shí)輪速；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要
處理模擬信號(hào)，包括壓力傳感器信號(hào)、橫擺角速度、縱向和橫向加速度及系統(tǒng)各個(gè)可靠性測(cè)
量回路信號(hào)。脈寬調(diào)制模塊主要用來(lái)處理電磁閥工作需要的脈寬信號(hào)，通過(guò)調(diào)制，可以得到
不同占空比的控制輸出。通用輸入輸出模塊主要用來(lái)處理系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量，包括轉(zhuǎn)
角傳感器信號(hào)、制動(dòng)警告燈、制動(dòng)踏板、ESP開(kāi)關(guān)、ESP指示燈等信號(hào)。DSP控制單元在完成
輸入輸出管理功能的同時(shí)，還需要完成各種復(fù)雜的濾波、計(jì)算，并且運(yùn)行各種復(fù)雜的控制算法。 通過(guò)電源模塊2構(gòu)成各向獨(dú)立的供電系統(tǒng)，包括外部接口和傳感器需要的5V電 源，DSP處理器需要的3. 3V模擬和數(shù)字電壓，以及DSP內(nèi)核需要的1. 8V模擬電壓。與此同 時(shí)，地線(xiàn)也分別隔離成驅(qū)動(dòng)地(電磁閥和電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路)、模擬地和數(shù)字地，充分隔離各種 干擾。 輪速傳感器信號(hào)處理模塊3主要通過(guò)通用比較器構(gòu)成的電壓比較電路，將輪速傳
感器輸入的正弦波或方波進(jìn)行整形，送入DSP處理單元中的CAP模塊進(jìn)行測(cè)量。 電磁閥控制模塊4采用專(zhuān)用的集成智能低端開(kāi)關(guān)，在對(duì)ESP電磁閥所需要的2. 5A
左右電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，還具備自身故障診斷功能，對(duì)開(kāi)路、短路、斷路等故障進(jìn)行檢測(cè)。
在電磁閥的供電端端，還增加一個(gè)高端開(kāi)關(guān)，在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障(比如電磁閥短路)的情
況下能通過(guò)關(guān)閉電磁閥供電的方式，避免對(duì)車(chē)輛的誤控制。 電機(jī)控制模塊5采用智能高端開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)方式或者P麗脈寬調(diào)制方式對(duì)電機(jī) 進(jìn)行控制，同時(shí)高端開(kāi)關(guān)還具備自身故障診斷功能。
5[0031] 車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊6主要處理車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)(橫擺角速度、縱向和側(cè)向加速度信號(hào)、壓力傳感器信號(hào))，采用反向比例運(yùn)算電路，通過(guò)一定的比例運(yùn)算，將不同幅值的模擬信號(hào)變換為DSP量程范圍內(nèi)的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于數(shù)字信號(hào)(轉(zhuǎn)向角度傳感器)和開(kāi)關(guān)量(制動(dòng)警告燈、制動(dòng)踏板、ESP開(kāi)關(guān)、ESP指示燈)，則經(jīng)過(guò)邏輯電平轉(zhuǎn)換后直接送入DSP通用輸入輸出模塊進(jìn)行測(cè)量。 通訊接口模塊7為CAN總線(xiàn)通訊模塊。CAN總線(xiàn)控制器為DSP自帶的總線(xiàn)控制器，在其外部加上通用高速CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)外通訊接口 。 以上各個(gè)模塊分別有自己特定的功能，經(jīng)組合在一起后互相配合工作，完整實(shí)現(xiàn)ESP控制器輸入信號(hào)處理，輸出信號(hào)處理，通訊和計(jì)算功能。 本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于包括DSP控制單元(1)、電源模塊(2)、輪速傳感器信號(hào)處理模塊(3)、電磁閥控制模塊(4)、電機(jī)控制模塊(5)、車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊(6)和通訊接口模塊(7)，所述電源模塊(2)與各單元相接，構(gòu)成各向獨(dú)立的供電系統(tǒng)，所述輪速傳感器信號(hào)處理模塊(3)和車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊(6)的輸出分別接所述DSP控制單元(1)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、輸入捕捉模塊和數(shù)字IO模塊進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，所述DSP控制單元(1)的控制算法信號(hào)經(jīng)電磁閥控制模塊(4)和電機(jī)控制模塊(5)輸出，所述DSP控制單元(1)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制操作信號(hào)經(jīng)所述通訊接口模塊(7)輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述DSP控 制單元(1)為32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述DSP控 制單元(1)為T(mén)I公司的TMS320F2812處理器。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述電源 模塊(2)為分級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)采用穩(wěn)壓源將12V/24V汽車(chē)電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V，第二級(jí)將第 一級(jí)的5V電源分別整理為模擬電源和數(shù)字電源。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述輪速 傳感器信號(hào)處理模塊(3)由4個(gè)單路輪速處理通道組成，單路信號(hào)采用通用比較器構(gòu)成 2. 5V電壓比較電路。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述電磁 閥控制模塊(4)采用智能低端開(kāi)關(guān)，每片具有4個(gè)通道，在電磁閥控制模塊(4)的供電端還 設(shè)有一級(jí)智能高端開(kāi)關(guān)。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述電機(jī) 控制模塊(5)采用通用智能高端開(kāi)關(guān)，通過(guò)P麗方式控制電機(jī)電流。
8. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述車(chē)輛 狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊(6)包括橫擺角速度信號(hào)處理電路、側(cè)向和縱向加速度信號(hào)處理 電路、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)處理電路、制動(dòng)壓力傳感器信號(hào)處理電路、制動(dòng)踏板信號(hào)處理電 路和ESP開(kāi)關(guān)信號(hào)處理電路，所述橫擺角速度信號(hào)、側(cè)向和縱向加速度信號(hào)和制動(dòng)壓力傳 感器信號(hào)為模擬信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大后進(jìn)入DSP控制單元(1)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所 述轉(zhuǎn)向角度信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)和ESP開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)電平變換后送入DSP控制單元(1)的 IO進(jìn)行信號(hào)讀取。
9. 如權(quán)利要求1所述的基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，其特征在于所述通訊 接口模塊(7)為CAN總線(xiàn)接口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)控制器的硬件，是基于DSP的汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制器，包括DSP控制單元、電源模塊、輪速傳感器信號(hào)處理模塊、電磁閥控制模塊、電機(jī)控制模塊、車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊和通訊接口模塊，電源模塊構(gòu)成各向獨(dú)立的供電系統(tǒng)，輪速傳感器信號(hào)處理模塊和車(chē)輛狀態(tài)傳感器信號(hào)處理模塊的輸出分別接所述DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、輸入捕捉模塊和數(shù)字IO模塊進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，控制算法信號(hào)經(jīng)電磁閥控制模塊和電機(jī)控制模塊輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制操作信號(hào)經(jīng)所述通訊接口模塊輸出。本實(shí)用新型的7個(gè)模塊構(gòu)成完整的、高性能的ESP控制器硬件。
文檔編號(hào)B60W10/06GK201538315SQ200920256018
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者張丙軍, 鐘國(guó)華 申請(qǐng)人:南京汽車(chē)集團(tuán)有限公司