专利名称：基于dsp的汽车电子稳定程序控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车电子稳定系统控制器的硬件，具体的说是基于DSP的汽 车电子稳定程序控制器。
背景技术：
电子稳定系统(ESP)是一种能够在极限工况(侧滑，甩尾等)下，通过调节发动机
工作状态或对轮胎分别施加制动力的方式，使车辆保持行驶和制动稳定的装置。通常由ESP
控制器、执行器和传感器等部分组成，其中传感器包括轮速传感器、方向盘转角传感器、纵
向加速度传感器、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器。液压执行单元由直流电机、电磁
阀和液压控制单元组成。电子稳定系统的工作原理为通过方向盘角度变化和当前的车速、
轮速、发动机工作状态等信息识别驾驶员意图，同时不断测量车辆的侧向加速度、横摆角速
度，通过计算得出当前系统状态与驾驶员意图的差别。当两者产生差距时，车辆稳定系统介
入，通过调节发动机工作状态或对轮胎分别施加制动力的方式，使车辆运行稳定。 目前出现的电子稳定程序控制器基本都是由单片机系统构成，其优势是成本低
廉，但是有运算能力落后、资源不足的缺点，不方便采用操作系统和应用复杂、先进的控制算法。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出一种可 以解决现有ESP控制器运算能力落后问题，高性能，成本低廉的基于DSP的汽车电子稳定程 序控制器。 本实用新型解决以上技术问题的技术方案是 基于DSP的电子稳定程序控制器，包括DSP控制单元、电源模块、轮速传感器信号 处理模块、电磁阀控制模块、电机控制模块、车辆状态传感器信号处理模块和通讯接口模 块，通过电源模块构成各向独立的供电系统，轮速传感器处理模块和车辆状态传感器信号 处理模块对系统各个传感器和部件进行信号处理，分别送入DSP控制单元的模数转换、输 入捕捉和数字10模块进行信号测量，DSP控制单元的控制算法输出经电磁阀控制模块和电 机控制模块输出，作用于液压控制单元，其中对发动机系统进行的控制操作经通讯接口模 块进行输出。 DSP控制单元，采用32位定点数字信号处理器。 电源模块，采用分级结构，第一级采用稳压源将12V/24V汽车电源转换成稳定的 5V，给系统部分接口和外部传感器供电；第二级将第一级的5V电源分别整理为模拟电源和 数字电源，DSP内核电源三个通道，分别给数模转换、DSP数字10和DSP内核供电。 轮速传感器信号处理模块，由4个单路轮速处理通道组成，适用于4通道(乘用车 和商用车)控制系统，单路信号采用通用比较器构成2. 5V电压比较电路，将磁电轮速传感 器产生的正弦波或霍尔轮速传感器产生的方波进行整形，供控制单元采集。[0010] 电磁阀控制模i央，采用智能低端开关，每片具有4个通道的驱动能力，满足系统12 个电磁阀的驱动要求，在系统供电端还加了一级智能高端开关，在系统失效情况下能关闭 高端开关，切断电磁阀电源。 电机控制模块，采用通用智能高端开关，且能通过P丽方式控制电机电流。 车辆状态传感器信号处理模块，包括对横摆角速度信号、侧向和纵向加速度信号、
方向盘转向角度信号、制动压力传感器信号、制动踏板信号和ESP开关信号等处理电路，其
中横摆角速度信号、侧向和纵向加速度信号、制动压力传感器信号为模拟信号，通过运放进
行驱动放大后进入DSP控制单元的数模转换模块进行处理；而转向角度信号、制动踏板信
号、ESP开关信号通过电平变换后送入DSP控制单元的10进行信号读取。 通讯接口模块为CAN总线接口 ，该接口由DSP控制单元内部自带的CAN控制器，
CAN总线收发器模块组成。 本实用新型的优点是本实用新型采用了高性能、低价位的DSP处理器作为核心， 能进行复杂的算法和控制，具有高速度，流水线指令和丰富的接口资源，指令处理速度最高 可达160MIPS，大大超越了普通汽车级单片机20-40MIPS的速度，完全满足系统的复杂计算 要求和控制需求。
图1是本实用新型的连接框图。 图2是实施例一的电路图。
具体实施方式实施例一 本实施例的连接如图1所示，图2是电路图，基于DSP的电子稳定程序控制器的硬 件，包括DSP控制单元1、电源模块2、轮速传感器信号处理模块3、电磁阀控制模块4、电机 控制模块5、车辆状态传感器信号处理模块6和通讯接口模块7。通过电源模块2构成各向 独立的供电系统，通过轮速传感器处理模块3和车辆状态传感器信号处理模块6对系统各 个传感器和部件进行信号处理，分别送入DSP控制单元1的模数转换、输入捕捉和数字10 模块进行信号测量。DSP控制单元1的控制算法输出经电磁阀控制模块4和电机控制模块 5输出，作用于液压控制单元，其中对发动机系统进行的控制操作经通讯接口模块7进行输 出。 DSP控制单元1采用TI公司的TMS320F2812处理器。该处理器具有最大160Mhz 的总线频率，同时有16通道ADC、6通道CAP、 12通道P丽、42通道GPIO和CAN总线控制器， 资源完全满足ESP控制、计算要求。 轮速传感器信号处理模块3采用通用比较器LM339构成比较器电路，比较基准为 5V电源经分压后得到的2. 5V。对于磁电式轮速传感器，信号可以直接接该模块两端输入即 可得到标准方波；对于霍尔式传感器，还需在比较器前增加一个适当的电阻，将电流信号转 换成电压信号，再经过比较器整形得到方波。 电源模块2中第一级采用infineon公司的通用稳压电源模块TLE4271，将蓄电池 电压转化为5V，第二级采用TI公司的通用稳压模块TPS73HD318，将第一级5V电压作为输入，输出为3. 3V和1.8V，其中3. 3V又经过电感进行隔离，分成模拟3. 3V和数字3. 3V，分别 给模拟电路和数字电路供电。同时，地线也分别经电感隔离成驱动地(电磁阀和电机驱动 回路)、模拟地和数字地，充分隔离各种干扰。 电磁阀控制模块4采用3片infineon公司的通用智能四通道低端开关，每一片可 以直接驱动4个电磁阀，供电电流最大为5A，可以满足12个电磁阀的驱动能力。在电磁阀 供电端，还加上了一片infineon公司的BTS6143D通用智能高端开关，最大负载电流可达 70A，通过控制BTS6143D可以随时切断电磁阀供电，确保系统安全性。 电机控制模块5采用infineon公司的BTS6143D通用智能高端开关，可以以开关 方式或P丽方式驱动ESP直流电机。 车辆状态传感器信号处理模块6分为数字信号、开关量和模拟信号分别进行处
理。对于数字信号转向角度传感器信号经过上拉到3. 3V电源后直接送入TMS320F2812的
GPIO进行处理；对于开关量制动警告灯、制动踏板、ESP开关、ESP指示灯信号经通用三极
管S8050反向后送入TMS320F2812的GPIO进行处理。对于模拟量，横摆角速度、纵向和侧
向加速度信号、压力传感器信号通过通用运放LM224D构成的反向比例运算电路，将信号幅
值分别按照比例变换到0-3. 3V区间，然后送入TMS320F2812的ADC模块进行处理。 通讯接口模块7直接使用TMS320F2812自带CAN控制器作为报文的收发控制，总
线信号则由PHILIPS公司生产的通用高速CAN总线驱动器PCA82C250来进行驱动。 DSP控制单元1主要的功能是对系统的输入、输出进行管理，并且负责完成快速、
复杂的控制算法。本系统主要用到DSP控制单元中的输入捕捉模块(CAP)、模数转换模块
(ADC)，脉宽调制模块(P丽)模块和通用输入输出模块(GPIO)。其中CAP模块主要用来捕
捉轮速信号经过处理后得到的方波脉宽，进而经过计算得到瞬时轮速；模数转换模块主要
处理模拟信号，包括压力传感器信号、横摆角速度、纵向和横向加速度及系统各个可靠性测
量回路信号。脉宽调制模块主要用来处理电磁阀工作需要的脉宽信号，通过调制，可以得到
不同占空比的控制输出。通用输入输出模块主要用来处理系统的开关量和数字量，包括转
角传感器信号、制动警告灯、制动踏板、ESP开关、ESP指示灯等信号。DSP控制单元在完成
输入输出管理功能的同时，还需要完成各种复杂的滤波、计算，并且运行各种复杂的控制算法。 通过电源模块2构成各向独立的供电系统，包括外部接口和传感器需要的5V电 源，DSP处理器需要的3. 3V模拟和数字电压，以及DSP内核需要的1. 8V模拟电压。与此同 时，地线也分别隔离成驱动地(电磁阀和电机驱动回路)、模拟地和数字地，充分隔离各种 干扰。 轮速传感器信号处理模块3主要通过通用比较器构成的电压比较电路，将轮速传
感器输入的正弦波或方波进行整形，送入DSP处理单元中的CAP模块进行测量。 电磁阀控制模块4采用专用的集成智能低端开关，在对ESP电磁阀所需要的2. 5A
左右电流进行驱动，同时，还具备自身故障诊断功能，对开路、短路、断路等故障进行检测。
在电磁阀的供电端端，还增加一个高端开关，在系统出现严重故障(比如电磁阀短路)的情
况下能通过关闭电磁阀供电的方式，避免对车辆的误控制。 电机控制模块5采用智能高端开关，通过开关方式或者P丽脉宽调制方式对电机 进行控制，同时高端开关还具备自身故障诊断功能。
5[0031] 车辆状态传感器信号处理模块6主要处理车辆状态信号。对于模拟信号(横摆角速度、纵向和侧向加速度信号、压力传感器信号)，采用反向比例运算电路，通过一定的比例运算，将不同幅值的模拟信号变换为DSP量程范围内的模拟信号进行测量；对于数字信号(转向角度传感器)和开关量(制动警告灯、制动踏板、ESP开关、ESP指示灯)，则经过逻辑电平转换后直接送入DSP通用输入输出模块进行测量。 通讯接口模块7为CAN总线通讯模块。CAN总线控制器为DSP自带的总线控制器，在其外部加上通用高速CAN总线驱动器，实现对外通讯接口 。 以上各个模块分别有自己特定的功能，经组合在一起后互相配合工作，完整实现ESP控制器输入信号处理，输出信号处理，通讯和计算功能。 本实用新型还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
权利要求基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于包括DSP控制单元(1)、电源模块(2)、轮速传感器信号处理模块(3)、电磁阀控制模块(4)、电机控制模块(5)、车辆状态传感器信号处理模块(6)和通讯接口模块(7)，所述电源模块(2)与各单元相接，构成各向独立的供电系统，所述轮速传感器信号处理模块(3)和车辆状态传感器信号处理模块(6)的输出分别接所述DSP控制单元(1)的模数转换模块、输入捕捉模块和数字IO模块进行信号测量，所述DSP控制单元(1)的控制算法信号经电磁阀控制模块(4)和电机控制模块(5)输出，所述DSP控制单元(1)的发动机系统控制操作信号经所述通讯接口模块(7)输出。
2. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述DSP控 制单元(1)为32位定点数字信号处理器。
3. 如权利要求2所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述DSP控 制单元(1)为TI公司的TMS320F2812处理器。
4. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述电源 模块(2)为分级结构，第一级采用稳压源将12V/24V汽车电源转换成稳定的5V，第二级将第 一级的5V电源分别整理为模拟电源和数字电源。
5. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述轮速 传感器信号处理模块(3)由4个单路轮速处理通道组成，单路信号采用通用比较器构成 2. 5V电压比较电路。
6. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述电磁 阀控制模块(4)采用智能低端开关，每片具有4个通道，在电磁阀控制模块(4)的供电端还 设有一级智能高端开关。
7. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述电机 控制模块(5)采用通用智能高端开关，通过P丽方式控制电机电流。
8. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述车辆 状态传感器信号处理模块(6)包括横摆角速度信号处理电路、侧向和纵向加速度信号处理 电路、方向盘转向角度信号处理电路、制动压力传感器信号处理电路、制动踏板信号处理电 路和ESP开关信号处理电路，所述横摆角速度信号、侧向和纵向加速度信号和制动压力传 感器信号为模拟信号，通过运放进行驱动放大后进入DSP控制单元(1)的数模转换模块，所 述转向角度信号、制动踏板信号和ESP开关信号通过电平变换后送入DSP控制单元(1)的 IO进行信号读取。
9. 如权利要求1所述的基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，其特征在于所述通讯 接口模块(7)为CAN总线接口。
专利摘要本实用新型涉及一种汽车电子稳定系统控制器的硬件，是基于DSP的汽车电子稳定程序控制器，包括DSP控制单元、电源模块、轮速传感器信号处理模块、电磁阀控制模块、电机控制模块、车辆状态传感器信号处理模块和通讯接口模块，电源模块构成各向独立的供电系统，轮速传感器信号处理模块和车辆状态传感器信号处理模块的输出分别接所述DSP控制单元的模数转换模块、输入捕捉模块和数字IO模块进行信号测量，控制算法信号经电磁阀控制模块和电机控制模块输出，发动机系统控制操作信号经所述通讯接口模块输出。本实用新型的7个模块构成完整的、高性能的ESP控制器硬件。
文档编号B60W10/06GK201538315SQ200920256018
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者张丙军, 钟国华 申请人:南京汽车集团有限公司