專利名稱：一種應用于機動車的慣量測量單元及其控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于機動車傳感器制造技術(shù)領域，具體地說，涉及一種應用于機動車的慣 量測量單元及其控制方法。
背景技術(shù)：
在機動車傳感器制造技術(shù)領域中，慣量測量單元被廣泛用于各種車輛中，作為機 動車上的一個重要的輔助系統(tǒng)，它具有提供縱向加速度、橫向加速度和橫擺角加速度的作 用，縱向加速度和橫向加速度可以檢測機動車橫縱加速度的大小以及機動車傾斜角度，橫 擺角速度傳感器檢測汽車沿垂直軸的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)的大小代表汽車的穩(wěn)定程度，如果偏轉(zhuǎn) 角速度達到一個閾值，說明汽車將發(fā)生測滑或者甩尾的危險工況。目前，應用于機動車上的慣量測量單元大多為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的慣量測量單元，價格高， 體積大，在進行慣量測量時，輸出的值是模擬信號，而不是數(shù)字信號，需要由其他電子控制 單元對該模擬信號進行信號處理成數(shù)字信號，而且傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的慣量測量單元在精度和加工 工藝等方面均存在一定隱患，具體表現(xiàn)在1、由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的慣量測量單元的加工工藝要求高，造成了成本高，體積大，采用 可靠性不高的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的慣量測量單元，存在有一定的安全隱患。2、采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的慣量測量單元，在機動車運動的過程中，由于精度不夠，可能會 導致汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)判斷出錯，影響汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制效果，存在一定的 安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種體積小、集成度高、精確可靠且具有自檢功 能的機動車慣量測量單元。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種應用于機動車的慣量測量單 元，該慣量測量單元包括蓄電池、主電源模塊、主控制器模塊、CAN通信模塊、存儲模塊、傳 感器電源模塊、傳感器控制器模塊和微機電系統(tǒng)傳感器，所述的主電源模塊與蓄電池連接 向CAN通信模塊、存儲模塊和主控制器模塊供電，所述的傳感器電源模塊與蓄電池連接向 傳感器控制器模塊供電，所述的主控制器模塊與主電源模塊、傳感器電源模塊、傳感器控制 器模塊、存儲模塊和CAN通信模塊連接并進行控制與通信，所述的微機電系統(tǒng)傳感器與傳 感器控制器模塊連接并傳遞信號。所述的主電源模塊由主供電電路和主電源故障檢測模塊兩部分組成，所述的主供 電電路為供電單元將蓄電池12V轉(zhuǎn)換為5V，所述的主電源故障檢測模塊檢測輸出電壓值來 控制主供電電路輸出電壓。所述的主電源故障檢測模塊包括過反饋及保護模塊、看門狗和復位發(fā)生器，其提 供電流保護、過溫保護和輸出電壓反饋，并為主控制器模塊外部提供看門狗和復位發(fā)生器 功能。
所述的傳感器供電模塊包括傳感器供電電路和傳感器電源檢測電路，其中傳感器 供電電路將蓄電池12V電源轉(zhuǎn)換為5V，將所述5V電壓傳遞給傳感器控制器模塊和傳感器 電源檢測電路，其中傳感器電源檢測電路檢測所述5V電壓是否正常，還檢測包括過電流保 護、過溫保護和輸出電壓反饋，并為傳感器控制器模塊提供復位發(fā)生器功能。所述的微機電系統(tǒng)傳感器由縱向加速度微機電傳感器、橫向加速度微機電系統(tǒng)傳 感器和橫擺角速度微機電傳感器構(gòu)成，向傳感器控制器模塊傳遞車輛橫向加速度、縱向加 速度和橫擺角速度信號。所述的主控制器模塊主要由主單片機及晶體振蕩器組成，所述的晶體振蕩器向主 單片機提供正弦波形的頻率信號，主單片機與各個模塊連接并實現(xiàn)各個模塊之間的控制與
ififn。所述的CAN通信模塊連接到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，與汽車電子穩(wěn) 定控制系統(tǒng)通信并提供車輛信息。一種應用于機動車的慣量測量單元的控制方法a)傳感器電源供電模塊和主電源模塊為系統(tǒng)提供5V電源；b)傳感器控制器模塊工作并檢測縱向加速度微機電傳感器、橫向加速度微機電系 統(tǒng)傳感器和橫擺角速度微機電傳感器信號是否正常；c)若檢測傳感器信號正常，則主控制器模塊和傳感器控制器模塊通信，傳感器控 制器模塊處理傳感器數(shù)據(jù)并將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器模塊，由主控制器模塊將傳感 器數(shù)據(jù)封裝并發(fā)送到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)根 據(jù)車輛的狀態(tài)，對汽車各個電子控制單元的輸出參數(shù)進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對汽車穩(wěn)定的控 制；d)若主電源故障檢測模塊檢測到電源異?；蛘哕浖茱w立刻復位主控制器模塊， 讓主控制器模塊重新上電工作，不受電源異?；蛘哕浖茱w的影響；e)若傳感器電源檢測電路檢測到電源異常后立刻發(fā)送信號到主控制器模塊，由主 控制器模塊決定是否復位傳感器控制器模塊；f)若檢測傳感器信號不正常，則主控制器模塊和傳感器控制器模塊通信，傳感器 控制器模塊將傳感器故障信息反饋給主控制器模塊，主控制器模塊確認故障，記錄故障碼 到存儲器模塊，同時由主控制器模塊將故障碼發(fā)送到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系 統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)向車輛總線發(fā)送故障碼，并向駕駛員提供燈光報警。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.本發(fā)明電路采用模塊化設計，各個模塊間相對獨立，整體性能更可靠，單獨模塊 的升級不會影響其他模塊的工作。2.本發(fā)明電路采用雙微控制器設計，保證電路每一次采集傳感器數(shù)據(jù)的準確性， 從而保證系統(tǒng)安全。3.本發(fā)明電路采用4層板PCB設計，使用表貼元件，結(jié)構(gòu)更緊湊，集成度高，系統(tǒng)小 型化更容易。4.本發(fā)明電路設計時考慮了 EMI、EMS的要求，自身的EMI對車輛其他電子控制單 元沒有影響，也不受車輛其他電子控制單元影響，保證了在機動車上使用的可靠性。5.本發(fā)明具有自診斷功能，和發(fā)動機、變速器共用故障診斷儀，通過故障診斷儀對汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)讀取到本發(fā)明的故障碼，進行診斷。6.本發(fā)明帶有CAN總線數(shù)據(jù)傳輸模塊，與汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)通信不易受到干 擾，不僅數(shù)據(jù)傳輸速度更快，而且具有數(shù)據(jù)自檢功能。


下面對本發(fā)明說明書各幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明主電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明主控制器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明傳感器電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明CAN通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、蓄電池；2、主電源模塊；3、主控制器模塊；4、傳感器電源模塊；5、傳感器 控制器模塊；6、存儲器模塊；7、CAN通信模塊；8、微機電系統(tǒng)傳感器；9、反饋及保護模塊； 10、復位發(fā)生器；11、看門狗；12、5V供電；13、驅(qū)動及保護模塊；14、接收轉(zhuǎn)換；15、晶體振蕩 器；16、主單片機；2-1、主供電電路；2-2、主電源故障檢測模塊；4-1、傳感器供電電路；4-2、 傳感器電源檢測電路；8-1、縱向加速度微機電傳感器；8-2、橫向加速度微機電系統(tǒng)傳感 器；8-3、和橫擺角速度微機電傳感器。附圖中_____^表示蓄電池供電傳遞路線；___+表示主電源供給路線；............._表示傳感器電源供給路線；
—表示控制信號傳遞路線。
具體實施例方式參見圖1為應用于機動車的慣量測量單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該慣量測量單元包括 蓄電池1、主電源模塊2、主控制器模塊3、CAN通信模塊7、存儲模塊6、傳感器電源模塊4、 傳感器控制器模塊5和微機電系統(tǒng)傳感器8。主電源模塊2和傳感器電源模塊4分別與蓄電池1連接，主電源模塊2處理蓄電 池1電源后向CAN通信模塊7、存儲模塊6和主控制器模塊3供電，傳感器電源模塊4處理 蓄電池1電源后向傳感器控制器模塊5供電，所述的主控制器模塊3分別與主電源模塊2、 傳感器電源模塊4、傳感器控制器模塊5、存儲模塊6和CAN通信模塊7連接并進行控制與 通信，所述的微機電系統(tǒng)傳感器8與傳感器控制器模塊5連接并傳遞信號予傳感器控制器 模塊5。其中蓄電池1為整個慣量測量單元系統(tǒng)提供工作電源，蓄電池1的輸出電壓為 12V，在汽車發(fā)電機工作時，輸出電壓為13. 5V。參見圖1、3可知，主控制器模塊3是整個系統(tǒng)核心控制部件，與各個模塊連接及實 現(xiàn)各個模塊之間的控制與通信，主要由主單片機16及晶體振蕩器15組成，所述的晶體振蕩 器15向主單片機16提供正弦波形的頻率信號，主單片機16與各個模塊連接并實現(xiàn)與之間 的控制與通信。
參見圖1、2可知，主電源模塊2由主供電電路2-1和主電源故障檢測模塊2_2兩 部分組成，所述的主供電電路2-1為供電單元將蓄電池1的12V電源轉(zhuǎn)換為5V為主電源故 障檢測模塊2-2、CAN通信模塊7、存儲模塊6和主控制器模塊3供電，所述的主電源故障檢 測模塊2-2包括過反饋及保護模塊9、看門狗11和復位發(fā)生器10，蓄電池1通過PNP型三 極管的基極與反饋及保護模塊9連接，其集電極與看門狗11和復位發(fā)生器10連接并設有 5V供電12，復位發(fā)生器10向主控制器模塊3輸入信號，經(jīng)過處理反饋至看門狗11由看門 狗11執(zhí)行，具體來說主電源故障檢測模塊2-2提供電流保護、過溫保護和輸出電壓反饋，并 為主控制器模塊3外部提供看門狗和復位發(fā)生器功能，并測輸出電壓值來控制主供電電路 2-1輸出電壓?？撮T狗11可以防止主控制器模塊3中程序跑飛，當程序跑飛后，看門狗11 通過復位發(fā)生器10對主單片機16進行復位，在上電過程中電源沒有穩(wěn)定的過程中復位發(fā) 生器對主單片機16進行復位，以保證主單片機16能夠正常上電工作。參見圖1、4可知，所述的傳感器供電模塊4包括傳感器供電電路4-1和傳感器電 源檢測電路4-2，其中傳感器供電電路4-1將蓄電池1的12V電源轉(zhuǎn)換為5V，將所述5V電 壓傳遞給傳感器控制器模塊5和傳感器電源檢測電路4-2，其中傳感器電源檢測電路4-2具 有反饋及保護模塊9和復位發(fā)生器10，其檢測傳感器供電電路4-1輸出的5V電壓是否正 常，還檢測包括過電流保護、過溫保護和輸出電壓反饋，并為傳感器控制器模塊5提供復位 發(fā)生器功能，由此傳感器電源檢測電路4-2檢測輸出電壓值來準確控制輸出電壓，當輸出 電流或者溫度超過一定值，關(guān)閉輸出晶體管，防止損壞器件，并具有復位發(fā)生器10，當電源 檢測出現(xiàn)問題時，可以向主單片機16發(fā)出信號，通知主單片機16出現(xiàn)傳感器電源故障。傳感器控制器模塊5是整個傳感器系統(tǒng)核心控制部件，與傳感器連接及實現(xiàn)對傳 感器數(shù)據(jù)的讀取，傳感器控制器模塊5和主控制器模塊3進行通訊驗證關(guān)鍵控制信息的準 確性。微機電系統(tǒng)傳感器8由縱向加速度微機電系統(tǒng)傳感器8-1、橫向加速度微機電系 統(tǒng)傳感器8-2、橫擺角速度微機電系統(tǒng)傳感器8-3構(gòu)成，當機動車有縱向加速度的變化、橫 向加速度的變化、傾斜角度變化以及機動車沿垂直軸的偏轉(zhuǎn)，能夠根據(jù)機動車狀態(tài)輸出數(shù) 據(jù)并及時傳遞給傳感器控制器模塊5。存儲器模塊6采用了電可擦寫可編程內(nèi)存，可以反復擦寫100萬次，并能夠?qū)?shù)據(jù) 存儲40年，存儲器模塊6主要用來存儲慣量測量單元自身的編碼號和主控制器模塊3記錄 的故障碼。參見圖1、5可知，CAN通信模塊7連接到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，與 汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)通信并提供車輛信息。CAN總線采用差分信號傳輸，通常情況下只 需要兩根信號線CAN-H和CAN-L就可以進行遠距離正常的通信，CAN總線的傳輸波特率最 大為1Mbps，在隱性狀態(tài)下，隱性波形CAN-H電壓值為2. 64V，CAN-L電壓值為2. 62V，CAN-H 與CAN-L的輸入差分電壓為0. 02V，共模輸入電壓為2. 5V，在顯性狀態(tài)下，CAN-H電壓值為 3. 50V, CAN-L電壓值為1. 6IV, CAN-H與CAN-L的輸入差分電壓為1. 89V，CANH、CANL差合成 波形，顯性電壓值1. 90V,隱性電壓值0V。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是一種應用于機動車的慣量測量單元，該慣量測量單 元為微機電系統(tǒng)慣量測量單元(英文為Micro Electronic MechanicalSystem Inertial Measurement Unit，簡稱MEMS IMU)，將慣量測量單元安裝到機動車上，打開點火鑰匙之后，按照如下控制方法工作a)傳感器電源供電模塊4和主電源模塊2為系統(tǒng)提供5V電源；b)傳感器控制器模塊5工作并檢測縱向加速度微機電傳感器8-1、橫向加速度微 機電系統(tǒng)傳感器8-2和橫擺角速度微機電傳感器8-3信號是否正常；c)若檢測傳感器信號正常，則主控制器模塊3和傳感器控制器模塊5通信，傳感器 控制器模塊5處理傳感器數(shù)據(jù)并將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器模塊3，由主控制器模塊3 將傳感器數(shù)據(jù)封裝并發(fā)送到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn)定控制系 統(tǒng)根據(jù)車輛的狀態(tài)，對汽車各個電子控制單元的輸出參數(shù)進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對汽車穩(wěn)定 的控制；d)若主電源故障檢測模塊2-2檢測到電源異?；蛘哕浖茱w立刻復位主控制器 模塊3，讓主控制器模塊3重新上電工作，不受電源異常或者軟件跑飛的影響；e)若傳感器電源檢測電路4-2檢測到電源異常后立刻發(fā)送信號到主控制器模塊 3，由主控制器模塊3決定是否復位傳感器控制器模塊3 ；f)若檢測傳感器信號不正常，則主控制器模塊3和傳感器控制器模塊5通信，傳感 器控制器模塊5將傳感器故障信息反饋給主控制器模塊3，主控制器模塊3確認故障，記錄 故障碼到存儲器模塊6，同時由主控制器模塊3將故障碼發(fā)送到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定 控制系統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)向車輛總線發(fā)送故障碼，并向駕駛員提供燈光報警。
權(quán)利要求
1.一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于該慣量測量單元包括蓄電池 (1)、主電源模塊O)、主控制器模塊(3)、CAN通信模塊(7)、存儲模塊(6)、傳感器電源模塊 G)、傳感器控制器模塊( 和微機電系統(tǒng)傳感器(8)，所述的主電源模塊( 與蓄電池(1) 連接向CAN通信模塊(7)、存儲模塊(6)和主控制器模塊C3)供電，所述的傳感器電源模塊(4)與蓄電池(1)連接向傳感器控制器模塊( 供電，所述的主控制器模塊C3)與主電源模 塊O)、傳感器電源模塊G)、傳感器控制器模塊(5)、存儲模塊(6)和CAN通信模塊(7)連 接并進行控制與通信，所述的微機電系統(tǒng)傳感器( 與傳感器控制器模塊( 連接并傳遞 傳感器接收信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的主 電源模塊O)由主供電電路(2-1)和主電源故障檢測模塊(2- 兩部分組成，所述的主供 電電路(2-1)為供電單元將蓄電池(1)12V轉(zhuǎn)換為5V，所述的主電源故障檢測模塊(2-2)檢 測輸出電壓值來控制主供電電路(2-1)輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的主 電源故障檢測模塊(2- 包括過反饋及保護模塊(9)、看門狗(11)和復位發(fā)生器(10)，其 提供電流保護、過溫保護和輸出電壓反饋，并為主控制器模塊(3)外部提供看門狗和復位 發(fā)生器功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的傳 感器供電模塊(4)包括傳感器供電電路(4-1)和傳感器電源檢測電路G-2)，其中傳感器 供電電路(4-1)將蓄電池(1)12V電源轉(zhuǎn)換為5V，將所述5V電壓傳遞給傳感器控制器模塊(5)和傳感器電源檢測電路G-2)，其中傳感器電源檢測電路(4- 檢測所述5V電壓是否 正常，還檢測包括過電流保護、過溫保護和輸出電壓反饋，并為傳感器控制器模塊(5)提供 復位發(fā)生器功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的 微機電系統(tǒng)傳感器(8)由縱向加速度微機電傳感器(8-1)、橫向加速度微機電系統(tǒng)傳感器 (8-2)和橫擺角速度微機電傳感器(8- 構(gòu)成，向傳感器控制器模塊( 傳遞車輛橫向加速 度、縱向加速度和橫擺角速度信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的主 控制器模塊(3)主要由主單片機(16)及晶體振蕩器(15)組成，所述的晶體振蕩器(15)向 主單片機(16)提供正弦波形的頻率信號，主單片機(16)與各個模塊連接并實現(xiàn)各個模塊 之間的控制與通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應用于機動車的慣量測量單元，其特征在于所述的CAN 通信模塊(6)連接到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，與汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)通信 并提供車輛信息。
8.一種應用于機動車的慣量測量單元的控制方法，其特征在于a)傳感器電源供電模塊⑷和主電源模塊(2)為系統(tǒng)提供5V電源；b)傳感器控制器模塊( 工作并檢測縱向加速度微機電傳感器(8-1)、橫向加速度微 機電系統(tǒng)傳感器(8-2)和橫擺角速度微機電傳感器(8-3)信號是否正常；c)若檢測傳感器信號正常，則主控制器模塊( 和傳感器控制器模塊( 通信，傳感器 控制器模塊( 處理傳感器數(shù)據(jù)并將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器模塊(3)，由主控制器模塊C3)將傳感器數(shù)據(jù)封裝并發(fā)送到CAN總線上的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn) 定控制系統(tǒng)根據(jù)車輛的狀態(tài)，對汽車各個電子控制單元的輸出參數(shù)進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對 汽車穩(wěn)定的控制；d)若主電源故障檢測模塊(2- 檢測到電源異?；蛘哕浖茱w立刻復位主控制器模 塊(3)，讓主控制器模塊C3)重新上電工作，不受電源異?；蛘哕浖茱w的影響；e)若傳感器電源檢測電路(4- 檢測到電源異常后立刻發(fā)送信號到主控制器模塊 (3)，由主控制器模塊(3)決定是否復位傳感器控制器模塊(3)；f)若檢測傳感器信號不正常，則主控制器模塊C3)和傳感器控制器模塊( 通信，傳 感器控制器模塊( 將傳感器故障信息反饋給主控制器模塊(3)，主控制器模塊( 確認故 障，記錄故障碼到存儲器模塊(6)，同時由主控制器模塊(3)將故障碼發(fā)送到CAN總線上的 汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)向車輛總線發(fā)送故障碼，并向駕駛員提 供燈光報警。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種應用于機動車的慣量測量單元，該單元包括蓄電池、主電源模塊、主控制器模塊、CAN通信模塊、存儲模塊、傳感器電源模塊、傳感器控制器模塊和微機電系統(tǒng)傳感器，所述的主電源模塊與蓄電池連接向CAN通信模塊、存儲模塊和主控制器模塊供電，所述的傳感器電源模塊與蓄電池連接向傳感器控制器模塊供電，所述的主控制器模塊與主電源模塊、傳感器電源模塊、傳感器控制器模塊、存儲模塊和CAN通信模塊連接并進行控制與通信，所述的微機電系統(tǒng)傳感器與傳感器控制器模塊并傳遞信號。該慣性測量單元各個模塊間相對獨立，整體性能更可靠，單獨模塊的升級不會影響其他模塊的工作，保證了在機動車上使用的可靠性。
文檔編號B60R16/02GK102092352SQ20101059081
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者朱明 申請人:蕪湖伯特利電子控制系統(tǒng)有限公司