來源：網(wǎng)絡(luò) 時間：2012-07-10 關(guān)鍵詞：工業(yè)自動化 電力電子 傳感器 汽車電子　　傳感器作為信息獲取的源頭，在自動化測試及控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重大的作用。在很多應(yīng)用場合，傳統(tǒng)傳感器由于測量參數(shù)的單一性已經(jīng)不能滿足實際需要。人們希望一個傳感器能完成傳統(tǒng)多個傳感器的測量任務(wù)，尤其是在一些較危險的壞境下，在這樣的需求下，多參數(shù)傳感器應(yīng)運(yùn)而生。但是隨著傳感器測量的物理量個數(shù)增加，傳感器結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，發(fā)生故障的概率也越大，因此更需要對傳感器的輸出值進(jìn)行自確認(rèn)。也就是要求傳感器不僅能輸出測量值，同時能夠?qū)ψ陨淼墓ぷ餍阅?、狀態(tài)進(jìn)行在線評估，能夠?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自恢復(fù)?！　∧壳皩崿F(xiàn)上述功能需要20～50個電子控制單元(ECU)，所用到的傳感器差不多有70～150個。這些傳感器負(fù)責(zé)測量的環(huán)境數(shù)據(jù)范圍很廣，有壓力、溫度、流量、速度、加速度以及角度等。它們將測量值送到ECU進(jìn)行引擎和環(huán)境控制、安全氣囊觸發(fā)，從而提升舒適度和安全性?！　CU(Electronic Control Unit)電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機(jī)控制器，也叫汽車專用單片機(jī)。它和普通的單片機(jī)一樣，由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以及整形、驅(qū)動等大規(guī)模集成電路組成。電控單元的功用是根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對空氣流量計及各種傳感器輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷，然后輸出指令，向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號以控制噴油量。電控單元由微型計算機(jī)、輸入、輸出及控制電路等組成。在這些應(yīng)用中，各種系統(tǒng)的自診斷能力正變得日益重要。對于那些與安全息息相關(guān)的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)禁用和應(yīng)急啟動都相當(dāng)重要?！　∪缃衿噧?nèi)的電子元器件價值已占到總車的15～20%。未來，隨著車輛中植入更多的安全電子設(shè)備、燃油消耗和燃料排放控制電子系統(tǒng)、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)以及其他提升舒適度的電子系統(tǒng)，該比例可能會高達(dá)30～40%。　　目前實現(xiàn)上述功能需要20～50個電子控制單元(ECU)，所用到的傳感器差不多有70～150個。這些傳感器負(fù)責(zé)測量的環(huán)境數(shù)據(jù)范圍很廣，有壓力、溫度、流量、速度、加速度以及角度等。它們將測量值送到ECU進(jìn)行引擎和環(huán)境控制、安全氣囊觸發(fā)，從而提升舒適度和安全性。像ABS、電子穩(wěn)定程序/控制(ESP/ESC)，以及剎車輔助系統(tǒng)等，都要依賴傳感器輸入?！　≡谶@些應(yīng)用中，各種系統(tǒng)的自診斷能力正變得　　日益重要。例如，如果有可能直接在傳感元件中檢測到傳感器的缺陷，ECU就能夠獲得可靠數(shù)據(jù)從而做出正確決策。對于那些與安全息息相關(guān)的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)禁用和應(yīng)急啟動都相當(dāng)重要?！　?center>
　　圖1：如今汽車內(nèi)的電子元器件價值已占到總車的15-20%?！　∽鳛榫W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的汽車電子　　一份有關(guān)汽車電子控制系統(tǒng)的分析報告顯示，這些裝配的復(fù)雜度呈現(xiàn)指數(shù)上升。簡單的電子控制和調(diào)節(jié)裝備已經(jīng)被更為復(fù)雜的IT系統(tǒng)取代。在這其中，除了實際硬件外，軟件以及ECU間的雙向通信已成為一個新的關(guān)注點(diǎn)?！　≤囕v中的大量應(yīng)用已然轉(zhuǎn)變成了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。以往的常見架構(gòu)(即一個ECU實現(xiàn)一個應(yīng)用)已經(jīng)被多個ECU共享的網(wǎng)絡(luò)功能所取代?！　?center>
　　圖3是一個后備箱蓋的功能樹。在這里，打開后備箱實際上需要激活兩個ECU?！　∪魏五e誤都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。打開后備箱蓋這個動作可能出現(xiàn)的錯誤模式有6個。應(yīng)該是某個錯誤使得傳感器故障，這可能會在ECU的故障存儲器中產(chǎn)生十幾個不同的輸入?！　∑噦鞲衅髂壳八玫耐ㄐ艆f(xié)議仍然是模擬輸出。這是典型的點(diǎn)對點(diǎn)連接——即一個傳感器與一個ECU連接，并以電壓作為其輸出信號。盡管已經(jīng)進(jìn)行了一些改善，例如提高分辨率，或增加診斷范圍(LDR, UDR，見圖4)，但模擬輸出仍然是90年代至今該技術(shù)的核心?！　?center>
　　圖4:　　模擬輸出只允許進(jìn)行信號范圍內(nèi)(如10-90%)的傳感器信號傳輸，并通過開關(guān)將低診斷范圍(LDR)和高診斷范圍(UDR)轉(zhuǎn)換為故障狀態(tài)。　　解決這一問題的方法是在傳感器模塊與ECU之間采用數(shù)字通信，來傳輸除傳感器數(shù)據(jù)之外的狀態(tài)信息、時間戳以及誤差代碼等。不過遺憾的是，向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變所引發(fā)的問題異常復(fù)雜，因為傳感器的種類相差太大，而且不同的傳感器供應(yīng)商所采用的架構(gòu)也有所不同(見圖5)。　　
　　從模擬角度來看，市場上提供各種針對所有環(huán)境變量的傳感器，而且?guī)缀跛蠩CU微控制器都有模擬輸入口。因此，利用市場上現(xiàn)有的元器件，或僅需進(jìn)行微調(diào)的產(chǎn)品開發(fā)新應(yīng)用不會出現(xiàn)大問題或者大風(fēng)險。　　但這樣的情況卻不適合數(shù)字通信協(xié)議?？捎玫臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議必須以特定方式使用。目前可用的數(shù)字協(xié)議包括：　　CAN：總體來說太過復(fù)雜，傳感器成本過于昂貴　　LIN：僅支持最高為19,200 baud的低傳輸率　　外部傳感器接口(PAS4，PSI5)：專為安全應(yīng)用(如氣囊)開發(fā)，要求9V工作電壓，電流消耗大　　SENT：只能支持單向，目前還處于標(biāo)準(zhǔn)化階段中　　于是，在需要數(shù)字通信的應(yīng)用中通常會采用專有方案。這意味著每個電路制造商都有自己的專有協(xié)議。支持ZMD31150、ZMD的ZACWire提供一個開放標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供通信安全，在波特率和行末校準(zhǔn)方面具有靈活性?！　∥磥韼啄甑奶魬?zhàn)，是制定和執(zhí)行考慮到傳感器系統(tǒng)和應(yīng)用要求并具成本效益的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字接口。該接口必須滿足下面三個多少有些矛盾的設(shè)計條件：　　電路測試：為了測試成本最小化，要求通信速度最大化　　校準(zhǔn)：盡可能簡單、靈活　　應(yīng)用：盡可能快速、安全和兼容，特別是在超出規(guī)范工作電壓、EMC高以及最大RF輻射受限的條件下?！　∑噦鞲衅髟诎踩矫娴膽?yīng)用正日益增加。對于可以在危險的剎車條件下減小剎車距離的剎車輔助系統(tǒng)來說，需要一個傳感器來測量剎車系統(tǒng)的壓力，使得ECU能夠檢測出由駕駛員所發(fā)出的剎車動作。傳感器是激活A(yù)BS的關(guān)鍵，故傳感器必須100%準(zhǔn)確?！　∪绻麄鞲衅餍盘栒{(diào)節(jié)器IC發(fā)現(xiàn)模組中的傳感器故障，或者由于外部故障引起了SSC的無效操作，ECU必須能夠確定這些問題。ZMD31150是一款在汽車應(yīng)用中進(jìn)行信號調(diào)節(jié)的SSC?！　MD31150中執(zhí)行的診斷功能(見圖6)將對傳感器機(jī)能以及SSC進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控?！　?center>
　　一旦檢測到故障，診斷模式(DM)被激活。數(shù)字通信消息中將建立一個錯誤標(biāo)志，或者將模擬輸出切換到預(yù)先編程的診斷范圍LDR或HDR上。　　可檢測故障分為兩類，即硬件和軟件錯誤。硬件錯誤是在SSC中檢測到的由硬件問題所引發(fā)的故障?！　∠喾矗浖e誤的原因就不會總是這么清楚或連續(xù)出現(xiàn)。它們可能由外部原因引起，如EMC干擾或者系統(tǒng)板上其他電氣負(fù)載進(jìn)行開關(guān)操作。針對軟件錯誤，這里使用了一個錯誤計數(shù)器，當(dāng)錯誤發(fā)生時進(jìn)行“+”運(yùn)算，而當(dāng)錯誤不再發(fā)生時進(jìn)行“—”運(yùn)算。當(dāng)檢測不到軟件錯誤時，軟件錯誤消息被低通過濾，傳感器返回到正常操作模式?！　MD31150中的臨時DM是一個可選項，在錯誤持續(xù)出現(xiàn)時提供可靠的錯誤信息。利用附加信息(如冗余傳感器或進(jìn)行大量檢查)，ECU將決定當(dāng)前應(yīng)用能否繼續(xù)可靠工作，或者根據(jù)錯誤消息必須關(guān)斷?！　∪绻S著感性負(fù)載(Schaffner Pulse 3a或3b)接通，某個故障耦合到了傳感器系統(tǒng)的電源電壓上，該故障同樣能夠耦合到傳感器上，從而觸發(fā)自診斷功能。但是有了臨時DM，這種情況不得不連續(xù)出現(xiàn)幾次后才向ECU報告錯誤。由于錯誤計數(shù)器過濾了結(jié)果，明顯的錯誤信息和相應(yīng)的誤導(dǎo)將被避免。　　本文小結(jié)　　利用傳感器信號調(diào)理IC可以大大簡化汽車安全傳感器系統(tǒng)的開發(fā)。確保傳感器輸出100%正確的自診斷功能，只能在信號調(diào)整階段實現(xiàn)，鑒于此，該功能必須是片上實現(xiàn)?！　∠馴MD傳感器調(diào)理IC這類的器件集成了全面的自診斷功能。通過配置EEPROM，可以對某個錯誤進(jìn)行精確定義，并且對系統(tǒng)如何反應(yīng)進(jìn)行定義。對檢測到的錯誤事件進(jìn)行響應(yīng)的各類執(zhí)行程序，有助于避免明顯的虛假錯誤信息，從而可以增加自診斷的可靠性。