专利名称：一种应用于机动车的惯量测量单元及其控制方法
技术领域：
本发明属于机动车传感器制造技术领域，具体地说，涉及一种应用于机动车的惯 量测量单元及其控制方法。
背景技术：
在机动车传感器制造技术领域中，惯量测量单元被广泛用于各种车辆中，作为机 动车上的一个重要的辅助系统，它具有提供纵向加速度、横向加速度和横摆角加速度的作 用，纵向加速度和横向加速度可以检测机动车横纵加速度的大小以及机动车倾斜角度，横 摆角速度传感器检测汽车沿垂直轴的偏转，该偏转的大小代表汽车的稳定程度，如果偏转 角速度达到一个阈值，说明汽车将发生测滑或者甩尾的危险工况。目前，应用于机动车上的惯量测量单元大多为传统结构的惯量测量单元，价格高， 体积大，在进行惯量测量时，输出的值是模拟信号，而不是数字信号，需要由其他电子控制 单元对该模拟信号进行信号处理成数字信号，而且传统结构的惯量测量单元在精度和加工 工艺等方面均存在一定隐患，具体表现在1、由于传统结构的惯量测量单元的加工工艺要求高，造成了成本高，体积大，采用 可靠性不高的传统结构的惯量测量单元，存在有一定的安全隐患。2、采用传统结构的惯量测量单元，在机动车运动的过程中，由于精度不够，可能会 导致汽车电子稳定控制系统判断出错，影响汽车电子稳定控制系统控制效果，存在一定的 安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现一种体积小、集成度高、精确可靠且具有自检功 能的机动车惯量测量单元。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种应用于机动车的惯量测量单 元，该惯量测量单元包括蓄电池、主电源模块、主控制器模块、CAN通信模块、存储模块、传 感器电源模块、传感器控制器模块和微机电系统传感器，所述的主电源模块与蓄电池连接 向CAN通信模块、存储模块和主控制器模块供电，所述的传感器电源模块与蓄电池连接向 传感器控制器模块供电，所述的主控制器模块与主电源模块、传感器电源模块、传感器控制 器模块、存储模块和CAN通信模块连接并进行控制与通信，所述的微机电系统传感器与传 感器控制器模块连接并传递信号。所述的主电源模块由主供电电路和主电源故障检测模块两部分组成，所述的主供 电电路为供电单元将蓄电池12V转换为5V，所述的主电源故障检测模块检测输出电压值来 控制主供电电路输出电压。所述的主电源故障检测模块包括过反馈及保护模块、看门狗和复位发生器，其提 供电流保护、过温保护和输出电压反馈，并为主控制器模块外部提供看门狗和复位发生器 功能。
所述的传感器供电模块包括传感器供电电路和传感器电源检测电路，其中传感器 供电电路将蓄电池12V电源转换为5V，将所述5V电压传递给传感器控制器模块和传感器 电源检测电路，其中传感器电源检测电路检测所述5V电压是否正常，还检测包括过电流保 护、过温保护和输出电压反馈，并为传感器控制器模块提供复位发生器功能。所述的微机电系统传感器由纵向加速度微机电传感器、横向加速度微机电系统传 感器和横摆角速度微机电传感器构成，向传感器控制器模块传递车辆横向加速度、纵向加 速度和横摆角速度信号。所述的主控制器模块主要由主单片机及晶体振荡器组成，所述的晶体振荡器向主 单片机提供正弦波形的频率信号，主单片机与各个模块连接并实现各个模块之间的控制与
ififn。所述的CAN通信模块连接到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，与汽车电子稳 定控制系统通信并提供车辆信息。一种应用于机动车的惯量测量单元的控制方法a)传感器电源供电模块和主电源模块为系统提供5V电源；b)传感器控制器模块工作并检测纵向加速度微机电传感器、横向加速度微机电系 统传感器和横摆角速度微机电传感器信号是否正常；c)若检测传感器信号正常，则主控制器模块和传感器控制器模块通信，传感器控 制器模块处理传感器数据并将处理好的数据发送给主控制器模块，由主控制器模块将传感 器数据封装并发送到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，由汽车电子稳定控制系统根 据车辆的状态，对汽车各个电子控制单元的输出参数进行调整，从而实现对汽车稳定的控 制；d)若主电源故障检测模块检测到电源异常或者软件跑飞立刻复位主控制器模块， 让主控制器模块重新上电工作，不受电源异常或者软件跑飞的影响；e)若传感器电源检测电路检测到电源异常后立刻发送信号到主控制器模块，由主 控制器模块决定是否复位传感器控制器模块；f)若检测传感器信号不正常，则主控制器模块和传感器控制器模块通信，传感器 控制器模块将传感器故障信息反馈给主控制器模块，主控制器模块确认故障，记录故障码 到存储器模块，同时由主控制器模块将故障码发送到CAN总线上的汽车电子稳定控制系 统，由汽车电子稳定控制系统向车辆总线发送故障码，并向驾驶员提供灯光报警。本发明的优点在于1.本发明电路采用模块化设计，各个模块间相对独立，整体性能更可靠，单独模块 的升级不会影响其他模块的工作。2.本发明电路采用双微控制器设计，保证电路每一次采集传感器数据的准确性， 从而保证系统安全。3.本发明电路采用4层板PCB设计，使用表贴元件，结构更紧凑，集成度高，系统小 型化更容易。4.本发明电路设计时考虑了 EMI、EMS的要求，自身的EMI对车辆其他电子控制单 元没有影响，也不受车辆其他电子控制单元影响，保证了在机动车上使用的可靠性。5.本发明具有自诊断功能，和发动机、变速器共用故障诊断仪，通过故障诊断仪对汽车电子稳定控制系统读取到本发明的故障码，进行诊断。6.本发明带有CAN总线数据传输模块，与汽车电子稳定控制系统通信不易受到干 扰，不仅数据传输速度更快，而且具有数据自检功能。
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明图1为本发明系统结构示意图；图2为本发明主电源模块结构示意图；图3为本发明主控制器模块结构示意图；图4为本发明传感器电源模块结构示意图；图5为本发明CAN通信模块结构示意图；其中1、蓄电池；2、主电源模块；3、主控制器模块；4、传感器电源模块；5、传感器 控制器模块；6、存储器模块；7、CAN通信模块；8、微机电系统传感器；9、反馈及保护模块； 10、复位发生器；11、看门狗；12、5V供电；13、驱动及保护模块；14、接收转换；15、晶体振荡 器；16、主单片机；2-1、主供电电路；2-2、主电源故障检测模块；4-1、传感器供电电路；4-2、 传感器电源检测电路；8-1、纵向加速度微机电传感器；8-2、横向加速度微机电系统传感 器；8-3、和横摆角速度微机电传感器。附图中_____^表示蓄电池供电传递路线；___+表示主电源供给路线；............._表示传感器电源供给路线；
—表示控制信号传递路线。
具体实施例方式参见图1为应用于机动车的惯量测量单元的系统结构图，该惯量测量单元包括 蓄电池1、主电源模块2、主控制器模块3、CAN通信模块7、存储模块6、传感器电源模块4、 传感器控制器模块5和微机电系统传感器8。主电源模块2和传感器电源模块4分别与蓄电池1连接，主电源模块2处理蓄电 池1电源后向CAN通信模块7、存储模块6和主控制器模块3供电，传感器电源模块4处理 蓄电池1电源后向传感器控制器模块5供电，所述的主控制器模块3分别与主电源模块2、 传感器电源模块4、传感器控制器模块5、存储模块6和CAN通信模块7连接并进行控制与 通信，所述的微机电系统传感器8与传感器控制器模块5连接并传递信号予传感器控制器 模块5。其中蓄电池1为整个惯量测量单元系统提供工作电源，蓄电池1的输出电压为 12V，在汽车发电机工作时，输出电压为13. 5V。参见图1、3可知，主控制器模块3是整个系统核心控制部件，与各个模块连接及实 现各个模块之间的控制与通信，主要由主单片机16及晶体振荡器15组成，所述的晶体振荡 器15向主单片机16提供正弦波形的频率信号，主单片机16与各个模块连接并实现与之间 的控制与通信。
参见图1、2可知，主电源模块2由主供电电路2-1和主电源故障检测模块2_2两 部分组成，所述的主供电电路2-1为供电单元将蓄电池1的12V电源转换为5V为主电源故 障检测模块2-2、CAN通信模块7、存储模块6和主控制器模块3供电，所述的主电源故障检 测模块2-2包括过反馈及保护模块9、看门狗11和复位发生器10，蓄电池1通过PNP型三 极管的基极与反馈及保护模块9连接，其集电极与看门狗11和复位发生器10连接并设有 5V供电12，复位发生器10向主控制器模块3输入信号，经过处理反馈至看门狗11由看门 狗11执行，具体来说主电源故障检测模块2-2提供电流保护、过温保护和输出电压反馈，并 为主控制器模块3外部提供看门狗和复位发生器功能，并测输出电压值来控制主供电电路 2-1输出电压。看门狗11可以防止主控制器模块3中程序跑飞，当程序跑飞后，看门狗11 通过复位发生器10对主单片机16进行复位，在上电过程中电源没有稳定的过程中复位发 生器对主单片机16进行复位，以保证主单片机16能够正常上电工作。参见图1、4可知，所述的传感器供电模块4包括传感器供电电路4-1和传感器电 源检测电路4-2，其中传感器供电电路4-1将蓄电池1的12V电源转换为5V，将所述5V电 压传递给传感器控制器模块5和传感器电源检测电路4-2，其中传感器电源检测电路4-2具 有反馈及保护模块9和复位发生器10，其检测传感器供电电路4-1输出的5V电压是否正 常，还检测包括过电流保护、过温保护和输出电压反馈，并为传感器控制器模块5提供复位 发生器功能，由此传感器电源检测电路4-2检测输出电压值来准确控制输出电压，当输出 电流或者温度超过一定值，关闭输出晶体管，防止损坏器件，并具有复位发生器10，当电源 检测出现问题时，可以向主单片机16发出信号，通知主单片机16出现传感器电源故障。传感器控制器模块5是整个传感器系统核心控制部件，与传感器连接及实现对传 感器数据的读取，传感器控制器模块5和主控制器模块3进行通讯验证关键控制信息的准 确性。微机电系统传感器8由纵向加速度微机电系统传感器8-1、横向加速度微机电系 统传感器8-2、横摆角速度微机电系统传感器8-3构成，当机动车有纵向加速度的变化、横 向加速度的变化、倾斜角度变化以及机动车沿垂直轴的偏转，能够根据机动车状态输出数 据并及时传递给传感器控制器模块5。存储器模块6采用了电可擦写可编程内存，可以反复擦写100万次，并能够将数据 存储40年，存储器模块6主要用来存储惯量测量单元自身的编码号和主控制器模块3记录 的故障码。参见图1、5可知，CAN通信模块7连接到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，与 汽车电子稳定控制系统通信并提供车辆信息。CAN总线采用差分信号传输，通常情况下只 需要两根信号线CAN-H和CAN-L就可以进行远距离正常的通信，CAN总线的传输波特率最 大为1Mbps，在隐性状态下，隐性波形CAN-H电压值为2. 64V，CAN-L电压值为2. 62V，CAN-H 与CAN-L的输入差分电压为0. 02V，共模输入电压为2. 5V，在显性状态下，CAN-H电压值为 3. 50V, CAN-L电压值为1. 6IV, CAN-H与CAN-L的输入差分电压为1. 89V，CANH、CANL差合成 波形，显性电压值1. 90V,隐性电压值0V。本发明所提供的技术方案是一种应用于机动车的惯量测量单元，该惯量测量单 元为微机电系统惯量测量单元(英文为Micro Electronic MechanicalSystem Inertial Measurement Unit，简称MEMS IMU)，将惯量测量单元安装到机动车上，打开点火钥匙之后，按照如下控制方法工作a)传感器电源供电模块4和主电源模块2为系统提供5V电源；b)传感器控制器模块5工作并检测纵向加速度微机电传感器8-1、横向加速度微 机电系统传感器8-2和横摆角速度微机电传感器8-3信号是否正常；c)若检测传感器信号正常，则主控制器模块3和传感器控制器模块5通信，传感器 控制器模块5处理传感器数据并将处理好的数据发送给主控制器模块3，由主控制器模块3 将传感器数据封装并发送到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，由汽车电子稳定控制系 统根据车辆的状态，对汽车各个电子控制单元的输出参数进行调整，从而实现对汽车稳定 的控制；d)若主电源故障检测模块2-2检测到电源异常或者软件跑飞立刻复位主控制器 模块3，让主控制器模块3重新上电工作，不受电源异常或者软件跑飞的影响；e)若传感器电源检测电路4-2检测到电源异常后立刻发送信号到主控制器模块 3，由主控制器模块3决定是否复位传感器控制器模块3 ；f)若检测传感器信号不正常，则主控制器模块3和传感器控制器模块5通信，传感 器控制器模块5将传感器故障信息反馈给主控制器模块3，主控制器模块3确认故障，记录 故障码到存储器模块6，同时由主控制器模块3将故障码发送到CAN总线上的汽车电子稳定 控制系统，由汽车电子稳定控制系统向车辆总线发送故障码，并向驾驶员提供灯光报警。
权利要求
1.一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于该惯量测量单元包括蓄电池 (1)、主电源模块O)、主控制器模块(3)、CAN通信模块(7)、存储模块(6)、传感器电源模块 G)、传感器控制器模块( 和微机电系统传感器(8)，所述的主电源模块( 与蓄电池(1) 连接向CAN通信模块(7)、存储模块(6)和主控制器模块C3)供电，所述的传感器电源模块(4)与蓄电池(1)连接向传感器控制器模块( 供电，所述的主控制器模块C3)与主电源模 块O)、传感器电源模块G)、传感器控制器模块(5)、存储模块(6)和CAN通信模块(7)连 接并进行控制与通信，所述的微机电系统传感器( 与传感器控制器模块( 连接并传递 传感器接收信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的主 电源模块O)由主供电电路(2-1)和主电源故障检测模块(2- 两部分组成，所述的主供 电电路(2-1)为供电单元将蓄电池(1)12V转换为5V，所述的主电源故障检测模块(2-2)检 测输出电压值来控制主供电电路(2-1)输出电压。
3.根据权利要求2所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的主 电源故障检测模块(2- 包括过反馈及保护模块(9)、看门狗(11)和复位发生器(10)，其 提供电流保护、过温保护和输出电压反馈，并为主控制器模块(3)外部提供看门狗和复位 发生器功能。
4.根据权利要求1所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的传 感器供电模块(4)包括传感器供电电路(4-1)和传感器电源检测电路G-2)，其中传感器 供电电路(4-1)将蓄电池(1)12V电源转换为5V，将所述5V电压传递给传感器控制器模块(5)和传感器电源检测电路G-2)，其中传感器电源检测电路(4- 检测所述5V电压是否 正常，还检测包括过电流保护、过温保护和输出电压反馈，并为传感器控制器模块(5)提供 复位发生器功能。
5.根据权利要求1所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的 微机电系统传感器(8)由纵向加速度微机电传感器(8-1)、横向加速度微机电系统传感器 (8-2)和横摆角速度微机电传感器(8- 构成，向传感器控制器模块( 传递车辆横向加速 度、纵向加速度和横摆角速度信号。
6.根据权利要求1所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的主 控制器模块(3)主要由主单片机(16)及晶体振荡器(15)组成，所述的晶体振荡器(15)向 主单片机(16)提供正弦波形的频率信号，主单片机(16)与各个模块连接并实现各个模块 之间的控制与通信。
7.根据权利要求1所述的一种应用于机动车的惯量测量单元，其特征在于所述的CAN 通信模块(6)连接到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，与汽车电子稳定控制系统通信 并提供车辆信息。
8.一种应用于机动车的惯量测量单元的控制方法，其特征在于a)传感器电源供电模块⑷和主电源模块(2)为系统提供5V电源；b)传感器控制器模块( 工作并检测纵向加速度微机电传感器(8-1)、横向加速度微 机电系统传感器(8-2)和横摆角速度微机电传感器(8-3)信号是否正常；c)若检测传感器信号正常，则主控制器模块( 和传感器控制器模块( 通信，传感器 控制器模块( 处理传感器数据并将处理好的数据发送给主控制器模块(3)，由主控制器模块C3)将传感器数据封装并发送到CAN总线上的汽车电子稳定控制系统，由汽车电子稳 定控制系统根据车辆的状态，对汽车各个电子控制单元的输出参数进行调整，从而实现对 汽车稳定的控制；d)若主电源故障检测模块(2- 检测到电源异常或者软件跑飞立刻复位主控制器模 块(3)，让主控制器模块C3)重新上电工作，不受电源异常或者软件跑飞的影响；e)若传感器电源检测电路(4- 检测到电源异常后立刻发送信号到主控制器模块 (3)，由主控制器模块(3)决定是否复位传感器控制器模块(3)；f)若检测传感器信号不正常，则主控制器模块C3)和传感器控制器模块( 通信，传 感器控制器模块( 将传感器故障信息反馈给主控制器模块(3)，主控制器模块( 确认故 障，记录故障码到存储器模块(6)，同时由主控制器模块(3)将故障码发送到CAN总线上的 汽车电子稳定控制系统，由汽车电子稳定控制系统向车辆总线发送故障码，并向驾驶员提 供灯光报警。
全文摘要
本发明揭示了一种应用于机动车的惯量测量单元，该单元包括蓄电池、主电源模块、主控制器模块、CAN通信模块、存储模块、传感器电源模块、传感器控制器模块和微机电系统传感器，所述的主电源模块与蓄电池连接向CAN通信模块、存储模块和主控制器模块供电，所述的传感器电源模块与蓄电池连接向传感器控制器模块供电，所述的主控制器模块与主电源模块、传感器电源模块、传感器控制器模块、存储模块和CAN通信模块连接并进行控制与通信，所述的微机电系统传感器与传感器控制器模块并传递信号。该惯性测量单元各个模块间相对独立，整体性能更可靠，单独模块的升级不会影响其他模块的工作，保证了在机动车上使用的可靠性。
文档编号B60R16/02GK102092352SQ20101059081
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者朱明 申请人:芜湖伯特利电子控制系统有限公司