CS-ARAS和CS-A2LAS陀螺在車輛穩(wěn)定系統(tǒng)中的應用

　汽車走進千家萬戶，安全愈加顯的重要。駕乘人員的安全和所用車輛的電子系統(tǒng)是否先進密切相關。安全氣囊ABS（Anti-lock Break system）系統(tǒng)已是大家十分熟悉的常規(guī)安全保護系統(tǒng)。車輛穩(wěn)定系統(tǒng)是一種更為先進的車輛安全防護系統(tǒng)，據(jù)德國調查，加裝車輛穩(wěn)定系統(tǒng)可減少50%的車輛事故。很多人可能只知道名詞，卻并不了解其含義。而且由于不同車系的原故，名詞也各有不同。

　　其實車輛穩(wěn)定系統(tǒng)的核心是增加了一個慣性傳感器，并且通過慣性傳感器測量車輛回轉的角速率和加速度或傾角。然后通過ECU對某個車輪發(fā)出控制指令，以保證正常的安全行駛。

　　車輛穩(wěn)定系統(tǒng)有很多不同的叫法，其實質大同小異。主要有以下不同的名詞：

ESP：Electronic Stability Program電子穩(wěn)定程序。
ESC：Electronic Stability Control電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)。
VDC：Vehicle Dynamic Control車輛動態(tài)控制。
VSC：Vehicle Stability Control車身穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。
RSC：Roll Stability Control防側翻穩(wěn)定控制
DSC：Dynamic Stability Control 動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

　　ESP以ABS制動防抱死系統(tǒng)為基礎，通過外圍的傳感器收集方向盤的轉動角度、側向加速度等信息，這些信息經(jīng)過微處理器加工，再由液壓調節(jié)器向車輪制動器發(fā)出制動指令，來實現(xiàn)對側滑的糾正。特別是在轉彎時，即側向力起作用時，ESP使車輛穩(wěn)定并保持安全行駛。而ABS和TCS僅僅在縱方向上起作用。ESP 不僅用到了ABS和TCS的所有部件，還包含了一個集成有側向加速傳感器的橫擺角速度傳感器和方向傳感器。

　　ESC從功能上講相當于ABS(防抱死剎車系統(tǒng))、EBD(電子制動力分配)、TCS(牽引力控制系統(tǒng))、AYC(主動偏轉控制)等多種功能的集合，它能自動更正轉向過度與轉向不足，并能通過比較駕駛員行駛方向的意圖與汽車的實際方向，使汽車保持在正確路線上行駛。當探測到偏差時，ESC對每個車輪進行獨立制動，同時減少引擎扭矩，幫助駕駛員保持對汽車的控制。ESC實際上是一種可分別或同時制動四個車輪的制動系統(tǒng)，這是技術再高的駕駛者也做不到的。

　　VDC是在ABS和TCS的基礎上，增加汽車轉向行駛時橫向擺動的角速度傳感器，通過ECU控制內外、前后車輪的驅動力和制動力，確保汽車行駛的橫向動力學穩(wěn)定狀態(tài)。VDC的開發(fā)成功使所有的工作狀態(tài)下都能對駕駛員提供主動有效的行駛安全保證。該系統(tǒng)主要應用了車輪轉速傳感器、方向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、側向加速度傳感器、車輪位移傳感器。

　　VSC會隨時檢測車輛的行駛狀態(tài)，當車輛在轉彎過程中處于轉彎過度臨界狀況的時候，系統(tǒng)會自動降低發(fā)動機的動力輸出，且前外側車輪會剎車來產生一向外的力量，將車輛拉回正常的行駛狀態(tài)；而如果車輛將要出現(xiàn)轉向不足的情形的時候，也是降低發(fā)動機動力輸出，根據(jù)轉向不足的程度對后輪施加剎車，讓車輛恢復正常的行駛路徑。

　　RSC防翻滾穩(wěn)定控制系統(tǒng)使用回轉傳感器，駕駛員進行急轉彎或者快速轉向時，以下操作會在瞬間完成：系統(tǒng)記錄車輛傾斜角度變化的速度；根據(jù)此速度，計算傾斜的最終角度以確定翻滾的風險程度；若存在翻滾的危險，即激活制動系統(tǒng)以穩(wěn)定車輛；從而為駕駛者贏得時間，以使其從容應對、處理險情。

　　DSC為加速防滑控制或循跡控制系統(tǒng)的進一步延伸, 能確保車子在轉彎時仍能擁有最佳的循跡性, 以確保行車的穩(wěn)定性, 該系統(tǒng)為了要使車子在轉彎時仍有好的循跡性, 配有更先進的偵測及控制配備, 如有能偵測車輪轉速外, 還有偵測方向盤轉動的幅度、車速、以及車子的側向加速度, 根據(jù)以上所偵測到的資訊, 來判斷車輪在轉彎過程中是否打滑的危險, 如果會有打滑的危險 或已經(jīng)打滑, 則電腦馬上會命令制動油壓控制系統(tǒng)將打滑的車輪進行適當?shù)闹苿幼饔? 或著是以減少噴油量、延遲點火的方式來降低引擎力量的輸出, 達到了輪胎在各種行駛條件下防止打滑的現(xiàn)象, 進而使車輛無論在起動加速、再加速、轉彎等過程都能獲得好的循跡性。

　　從上可以看出，這些系統(tǒng)除了已有的轉速傳感器和方向盤轉角傳感器外，均需要一個能測量車體回轉的傳感器來測量回轉的角速度或角速率，有些還要補充測量車輛的橫向及縱向線加速度。這就引出了慣性傳感器的問題。

　　MEMS技術（微機電加工系統(tǒng)）的發(fā)展，尤其是它的高性價比給車輛穩(wěn)定系統(tǒng)帶來了可能和實現(xiàn)。西安中星測控有限公司利用先進的MEMS技術，根據(jù)國內外廠商的要求研發(fā)了兩款針對車輛穩(wěn)定控制的車用陀螺和穩(wěn)定器，以滿足不同客戶的需求。CS-ARAS內含一個角速率陀螺和一個線加速度，可以同時測量車體回轉角速率和橫向或縱向線加速度（根據(jù)安裝方向）。CS-A2LAS穩(wěn)定器內含一個角速率傳感器和兩軸線加速度傳感器，可以同時測量橫向或縱向加速度及車體回轉的角速度，并且取得了三個國家專利，產品出口芬蘭、意大利和以色列。

　　CS-ARAS系列車用慣性傳感器是西安中星測控有限公司自主研制的，用于測量角速率和加速度。CS-ARAS系列車用陀螺儀屬于低精度陀螺儀和加速度計的一種。主要用于高可靠性的汽車電子，也可用于天線穩(wěn)定p攝像p機器人等系統(tǒng)。

　　CS-ARAS系列車用傳感器的角速率陀螺儀依據(jù)諧振器陀螺原理工作。兩個多晶硅敏感結構，每一個含有一個高頻振動的框架，這個框架被靜電式地驅動而諧振，形成了必要的速度元件。框架的兩個外端組成一個電容敏感結構，以敏感有角速率時產生的科里奧利運動并產生電信號，該電信號被輸送到放大級和解調級，從而輸出正比于角速率的電信號。

　　CS-ARAS系列車用傳感器的加速度計是建造在硅晶片頂部的表面MEMS多晶硅結構。多晶硅簧片懸浮在晶片表面的結構，并提供一個克服加速度感應力的阻力。用包含兩個獨立的固定板和一個與運動質塊相連的中央板形成的差動電容器機構來測量比例于加速度的多晶硅結構的偏轉，從而產生電壓輸出信號。

　　主要技術條件

　　供電

輸入電壓 15±0.25 VDC
輸入電流 ≤30mA

　　陀螺儀性能

測量范圍 ±100°/s；±75°/s
零偏(在25℃時) 2.5±0.1V
輸出電壓(在25℃時) 0.5 ～4.5V
非線性度 0.5FS
分辨率 ≤0.1°/s
啟動時間 ≤35ms
帶寬 ≥40Hz
噪聲 ≤10mV

　　加速度計性能

測量范圍 ±1.8g
零偏(在25℃時) 2.5±0.1V
標度因數(shù) 1000±120 mV/g
非線性度 0.5FS
分辨率 1mg
啟動時間 ≤35ms
帶寬≥40Hz
噪聲≤5mV

　　工作環(huán)境

使用溫度－45℃―＋85℃
儲存溫度－55℃―＋100℃
沖擊 2000g

　　重量體積

重量 150克
尺寸 見外形尺寸圖
外形尺寸及產品圖