利用CAN總線(xiàn)的進(jìn)行汽車(chē)輪速傳感器設計

　　目前，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是汽車(chē)電子領(lǐng)域發(fā)展的一項新技術(shù)。它不僅是解決汽車(chē)電子化中的線(xiàn)路復雜和線(xiàn)束增加問(wèn)題的技術(shù)，而且其通訊和資源共享能力成為新的電子與計算機技術(shù)在車(chē)上應用的一個(gè)基礎，是車(chē)上信息與控制系統的支撐。

　　汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò )按功能可分為面向控制的網(wǎng)絡(luò )(CON)和面向信息傳輸的網(wǎng)絡(luò )(ION)。按網(wǎng)絡(luò )信息傳輸速度，美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)將網(wǎng)絡(luò )分為A， B，C三類(lèi)。A類(lèi)為低速網(wǎng)，波特率在9600bps以下，進(jìn)而波特率在125kbps以下為中速網(wǎng)B類(lèi)，125kbps以上為高速網(wǎng)C類(lèi)。車(chē)輪速度(即車(chē)輪繞輪軸旋轉的線(xiàn)速度)傳感器(簡(jiǎn)稱(chēng)輪速傳感器)信號，可供發(fā)動(dòng)機控制模塊、防抱制動(dòng)系統(ABS)控制模塊及儀表控制模塊共享，使車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中，防抱制動(dòng)控制模塊和發(fā)動(dòng)機控制模塊聯(lián)合控制，達到最佳制動(dòng)效能。發(fā)達國家雖已普遍使用ABS系統，但對輪速信號處理的方法以硬件和軟件的形式作為ABS系統的電子控制器(ECU)的一部分而制成專(zhuān)用電路和芯片加以保護。國內對輪速信號的處理大多存在輪速識別的門(mén)檻值過(guò)高(車(chē)速即車(chē)體的速度低于10km/h時(shí)就無(wú)法正確測量車(chē)輪速度)的問(wèn)題。

　　筆者利用研制的轉鼓輪速傳感器試驗臺進(jìn)行試驗，針對輪速傳感器產(chǎn)生的信號特點(diǎn)，設計了基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)輪速傳感器信號處理電路，并用單片機對此信號采集、量化。結果顯示:設計出的輪速傳感器系統具有輪速測量門(mén)檻低(車(chē)速達3km/h)、工作可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，可作為CAN總線(xiàn)局域網(wǎng)的測點(diǎn)，實(shí)現傳感器信號的數字化、網(wǎng)絡(luò )化的變送。

　　輪速傳感器

　　由于磁電式傳感器工作穩定可靠，幾乎不受溫度、灰塵等環(huán)境因素的影響，所以，目前在汽車(chē)中使用的輪速傳感器廣泛采用變磁阻式電磁傳感器。變磁阻式輪速傳感器由定子和轉子組成。定子包括感應線(xiàn)圈和磁頭(為永久磁鐵構成的磁級)兩部分。轉子可以是齒圈或齒輪兩種形式。齒輪形式的轉子如圖1(a)所示。磁頭固定在磁極支架上，支架固定在長(cháng)軸上，齒圈通過(guò)輪轂、制動(dòng)轂連為一體，長(cháng)軸穿過(guò)車(chē)輪與內部的軸承配合，如圖1(b)所示。

　　轉子的轉速與車(chē)輪的角速度成正比。轉鼓帶動(dòng)車(chē)輪轉動(dòng)，傳感器轉子的齒頂、齒間的間隙交替地與磁極接近、離開(kāi)，使定子感應線(xiàn)圈中的磁場(chǎng)周期性的變化，在線(xiàn)圈中感應出交流正弦波信號?？刂圃囼炁_使車(chē)輪運轉在各種工況，對傳感器輸出信號進(jìn)行測量。實(shí)驗結果表明了變磁阻式輪速傳感器產(chǎn)生的信號具有如下特征：
(1)傳感器產(chǎn)生的信號為接近零均值的正弦波信號；

　　(2)正弦波信號的幅值受氣隙間隔(磁頭與齒圈間的氣隙，一般在1.0mm左右為最理想)和車(chē)輪轉速的影響。氣隙間隔越小，車(chē)輪速度越高，正弦波信號的幅值越大；

　　(3)正弦波信號的頻率受齒圈的齒數和車(chē)輪轉速的影響，為每秒鐘經(jīng)過(guò)磁頭線(xiàn)圈的齒數，即等于齒圈齒數乘以每秒鐘的輪速。變磁阻式輪速傳感器所產(chǎn)生的信號如圖2所示。

　　試驗模擬的是BJ212車(chē)型的前輪，用轉鼓轉速模擬車(chē)速。當控制轉鼓轉速為3km/h時(shí)，88齒的傳感器產(chǎn)生正弦波信號的幅值約為1V，其頻率為 31Hz；當控制轉鼓轉速為100km/h時(shí)，傳感器產(chǎn)生的正弦波信號的幅值約為7V，其頻率為1037Hz。由于齒輪加工產(chǎn)生的毛刺和其它環(huán)境因素的影響，實(shí)際信號為在上述信號中疊加了一定頻率成分干擾信號，見(jiàn)圖2(b)。

　　輪速信號的檢測

　　將輪速傳感器輸出的每個(gè)正弦波信號調理整形產(chǎn)生一個(gè)方波信號，后續電路對方波信號的處理可有以下幾種方法：(1)直接送單片機的T0記數，用T1作定時(shí)器。在每個(gè)T1定時(shí)時(shí)間內讀出T0的記數值，經(jīng)計算得到輪速；(2)將方波信號先進(jìn)行F/V轉換，再由單片機A/D轉換而得到輪速；(3)方波信號送單片機的外部中斷/INT0引腳，將其設定為邊沿觸發(fā)方式，用T1作定時(shí)器對方波信號進(jìn)行周期測量，經(jīng)計算得到輪速。第一種方法在低速時(shí)所測得的輪速誤差較大。假定輪速不變，每個(gè)T1定時(shí)時(shí)間讀一次T0的記數值，在T1i和T1i+1時(shí)間內讀得數值由于讀數時(shí)磁頭與齒頂的位置關(guān)系有時(shí)會(huì )相差1，輪速較低時(shí)， T1定時(shí)時(shí)間內T0的記數值較小，因而相對誤差較大，導致輪速識別的門(mén)檻值過(guò)高。第二種方法可提高低速時(shí)的測量準確度，但增加了硬件F/V和A/D轉換芯片的開(kāi)支。第三種方法可以在不增加硬件開(kāi)支的前提下，有效地提高低速時(shí)的測量準確度。

　　輪速傳感器系統硬件

　　輪速傳感器系統的硬件以80C31單片微機為核心(外部擴展8kRAM和8kEPROM)。外圍電路有信號處理電路、總線(xiàn)控制及總線(xiàn)接口等電路。其結構框圖如圖3所示。