利用CAN總線的進行汽車輪速傳感器設計

　　目前，網絡技術是汽車電子領域發展的一項新技術。它不僅是解決汽車電子化中的線路復雜和線束增加問題的技術，而且其通訊和資源共享能力成為新的電子與計算機技術在車上應用的一個基礎，是車上信息與控制系統的支撐。

　　汽車電子網絡按功能可分為面向控制的網絡(CON)和面向信息傳輸的網絡(ION)。按網絡信息傳輸速度，美國汽車工程師協會(SAE)將網絡分為A， B，C三類。A類為低速網，波特率在9600bps以下，進而波特率在125kbps以下為中速網B類，125kbps以上為高速網C類。車輪速度(即車輪繞輪軸旋轉的線速度)傳感器(簡稱輪速傳感器)信號，可供發動機控制模塊、防抱制動系統(ABS)控制模塊及儀表控制模塊共享，使車輛在制動過程中，防抱制動控制模塊和發動機控制模塊聯合控制，達到最佳制動效能。發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檻值過高(車速即車體的速度低于10km/h時就無法正確測量車輪速度)的問題。

　　筆者利用研制的轉鼓輪速傳感器試驗臺進行試驗，針對輪速傳感器產生的信號特點，設計了基于CAN總線的汽車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檻低(車速達3km/h)、工作可靠、抗干擾能力強等優點，同時，可作為CAN總線局域網的測點，實現傳感器信號的數字化、網絡化的變送。

　　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、灰塵等環境因素的影響，所以，目前在汽車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，支架固定在長軸上，齒圈通過輪轂、制動轂連為一體，長軸穿過車輪與內部的軸承配合，如圖1(b)所示。

　　轉子的轉速與車輪的角速度成正比。轉鼓帶動車輪轉動，傳感器轉子的齒頂、齒間的間隙交替地與磁極接近、離開，使定子感應線圈中的磁場周期性的變化，在線圈中感應出交流正弦波信號?？刂圃囼炁_使車輪運轉在各種工況，對傳感器輸出信號進行測量。實驗結果表明了變磁阻式輪速傳感器產生的信號具有如下特征：
(1)傳感器產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)和車輪轉速的影響。氣隙間隔越小，車輪速度越高，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輪轉速的影響，為每秒鐘經過磁頭線圈的齒數，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生的信號如圖2所示。

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

　　輪速信號的檢測

　　將輪速傳感器輸出的每個正弦波信號調理整形產生一個方波信號，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作定時器。在每個T1定時時間內讀出T0的記數值，經計算得到輪速；(2)將方波信號先進行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方式，用T1作定時器對方波信號進行周期測量，經計算得到輪速。第一種方法在低速時所測得的輪速誤差較大。假定輪速不變，每個T1定時時間讀一次T0的記數值，在T1i和T1i+1時間內讀得數值由于讀數時磁頭與齒頂的位置關系有時會相差1，輪速較低時， T1定時時間內T0的記數值較小，因而相對誤差較大，導致輪速識別的門檻值過高。第二種方法可提高低速時的測量準確度，但增加了硬件F/V和A/D轉換芯片的開支。第三種方法可以在不增加硬件開支的前提下，有效地提高低速時的測量準確度。

　　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、總線控制及總線接口等電路。其結構框圖如圖3所示。