汽車輪速傳感器設(shè)計中CAN總線的應(yīng)用

　　汽車電子網(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?shù)木W(wǎng)絡(luò)（ION）。按網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速度，美國汽車工程師協(xié)會（SAE）將網(wǎng)絡(luò)分為A， B，C三類。A類為低速網(wǎng)，波特率在9600bps以下，進而波特率在125kbps以下為中速網(wǎng)B類，125kbps以上為高速網(wǎng)C類。車輪速度（即車輪繞輪軸旋轉(zhuǎn)的線速度）傳感器（簡稱輪速傳感器）信號，可供發(fā)動機控制模塊、防抱制動系統(tǒng)（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(fā)動機控制模塊聯(lián)合控制，達到最佳制動效能。發(fā)達國家雖已普遍使用ABS系統(tǒng)，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(tǒng)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(nèi)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(zhuǎn)鼓輪速傳感器試驗臺進行試驗，針對輪速傳感器產(chǎn)生的信號特點，設(shè)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(jié)果顯示：設(shè)計出的輪速傳感器系統(tǒng)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(yōu)點，同時，可作為CAN總線局域網(wǎng)的測點，實現(xiàn)傳感器信號的數(shù)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(wěn)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(zhuǎn)子組成。定子包括感應(yīng)線圈和磁頭（為永久磁鐵構(gòu)成的磁級）兩部分。轉(zhuǎn)子可以是齒圈或齒輪兩種形式。齒輪形式的轉(zhuǎn)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(nèi)部的軸承配合，如圖1（b）所示。

　　轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與車輪的角速度成正比。轉(zhuǎn)鼓帶動車輪轉(zhuǎn)動，傳感器轉(zhuǎn)子的齒頂、齒間的間隙交替地與磁極接近、離開，使定子感應(yīng)線圈中的磁場周期性的變化，在線圈中感應(yīng)出交流正弦波信號。控制試驗臺使車輪運轉(zhuǎn)在各種工況，對傳感器輸出信號進行測量。實驗結(jié)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：

　?。?）傳感器產(chǎn)生的信號為接近零均值的正弦波信號;

　?。?）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(zhuǎn)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;

　?。?）正弦波信號的頻率受齒圈的齒數(shù)和車輪轉(zhuǎn)速的影響，為每秒鐘經(jīng)過磁頭線圈的齒數(shù)，即等于齒圈齒數(shù)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?zāi)M的是BJ212車型的前輪，用轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速模擬車速。當控制轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為3km/h時，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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為100km/h時，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）。