车辆轮速信号的采集与处理

第22卷第5期2006年10月哈尔滨商业大学学报自然科学版JournalofHarbinUniversityofCommerceNaturalSciencesEditionVOI.22NO.5Oct.2006收稿日期2005-12-14.作者简介王漠1980-女硕士研究方向电力电子与电力传动王旭东1958-男教授博士生导师研究方向电力电子与电力传动.车辆轮速信号的采集与处理王漠王旭东哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150040摘要为了满足对车辆轮速进行准确测量的要求分析了磁电感应式轮速传感器的工作原理和榆出持性设计了适合单片机信号采集的限幅滤波和整形电路提出了结合频率法和周期法优点的联合轮速采集方法实现了在全车速条件下车辆轮速的准确测量.关键词轮速测量磁电式传感器信号采集中图分类号U467.4文献标识码A文章编号1672-0946200605-0078-04AcguisitionandprocessingofwheelspeedsignalWANGYingWANGXu-dOngSchOOIOfEIectricaI&EIectrOnicEngineeringHarbinUniversityOfScience&TechnOIOgyHarbin150080ChinaAbstractInOrdertOmeasurethewheeIspeedaccurateIytheOperatingprincipIeandOutputcharacteristicsOfthemagnetOeIectricwheeIspeedsensOrareanaIyzed.TheIimitingfiIterandrectifiercircuitswhichareadaptedfOrthesignaIacguisitiOnweredesigned.Anewac-guisitiOnmethOdOfthewheeIspeedthatcOmbinestheadvantagesOfthefreguencyandperiOdmeasurementmethOdsisprOvided.TheaccuratemeasurementOfthewheeIspeedinthewhOIespeedrangeisreaIized.KeywordswheeIspeedmeasurementmagnetOeIectricsensOrsignaIacguisitiOn日前大多数的汽车防抱死系统都将滑移率!作为控制日标通过控制车辆在刹车过程中的滑移率使汽车获得有效平稳的制动.!=!!-!!!X100#1式中!!为实际车速!为轮速1.由上式可知若想在刹车过程中实现对滑移率的控制对实际车速和轮速的准确测量是不可或缺的.而在一般情况下车辆的实际车速也是由轮速推算得出的因此能够对轮速进行精确采集将是保证汽车安全制动的首要条件.日前常用的轮速采集方法有频率法和周期法2种.频率法在汽车高速行驶过程中精度较高误差小但是当车辆制动车速降低时其采集精度u显下降误差增大而周期法刚好相辰在车辆低速行驶时精度高误差小在高速行驶时精度下降误差增加.由于2种方法都存在着u显的测量界限因此都无法做到全车速范围下的轮速采集.但是如果将2种方法相结合在低速时使用周期法进行采集而在高速时使用周期法进行采集就能够实现在全车速条件下对车辆轮速的准确采集.1轮速测量原理分析变磁通式磁电感应传感器是日前常用的车辆轮速传感器主要由线圈永久磁铁等组成其工作原理如图1所示.图1磁电感应式传感器工作原理由电磁感应定律可知当通过回路面积的磁通量发生变化时在回路中就会产生感应电动势其大小与磁通量的变化率成正比E=Nc!c:=NBAsin#.2式中E为感应电动势N为线圈匝数c!/c:为磁通量变化率B为磁场强度为转轴角速度Asin#为垂直于磁力线的有效面积2.在汽车行驶过程中车轮带动齿盘旋转齿盘上的齿和间隙交替通过永久磁铁的磁场改变磁路的磁阻整个回路的磁通量随之变化在线圈中产生感应电动势.感应电动势的幅值和频率与转轴的角速度成正比因此通过对感应电动势的波形进行测量即可计算获得车辆的轮速.传感器输出的感应电动势波形如图2所示.图2磁电感应式传感器输出波形以捷达车型左前轮为例.其齿盘齿数为43当控制轮裂转速为18km/1时传感器输出信号为125Hz幅值约为1V当转速为236km/1时传感器输出信号为1.5kHz幅值约为6.8V.2信号处理电路设计传感器产生的输出信号并不能直接被控制器的单片机所使用必须经过一定的限幅滤波和整形转化为符合单片机接口电平并且利于采集的信号后寸能输入到单片机.2.1限幅电路试验所使用的单片机为英飞凌Xc164cS其I/0口接收TTL电平因此首先需要对传感器的输出信号进行限幅.限幅电路如图3所示当vi34.7V时v1输出为4.7V当vi4.7V且vi0V时v1输出为vi当vi小于等于0V时v1输出为0.6V保证v1始终小于4.7V符合单片机接口电平要求.图3限幅电路2.2低通滤波电路考虑到齿轮加工所产生的毛刺传感器安装以及环境干扰等因素将会在传感器输出信号上叠加一定的高频干扰所以在信号输入单片机前还需要进行滤波处理.图4为典型的低通滤波电路用于滤除高频干扰信号.其电压放大倍数为AU=v2v1=1JC1R2+1JC1=11+JR2C13图4低通滤波电路令fp=12!$=12!R2C1则上式变换为AU=11+Jffp4其模为lAl=11+ffp!2-5式中fp称为截止频率当输入信号频率f远远小97第5期王漠等车辆轮速信号的采集与处理于fp时lAUl为l信号可以无失真地通过而当f远远大于fp时lAUl接近于0信号将会被滤除3.这里我们选定R2=l0k!Cl=0.00lF则fp=8khz.当最高车速为236km/h传感器输出信号频率为l.5khz远远d于截止频率fp=8khz因此传感器信号可以完全不失真通过而高频干扰信号将被滤除.2.3整形电路为了便于单片机的计数采集采用施密特整形电路见图5.将传感器的输出信号转换为方波信号整形后的输出波形如图6所示.图!施密特整形电路图#整形输出波形3轮速采集算法3.l频率法频率法是一种测量单位时间内轮速脉冲信号的个数来求取轮速的算法具有测量电路简单编程简洁的优点.其轮速计算公式为V!=2#RnZ$t6式中R为车轮半径Z为齿圈齿数n为脉冲个数$t为测量时间间隔4.对于一个确定的系统而言2#R/Z为常数那么轮速计算的误差主要来源于采集频率f=n/$t的相对误差dff=dnn-d$t$t.7由误差公式可以看出频率法测量轮速的相对误差主要来自两个方面其一是测量时间间隔的相对误差d$t/$t即计数器的时基误差.现在大多数单片机中都采用精度较高的石英晶休振荡器其时基误差较d其二来自于频率采集计数器的相对误差dn/ndn=1l.这部分误差在车速恨高的时候较d但是当车速恨低时误差就会变得恨大存在着u显的低速测量界限.3.2测周期法计算轮速周期法是一种利用时标填充的方式测量车轮齿圈转过一个齿所需时间轮速脉冲周期来求取轮速的方法.其轮速计算公式如下V!=2#RZlT8式中T=nl0nl为填充脉冲个数0为时标信号周期T为被测信号周期.对于一个确定系统而言l#R/Z为常数那么轮速计算的误差主要来源于采集周期T=nl0的相对误差dTT=dnlnl+d00.9由误差公式可以看出其相对误差主要来自两个方面其一是时标信号周期的相对误差d0/0但是由于大多数单片机采用精度较高的石英晶振其误差较d其二来自于填充脉冲计数器的相对误差dn/ndn=1l.在汽车低速行驶时轮速信号周期较长由计数器误差引起的轮速误差比较d轮速测量具有较高的精度而在车辆高速行驶时轮速信号信号周期短由计数器误差所引起的误差较大轮速测量不准确.3.3联合法由于测频法周期法都存在着一定测速界限不能满足在全车速范围内准确测量轮速的要求因此提出了测量轮速的联合方法即制定一个速度值在车速高于这个值时采用频率法采集轮速而在低于这个值时采用周期法采集轮速保证在全车速范围内轮速测量都具有较高精度.将限幅滤波和整形后的传感器信号V0分为08哈尔滨商业大学学报自然科学版第22卷两路一路接入单片机Xc164cS的输入捕捉口用于捕捉轮速脉冲的上升沿和下降沿计算轮速脉冲频率另一路接入定时计数器端口用于记录轮速脉冲个数.这里设定频率法和周期法的分界频率为350Hz.当单片机的输入捕捉功能计算出轮速脉冲频率高于350Hz时直接利用定时器记录脉冲个数进行轮速计算即用频率法采集轮速.当脉冲频图!联)法采集轮速流程图率低于350Hz时通过输入捕捉功能模块获得脉冲信号两个上升沿之间的时间差来计算轮速即采用周期法采集轮速.由于单片机Xc164cS采用8MHz晶振并且在内部倍频到25MHz5因此在满足测量精度的条件下最低可以采集频率为10Hz的脉冲信号保证了低速测量的准确性.4)-本文论述了车用磁电感应式轮速传感器的工作原理以及信号输出特性给出了适合于轮速信号采集的限幅滤波以及整形电路并针对传统采集轮速的频率法和周期法的不足提出了结合频率法和周期法优点的联合测量法实现了全车速范围内轮速的准确测量.参考文献1周云山.汽车电控系统理论与设计M.北京北京理工大学出版社1999.56-57.2洪涛叶捕.ABS的轮速信号及其传感器J.专用汽车1997242-43.3童诗白华成英.模拟电子技术基础M.北京高等教育出版社2001.4肖忠强韩以伦.车用防抱死制动系统的研究J.公路与汽运200549-10.5刘红波李新城朱伟兴.87c196Kc单片机处理ABS轮速的计算方法研究J.机械与电子200343-5.上接77页可以为企业提供安全的远程访问服务而且不需要安装客户端软件也不需要变更企业原来的局域网基础设施企业员工可以通过Web沏览器对企业内部资源企业外部的VPN服务器资源进行访问.MPLS是MuItiprotocoILabeISwitch多协议标签交换的缩写MPLSVPN改变了传统的基于点到点的VPN实现方式它利用MPLS网络中标记的灵活性和多样性将每一个VPN作为一个逻辑网络依附在MPLS骨干网之上各个用户节点只须简单加入或退出就可以组建特定的VPN网络.MPLSVPN为企业增加了管理和运营的手段在管理网络流量减少拥塞上进一步保证了网络的服务质量OoS.虚拟专用网VPN是企业内部企业之间互联的一个解决方案它是当今网络发展的方向.随着VPN运营成本的不断下降企业对网络带宽接入服务的不断增加VPN也必将成为未来企业传输业务的重要工具.参考文献1戴宗坤.VPN与网络应用M.北京电子工业出版社2002.2王达.虚拟专用网VPN精解M.北京清华大学出版社2004.3刘海静王力.VPN的NAT穿越解决方案J.计算机工程与设计200425101800-18011823.4王浩.VPN虚拟专用网技术浅折J.机械管理开发200481658-60.18第5期王漠等车辆轮速信号的采集与处理车辆轮速信号的采集与处理作者：王瑛，王旭东，WANGYing，WANGXu-dong作者单位：哈尔滨理工大学,电气与电子工程学院,黑龙江,哈尔滨150040刊名：哈尔滨商业大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNALOFHARBINUNIVERSITYOFCOMMERCE(NATURALSCIENCESEDITION)年，卷(期)：2006,22(5)被引用次数：1次参考文献(5条)1.周云山汽车电控系统理论与设计19992.洪涛.叶楠ABS的轮速信号及其传感器1997(02)3.童诗白.华成英模拟电子技术基础20014.肖忠强.韩以伦车用防抱死制动系统的研究[期刊论文]-公路与汽运2005(04)5.刘红波.李新城.朱伟兴87C196KC单片机处理ABS轮速的计算方法研究[期刊论文]-机械与电子2003(04)本文读者也读过(10条)1.蔡燕.黄智宇.CAIYan.HUANGZhi-yu基于NCV1124的ABS轮速信号采集处理系统的设计与实现[期刊论文]-重庆工学院学报（自然科学版）2009,23(8)2.马彦.田作华.MA