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CAN总线在汽车轮速传感器设计中的应用

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摘要： 目前，网络技术是汽车电子领域发展的一项新技术。它不仅是解决汽车电子化中的线路复杂和线束增加问题的技术，而且其通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在车上应用的一个基础，是车上信息与控制系统的支撑。汽车电子网络按功能可分为面向控制的网络（CON）和面向信息传输的网络（ION）。按网络信息传输速度，美国汽车工程师协会（SAE）将网络分为A，B，C三类。A类为低速网，波特率在9600bps以下，进而波特率在125kbps以下为中速网B类，125kbps以上为高速网C类。车轮速度（即车轮绕轮轴旋转的线速度）传感器（简称轮速传感器）信号，可供发动机控制模块、防

關鍵詞： 网络技术汽车电子 CAN总线汽车轮速传感器

Abstract：

Key words :

　　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。控制試驗臺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）。