汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理

1 526 ） = 9 .266 k # 假设 取 由式 （ 得 6）
2 （! ） C2 = 1! 0R 1R 3C 4
R1 = R3 = R = 4 .633 k # R = 4 .7 k #
2 （ （ ） ）（8 ） T 1 -（! ! !0 ） + j（! ! ! = 1! j !） 0
（ 1 526 > 4 .7 > 10 > 10 = 1!
图3 为实现电路及其传输特性.
试验模拟的是 BJ212 车型的前轮. 当控制转鼓 转速为3 k m ! h 时， 88 齿的传感器产生的正弦波信 其频率为 31 ~z ； 当控制转鼓转 号的幅值约为 1 V ， 速为100 k m 传感器产生的正弦波信号的幅值 ! h 时， 约为 7 V ， 其频率为 1 018 ~z. 由于齿轮加工产生 的毛刺和其他环境因素的影响， 实际信号需要在上 述信号中叠加一定频率成分干扰信号， 见图1b.
! 轮速传感器试验及其信号特性
由于磁 电 式 传 感 器 工 作 稳 定 可 靠， 几乎不受 温度、 灰尘等环境因素影响， 所以目前在 ABS 系统 中使用的轮速传感器广泛采用变磁阻式的电磁传
［收稿日期］ 2002 -02 -26 ［作者简介］陆文昌 （ ， 男， 江苏无锡人， 江苏大学副教授. 1957 - ）
! " ! " $ F ! V 转换电路 本电路输出一个与输入信号 O 的频率 f 成 3 O 3
正比的 O 电压信号. 0 采用 L M （压 频） 转换器构成图 7 所示 331 V ! F ! 的F （频 压） 转换电路. ! V !
图5 频率响应曲线 FreCuency responsi ble curves
! " ! " # 限幅电路 将轮速传感器输出信号 U i 正半周的幅值限制 负半周使其输出为 0 .6 V. 电路的输 在5 V 以下， 出特性为 5 V
Ui
0
5 V
U1 =
Ui
0 .6 V
Ui Ui
5 V 0 V
（1 ）
图1 不同车速时轮速传感器的输出信号 F i g .1 0ut put si gnal from wheel rotati on speed sensor
! " ! " ! 滤波电路 限幅电路的输出信号 U 1 中包含有干扰信号， 由滤波电路将其抑制而选出有效的轮速信号. 采用二阶带反馈的有源滤波器. 其电路的一般 形式如图4a 所示， 其中 Y i 为导纳 . 列出相应的节 点方程式：
U5 - Y 1 U 1 + （Y 1 + Y 2 + Y 3 ）
第4 期
陆文昌等：汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理
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变磁阻式轮速传感器所产生的信号如图1 所示.
处理电路的要求分析， 按第二种方法， 提出信号处理 电路的结构如图2 所示. 它由限幅电路、 滤波电路、 比较整形电路及 F! V 转换电路组成.
图2 轮速信号处理电路结构框图 F i g .2 C ircuit struct ure diagra m
F i g .5
按最高车速为150 k m 取滤波器的截止 ! h 设计， 频率为该车速时传感器输出信号对应的频率 选 G = 0 .707 ， 即传递函数T （S） 1 526 ~z. 图5 中， 中S ! !0 项前面的系数为 1 .414 的幅频特性曲线 . 该特性曲线顶部平滑， 在截止频率处衰减 3 dB ， 也 就是在通带范围内有效信号基本无衰减. 令
2 2 6
-7
）
F = 0 .2 " 此低通滤波器的有源器件选用 OP07 ， 并连接成 电压 跟 随 器 形 式， 所 设 计 的பைடு நூலகம்低 通 滤 波 器 如 图 4b 所示.
! " ! " # 整形比较电路 设置一定的比较电压， 与滤波器输出信号O 比 2 较， 输出方波信号. 电路如图6a 所示， 图6b 是其输
! 电路仿真及试验研究
根据上述设计， 由图 3a 、 图 4b 、 图 6a 和图 7 构 成仿真电路原理图， 制成仿真电路， 进行试验研究. 试验分 3 种 情 况 进 行 . d 车 速 从 3 k m ／ 1 到 ，在 转 鼓 试 验 台 上 进 行； 车 速 从 100 k m ／ 1 i 使用 XD5 -1 低频信号发生 100 k m ／ 1 到150 k m ／ 1， 器产生信号模拟传感器信号； ＠ 将仿真电路板接入 自制 ABS 台架进行模拟 ABS 制动试验. 用此仿真电路板接入 ABS 系统进行有、 无 ABS 的对比试验， 试验曲线如图 9 所示 . 它表明电路排 除了其他干扰， 工作稳定， 实际效果显著.
VOl .23 NO .4 Jul y 2002
汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理
陆文昌，毛务本
（江苏大学汽车与交通工程学院， 江苏 镇江 212013 ）
［摘
要］研究了一种用模拟 数字混合电路设计方法， 解决汽车防抱死制动系统轮速传感器信号 ! 处理问题. 在对变磁阻式轮速传感器进行多种工况试验的基础上， 分析并归纳出该种传感器的信 理电路， 并对电路进行了仿真和试验研究. 研究结果表明， 依据结构函数设计出的轮速信号处理电
图4 带反馈的有源滤波器 F i g .4 F ilter w it h f eedback
得带反馈的有源低通滤波器的频率特性：
2 2 ｛ ［ （!） 1 -（! ! !0 ）］ + I T I = 1! 2 1! 2 （! （G ）｝ ! !0 ） 2 2 （!） ［ 1 -（! ! !0 ）］ + I T I = - 10l g｛ 2 ［! （G ］ ｝ ! !0 ）
（Y 2 + Y 3 ） U2 = 0 （2 ） （3 ）
U2 = 0 - Y 3 U 5 + （Y 3 + Y 4 ）
从式 （ （ 、 中消去 U 5 ， 可解得电路的传递函数 2） 3） （Y 1 Y 3 + Y 1 Y 4 + U 2! U 1 = Y 1 Y 3!
Y2Y4 + Y3Y4 ）
（4 ）
第23 卷第4 期 2002 年7 月
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
江苏大学学报 （自 然 科 学 版） （Nat ural S JOurnal Of Jiangsu Uni versit y cience ）
（9 ）
F i g .6 图6 整形比较电路及波形 Compari ng circuit and t he wave
（ 10 ）
其频率响应曲线如图5 所示.
出波形. 选用 L M 其输出为 311 N 作比较器， 10 V
O 2 O 2
O 3 =
0 V
（ （R2 + R4 ） 12 R2 ） ! （ 11 ） （ （R2 + R4 ） 12 R2 ） !
F i g .3 图3 限幅电路及传输特性 L im iti ng regi on circuit and t he f eat ure curve
! 信号处理电路的设计
! " # 信号处理电路的要求分析 信号处理电路对轮速传感器输出的每个正弦波 信号应能产生一个理想的方波信号， 后续电路对方 波信号的处理可有两种方法： " 直接送计算机的计 数电路， 从而得到轮速； 再 # 可先进行 F! V 转换， 送计算机的 A ! D 转换而得到轮速 . 第一种方法在 低速时所测的轮速误差较大 . 假定轮速不变， 每个 在 Ti 和Ti + 1 时间内读得 T 时间内读一个计数值， 的数值由于读数时磁头与齿的位置关系有时会相差 轮速较低时， 因而相对 1， T 时间内的计数值较小， 误差较大， 导致轮速识别的门槛值过高 . 第二种方 法是将信号的频率先转换成电压信号再对其进行处 理， 电路可起到对信号的平均作用， 减少第一种方法 产生的误差， 提高测速精度， 在低速到高速范围内， 输出电压保持线性. ! " ! 信号处理电路的结构设计 综合变磁阻电磁式轮速传感器信号特性和信号
图7 F ! V 转换电路 F i g .7 F ! V converter circuit
C4 = 0 .1 " F
LM 331 内部功能框图如图8a 所示.
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） U RS ） > 2 .09 > （RL／ > （Rt > C 0 = f U t 3 （ 12 ） 由式 （ 、 式 （ 、 式 （ （ 1） 5 ～7 ） 11 ）和式 12 ）组成了 实现图2 结构电路的结构函数.
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江苏大学学报 （自 然 科 学 版）
第23 卷
式中
! 0 = 1! R 1R 3C 2C 4
（! （ 1 + R3 ） G = 1! C4 ） 0 R 在式 （ 中令 S = j !， 则得 5）