磁电式传感器的汽车检测系统设计

摘要汽车车速传感器设计是一种智能限速装置，利用速度传感器将转变成的电压信号输送给ECU（Electronic Control Unit）,来控制速度，速度达到规定值时切断电路达到限速的目的。

本文介绍了限速装置的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和测试方法。

系统采用硬件建软件对测量过程及测量结果进行处理。

与传统的限速装置相比，此限速器具有结构简单、新颖、易于实现的特点。

实验证明在整个调速范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，同时也提高了限速装置的整体性能。

关键词数据采集控制装置磁电式传感器目录摘要.................................... 错误!未定义书签。

前言 (III)1传感器的工作原理 (1)1.1汽车车速传感器的工作原理 (1)1.2汽车磁电式车速传感器 (1)1.3控制装置的工作原理 (2)2车辆限速装置的设计 (4)2.1控制装置系统的设计 (4)2.2数据采集系统的设计 (5)2.3系统总体设计 (6)3车辆限速装置的性能测试 (8)3.1性能指标 (8)3.2测试方法与结果 (8)3.3干扰问题 (9)4汽车车速传感器装置的应用 (9)5汽车车速传感器装置的发展趋势 (10)结论 (I)参考文献 (1)前言随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。

传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。

传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。

近年来，汽车保有量迅速增加，车辆安全性已成为人们最关心的问题。

为了保障人民生命财产安全，政府部门制定了相关的道路交通安全法规，为了满足安全法规和消费者对车辆安全性的要求，厂商采取了多方面措施来改善车辆的安全性能，其中电子技术起了很大的作用。

随着现代电子技术的发展，车辆电子化的程度越来越高，车辆传感器成为汽车电子控制系统的重要组成部件，也是车辆电子技术领域研究的核心技术之一。

车辆内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。

这些传感器必须要经受40℃～150℃的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测车辆运行的有关状态，速度传感器是列车安全行驶的重要设备，它能否稳定工作，将直接影响到车辆的正常运行。

作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。

在现代汽车电子控制中，传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中，传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能，为汽车性能的改善提供了有力保障。

传感器是汽车电子控制系统的信息源，是促进汽车高档化、电子化、自动化的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。

普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多。

传感器能及时识别外界和系统本身的变化，对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量，并将信息传递给电脑进行处理，从而实现汽车各系统的电子控制。

现代社会对车辆性能的要求越来越高，促使汽车传感器技术不断发展，今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化，开发新材料、新工艺和新型传感器。

1 传感器的工作原理1.1 汽车车速传感器的工作原理车辆自动强制限速装置，包括传感器、控制电路和操控机构。

车辆限速器分为两种：一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度。

车辆遥控自动限速器由发射器和接收器组成，采用遥控专用编码集成块。

通过对遥控限速进行编码，使每一组编码对应一种车速限制，并利用设置在路码表与之刻度同步上的光电传感器进而控制执行继电器切断和接续汽车起动、点火和熄火回路，从而达到控制车速的目的。

限速器的发射器包括固定发射器和移动发射器，固定发射器安装在需限速道路路段的出入口处，移动发射器由执法人员掌握，接收器安装在各受控车辆的驾驶室内。

车辆智能限速器由汽车传感器、微电脑速度控制仪和智能机械手组成。

其工作原理是：当车辆速度低于设定值时，控制仪不启动机械手，车辆行驶如常；当车辆速度临界设定值时，控制器立即启动机械手拉起油门，等同于司机放松油门，汽车只能滑行减速不能加速，从而使车速得到控制；当车辆速度低于设定值时，控制器立即反向放松油门，使油门恢复如初。

由于它的科学控速原理，车辆限速时呈自然、平稳状态，不易被站立的乘客察觉。

电子限速的作用是限制车速过高，防止因车速过高造成事故。

电子限速器可以实时监测车辆的速度，当车速达到一定值的时候，它就会控制供油系统和发动机的转速，这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油。

1.2汽车磁电式车速传感器磁电式传感器与霍尔式传感器是车辆上常用来检测车速和转速的信号。

磁电式传感器是利用电磁感应原理工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关，即 ：E ：感应电动势； N ：导电回路中线圈的匝数； dt d φ：穿越线圈磁通量的变化率； 通过改变dt d φ就可以改变感应电动势E 的变化，而在实际应用过程当中，改变dt d φ的方式有3种，即移动线圈、移动磁铁或改变磁阻，与之对应的分别称为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器及磁阻式磁电传感器。

而在车辆上应用最广的是磁阻式磁电传感器。

下面以磁阻式磁电传感器为例来讲磁电式传感器在车辆上的应用情况。

磁阻式磁电传感器在车辆上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速，一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。

当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。

而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大。

当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中就会感应出交变电动势，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。

磁电式轮速传感器结构简单、成本低、工作稳定可靠,几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响，缺点是：一是输出信号的幅值随转速的变化而变化。

若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。

当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。

目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15km/h～160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8km/h～260km/h以至更大，显然磁电式轮速传感器很难适应。

1.3控制装置的工作原理控制装置是变速器的中央控制单元，它的核心是ECU控制装置，所有传感器和信号都汇集于此，由它分析后，发出指令并实施监控。

控制理论在汽车电控中得到了广泛的应用，主要有PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以及预测控制等。

就其结构而言，电控系统主要由传感器、电子控制组件ECU、执行器三个部分组成。

1.3.1 ABS控制原理汽车ABS(Antilock Braking System)是改善汽车主动安全性的重要装置，通过调节制动力，使汽车获得良好的制动效能并保持较高方向操纵稳定性。

ABS最重要的功能并不是为了缩短制动距离，而是为了能够尽量保持制动时汽车的方向稳定性。

ABS起作用时，车轮与路面的摩擦属滚动摩擦，它会充分利用车轮与路面之间的最大附着力进行制动，从而提高制动加速度，缩短制动距离，但最重要的还是保证汽车的方向稳定性。

ABS工作时就相当于以很高的频率进行点刹。

于是，在紧急情况下如果将制动踏板踩到底，肯定会感到制动踏板在颤动，同时也会听到制动总泵发出的“哒哒”声，这便是ABS在正常工作。

制动总泵不断调整制动压力，从而对制动踏板产生连续的反馈力。

防抱死制动系统（简称ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的车辆主动安全装置。

ABS是改善车辆主动安全性能的重要装置，其核心是通过调节制动车轮滑移率，使得在制动过程中，车轮滑移率尽量在附着系数相对应的滑移率区域，从而获得尽量大的制动效能，并保持较高的方向操纵性能。

为描述车轮制动过程中与道路接触的状态，引入滑移率：νωνννωR s -=-=1 （1） 式中：R 为车轮半径，ω为车轮制动时转速，轮速ωνωR =，v 为车速。

通常，车辆要经过大量的道路试验，才能获得ABS 制动时车速变化规律和其相应的控制逻辑。

基于轮缸压力函数的制动时参考车速计算方法，适合制动时有稳定压力源的液压制动系统。

选择合适的加速度传感器可以检测车辆制动过程的车速。

dt dt d t⎰-=00ννν （2） 制动前00ωνR =根据制动时传感器给出的轮速和加速度，用梯形公式计算出不同时刻的速度值。

由加速度求车速的表达式为:(3)式中：Δt 为采样周期，1-j a 、j a 为第j-1、j 时刻测量的加速度值。

ABS 系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由ABS 电控单元做出判断，并通过电磁阀调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围（10%～20%），来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，提高车辆在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。

电子控制防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。

汽车驱动防滑系统ASR （Automobile dynamic-control system ）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（5%～15%）内，防止驱动轮快速滑动，提高汽车的驱动力。

ASR 在控制中，通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令，调节发动机的输出转矩，从而调节驱动轮的驱动转矩。

目前ASR 的装备大多是在ABS 系统增设一部分部件的方法来实现，可看成是对ABS 系统的完善和补充。

1.3.2 ECU 控制原理车辆电子控制器常称为ECU ，也叫电子控制单元。

它是发动机的一种综合电子控制装置。

其核心部件是电脑(ECU 或电子计算机)，简称微处理机或微机。

电子控制器包括硬件和软件两部分控制装置是变速器的中央控制单元，该装置由一个电子控制单元和一个电动液压控制单元组成，它安装在变速器内并浸在DSG 机油中。

所有传感器和其他控制单元的信号都汇集到此，并由它分析后，向各个执行器发出指令并监控。

2车辆限速装置的设计2.1控制装置系统的设计电子控制器ECU硬件的作用是：根据电子控制器存储的程序和数据，对发动机(或汽车)传感器输入的各种信息(模拟／数字)进行运算、处理、判断。