畢業(yè)設(shè)計---汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要與關(guān)鍵詞II</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 工作原理1</b></p><p>　　1.1 汽車車速傳感器的工作原理

2、1</p><p>　　1.2 車速傳感器1</p><p>　　1.2.1 霍爾式車速傳感器1</p><p>　　1.2.2 磁電式車速傳感器3</p><p>　　1.2.3 加速度傳感器3</p><p>　　1.3 控制裝置的工作原理4</p><p>　　1.3.1 A

3、BS控制原理4</p><p>　　1.3.2 ECU控制原理5</p><p>　　2 車輛限速裝置的設(shè)計5</p><p>　　2.1 控制裝置系統(tǒng)的設(shè)計5</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計6</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計7</p><p>　　3 車輛

4、限速裝置的性能測試8</p><p>　　3.1 性能指標8</p><p>　　3.2 測試方法與結(jié)果9</p><p>　　3.3 干擾問題9</p><p>　　4 車輛限速裝置的應(yīng)用9</p><p><b>　　5結(jié)語10</b></p><p>&l

5、t;b>　　參考文獻10</b></p><p><b>　　致 謝11</b></p><p>　　汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計是一種傳感器檢測裝置。利用車速傳感器把檢測到的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變

6、成的電壓信號輸送給計算機，計算機通過變頻器來控制電機速度，利用傳感器檢測的速度值與規(guī)定值進行比較，達到對傳感器的檢測目的。本文介紹了車速傳感器檢測系統(tǒng)的工作原理，詳細講述了系統(tǒng)的組成、原理和檢測方法。系統(tǒng)采用硬件兼軟件對測量過程及測量結(jié)果進行處理。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，此種傳感器檢測裝置有結(jié)構(gòu)簡單、新穎、易于實現(xiàn)的特點。實踐證明在檢測，維修范圍內(nèi)都取得了良好的效果，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)響應(yīng)性能，檢測實用性強、準確度高,具有廣闊的

7、應(yīng)用前景。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集；控制裝置；傳感器；速度檢測</p><p>　　Auto speed sensor detection system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><

8、;p>　　Auto speed sensor detection system design is a kind of sensor detection device. Use the detection speed sensor to the speed signal into a voltage signal transmission to the computer, the computer through the inve

9、rter to control motor speed, using sensor test speed value and comparison, achieve e. of sensor detection purpose. This paper introduces the working speed sensor detection system, the system are described in detail the p

10、rinciple component, the principle and test methods. Hardware and sof</p><p><b>　　Keywords</b></p><p>　　Data acquisition; Control device; Sensors; Speed detection</p><p>

11、<b>　　引言</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關(guān)的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成信號的變換器。傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它直接影響汽車的技術(shù)性能的發(fā)揮。</

12、p><p>　　近年來，汽車保有量迅速增加，車輛安全性已成為人們最關(guān)心的問題。為了保障人民生命財產(chǎn)安全，政府部門制定了相關(guān)的道路交通安全法規(guī)，為了滿足安全法規(guī)和消費者對車輛安全性的要求，廠商采取了多方面措施來改善車輛的安全性能，其中電子技術(shù)起了很大的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，車輛電子化的程度越來越高，車輛傳感器成為汽車電子控制系統(tǒng)的重要組成部件，也是車輛電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心技術(shù)之一。車輛內(nèi)傳感器的工作環(huán)境十分惡

13、劣，因此對傳感器的要求也十分嚴格。這些傳感器必須要經(jīng)受40℃～150℃的溫度變化，而且要求精度高、可靠性好、反應(yīng)快、抗干擾和抗振動能力強，才能準確地實時檢測車輛運行的有關(guān)狀態(tài)，速度傳感器是列車安全行駛的重要設(shè)備，它能否穩(wěn)定工作，將直接影響到車輛的正常運行。</p><p>　　作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù),已成為21世紀人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點。在現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛用于發(fā)動機

14、控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中，傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了現(xiàn)代車輛控制系統(tǒng)的性能，為汽車性能的改善提供了有力保障。傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是促進汽車高檔化、電子化、自動化的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。普通汽車上大約裝有10-20只傳感器，高級豪華轎車則更多。傳感器能及時識別外界和系統(tǒng)本身的變化，對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、體積流量等信息進行實時、準確的測量，并將信息傳遞給電腦進行處理

15、，從而實現(xiàn)汽車各系統(tǒng)的電子控制?，F(xiàn)代社會對車輛性能的要求越來越高，促使汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，今后汽車傳感器的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)微型化、智能化和多功能化，開發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器。</p><p><b>　　1 工作原理</b></p><p>　　1.1 汽車車速傳感器的工作原理</p><p>　　車輛自動強制限速裝置，包括傳感器、控制

16、電路和操控機構(gòu)。車輛限速器分為兩種：一種是在車輛超速時發(fā)出語音警報，提醒駕駛者減速；另一種限速器是在車輛超過限定速度后，通過車載電腦發(fā)出指令，強制降低車輛行駛速度。</p><p>　　車輛遙控自動限速器由發(fā)射器和接收器組成，采用遙控專用編碼集成塊。通過對遙控限速進行編碼，使每一組編碼對應(yīng)一種車速限制，并利用設(shè)置在路碼表與之刻度同步上的光電傳感器進而控制執(zhí)行繼電器切斷和接續(xù)汽車起動、點火和熄火回路，從而達到控制車

17、速的目的。限速器的發(fā)射器包括固定發(fā)射器和移動發(fā)射器，固定發(fā)射器安裝在需限速道路路段的出入口處，移動發(fā)射器由執(zhí)法人員掌握，接收器安裝在各受控車輛的駕駛室內(nèi)。</p><p>　　車輛智能限速器由汽車傳感器、微電腦速度控制儀和智能機械手組成。 其工作原理是：當車輛速度低于設(shè)定值時，控制儀不啟動機械手，車輛行駛?cè)绯＃划斳囕v速度臨界設(shè)定值時，控制器立即啟動機械手拉起油門，等同于司機放松油門，汽車只能滑行減速不能加速，從而

18、使車速得到控制；當車輛速度低于設(shè)定值時，控制器立即反向放松油門，使油門恢復(fù)如初。由于它的科學(xué)控速原理，車輛限速時呈自然、平穩(wěn)狀態(tài)，不易被站立的乘客察覺。</p><p>　　電子限速的作用是限制車速過高，防止因車速過高造成事故。電子限速器可以實時監(jiān)測車輛的速度，當車速達到一定值的時候，它就會控制供油系統(tǒng)和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，這時即使踏下油門踏板，供油系統(tǒng)也不會供油。</p><p>　　1.2

19、 汽車車速傳感器</p><p>　　1.2.1 霍爾式車速傳感器</p><p>　　霍爾效應(yīng)是一種磁電效應(yīng)，是德國物理學(xué)家霍爾1879年研究載流導(dǎo)體在磁場中受力的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的。流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)體時，在垂直于磁場和電流方向的導(dǎo)體的兩個端面之間出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓）。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體

20、積小、頻率響應(yīng)寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中特別重要，如果對位于磁場(B)中的導(dǎo)體(d)施加一個電壓(V)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。好比一條路, 本來大家是均勻

21、的分布在路面上, 往前移動。當有磁場時, 大家可能會被推到靠路的右邊行走。故路(導(dǎo)體)的兩側(cè), 就會產(chǎn)生電壓差。這個就叫“霍爾效應(yīng)”。其原理圖如下圖1所示。</p><p>　　圖1 霍爾效應(yīng)原理圖</p><p>　　霍爾傳感器常用來檢測車輛上車速和轉(zhuǎn)速的信號?；魻杺鞲衅饔蓚鞲蓄^和齒心組成，其傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成?；魻栜囁賯鞲衅鞯墓ぷ髟恚涸邶X蹦轉(zhuǎn)動的過程中，使得通過

22、霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準正旋波電壓，此信號由電子電路轉(zhuǎn)換成表中的脈沖電壓。由霍爾原理可知，霍爾傳感器的輸出電壓與被測物體的運動速度無關(guān)，因此它的高、低、速特性都很好，若用其測量物體的轉(zhuǎn)速，其下限速度可以接近于0，上限速度從理論上講可以不受限制，即它可以滿足工程中各種運行速度的測量?；魻栞喫賯鞲衅鬟€有1000Km/h，以下優(yōu)點：一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；二是頻率響應(yīng)高，其幅頻響應(yīng)可

23、高達,相當于車速為時所檢測的信號頻率；三是抗電磁波干擾能力強。正因為如此，車輛上的車速傳感器大都采用霍爾式傳感器。</p><p>　　霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓U的大小為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　?。嚎刂齐娏?，A；</b></p><p>　?。簬щ娏Ｗ?/p>

24、的電荷，=；</p><p>　　B：磁感應(yīng)強度，T；</p><p>　　d：半導(dǎo)體的厚度，mm；</p><p><b>　　n：電子濃度。</b></p><p>　　當齒圈轉(zhuǎn)到兩個齒輪都與霍爾元件對正時，永磁體轉(zhuǎn)到霍爾元件的磁力線分散，磁場較弱，輸出的霍爾電壓較??；當齒圈轉(zhuǎn)到一個齒與霍爾元件對正時，永磁體轉(zhuǎn)到霍爾

25、元件的磁力線集中，磁場較強，輸出的霍爾電壓較大。齒輪轉(zhuǎn)動過程中，使得通過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準正弦波電壓，此信號由電子電路轉(zhuǎn)換成表中的脈沖電壓。</p><p>　　1.2.2 磁電式車速傳感器</p><p>　　磁電式傳感器與霍爾式傳感器是車輛上常用來檢測車速和轉(zhuǎn)速的信號。磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，即：當閉合回路中的磁通量發(fā)

26、生變化時，回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與磁通量的變化率有關(guān)，即 ：</p><p><b>　?。焊袘?yīng)電動勢；</b></p><p>　?。危簩?dǎo)電回路中線圈的匝數(shù)；</p><p>　　：穿越線圈磁通量的變化率；</p><p>　　通過改變就可以改變感應(yīng)電動勢E的變化，而在實際應(yīng)用過程當中，改變的方式有3種，即移動

27、線圈、移動磁鐵或改變磁阻，與之對應(yīng)的分別稱為動圈式磁電傳感器、動鐵式磁電傳感器及磁阻式磁電傳感器。而在車輛上應(yīng)用最廣的是磁阻式磁電傳感器。下面以磁阻式磁電傳感器為例來講磁電式傳感器在車輛上的應(yīng)用情況。磁阻式磁電傳感器在車輛上的應(yīng)用可以用來檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速，一般由傳感頭和齒圈組成，而傳感頭主要由永磁體、磁極和感應(yīng)線圈組成。當齒圈的齒隙與傳感器的極軸端部相對時，極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最大，磁阻也最大，通過感應(yīng)線圈的磁通量最小。

28、而當齒圈的齒頂與傳感器的極軸端部相對應(yīng)時，極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最小，磁阻也最小，通過感應(yīng)線圈的磁通量最大。當齒圈隨同車輪轉(zhuǎn)動時，齒圈的齒頂和齒隙就交替地與傳感器極軸頂部相對，傳感器感應(yīng)線圈周圍的磁場隨之發(fā)生強弱交替變化，在感應(yīng)線圈中就會感應(yīng)出交變電動勢，其頻率與齒圈的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比。</p><p>　　磁電式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠,幾乎不受溫度、灰塵等環(huán)境因素的影響，缺點是：一是輸出

29、信號的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。若車速過慢，其輸出信號低于1V，電控單元就無法檢測；二是響應(yīng)頻率不高。當轉(zhuǎn)速過高時，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國內(nèi)外ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15km/h～160km/h，今后要求控制速度范圍擴大到8km/h～260km/h以至更大，顯然磁電式輪速傳感器很難適應(yīng)。</p><p>　　1.2.3 加速度傳感器</p><p>　

30、　加速度傳感器是由加速度敏感頭、高精度電橋放大器、溫度補償電路、輸出飽和控制及輸入輸出接口構(gòu)成。其原理框圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 加速度傳感器原理圖</p><p>　　智能加速度傳感器的工作原理是：敏感元件將測點的加速度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，進入前置放大電路，經(jīng)過信號調(diào)理電路改善信號的信噪比，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，最后送人計算機，計算機再進行數(shù)據(jù)存儲和顯示。<

31、;/p><p>　　本加速度傳感器是采用MEMS (Micro—Electro Mechanical System)技術(shù)成果研制而成的高穩(wěn)定、高精度、可靠性高、低漂溫、環(huán)境適應(yīng)性強的新型加速度傳感器。其輸出信號可直接送入記錄儀器。</p><p>　　1.3 控制裝置的工作原理</p><p>　　控制裝置是變速器的中央控制單元，它的核心是ECU控制裝置，所有傳感器和信

32、號都匯集于此，由它分析后，發(fā)出指令并實施監(jiān)控。 </p><p>　　控制理論在汽車電控中得到了廣泛的應(yīng)用，主要有PID控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑?？刂?、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及預(yù)測控制等。就其結(jié)構(gòu)而言，電控系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制組件ECU、執(zhí)行器三個部分組成。</p><p>　　1.3.1 ABS控制原理</p><p>　　汽車ABS(Antiloc

33、k Braking System)是改善汽車主動安全性的重要裝置，通過調(diào)節(jié)制動力，使汽車獲得良好的制動效能并保持較高方向操縱穩(wěn)定性。ABS最重要的功能并不是為了縮短制動距離，而是為了能夠盡量保持制動時汽車的方向穩(wěn)定性。ABS起作用時，車輪與路面的摩擦屬滾動摩擦，它會充分利用車輪與路面之間的最大附著力進行制動，從而提高制動加速度，縮短制動距離，但最重要的還是保證汽車的方向穩(wěn)定性。ABS工作時就相當于以很高的頻率進行點剎。于是，在緊急情況下

34、如果將制動踏板踩到底，肯定會感到制動踏板在顫動，同時也會聽到制動總泵發(fā)出的“噠噠”聲，這便是ABS在正常工作。制動總泵不斷調(diào)整制動壓力，從而對制動踏板產(chǎn)生連續(xù)的反饋力。</p><p>　　防抱死制動系統(tǒng)（簡稱ABS）是一種防止制動過程車輪抱死的車輛主動安全裝置。 ABS是改善車輛主動安全性能的重要裝置，其核心是通過調(diào)節(jié)制動車輪滑移率，使得在制動過程中，車輪滑移率盡量在附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率區(qū)域，從而獲

35、得盡量大的制動效能，并保持較高的方向操縱性能[6]。為描述車輪制動過程中與道路接觸的狀態(tài)，引入滑移率：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：為車輪半徑，為車輪制動時轉(zhuǎn)速，輪速，為車速。通常，車輛要經(jīng)過大量的道路試驗，才能獲得ABS制動時車速變化規(guī)律和其相應(yīng)的控制邏輯?；谳喐讐毫瘮?shù)的制動時參考車速計算方法，適合制動時有穩(wěn)定壓力源的液

36、壓制動系統(tǒng)。選擇合適的加速度傳感器可以檢測車輛制動過程的車速。</p><p><b>　　（2）</b></p><p><b>　　制動前</b></p><p>　　根據(jù)制動時傳感器給出的輪速和加速度，用梯形公式計算出不同時刻的速度值。由加速度求車速的表達式為:</p><p><b&g

37、t;　　(3)</b></p><p>　　式中：為采樣周期，、為第、時刻測量的加速度值。</p><p>　　ABS系統(tǒng)在制動過程中通過傳感器感知車輪與路面的滑移，由ABS電控單元做出判斷，并通過電磁閥調(diào)整制動力的大小，使輪胎滑移率保持在一個理想的范圍（10%～20%），來保證車輛制動時有較大的縱向制動和抗側(cè)向外力的能力，防止可能發(fā)生的后輪側(cè)滑，甩尾，提高車輛在制動過程中的方

38、向穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向操縱的能力，并能提高附著系數(shù)利用率，縮短制動距離，減少輪胎磨損。電子控制防抱死系統(tǒng)是目前提高車輛行駛安全性的有效措施之一。</p><p>　　汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR（Automobile dynamic-control system）是在汽車起步和加速時將滑移率控制在一定范圍（5%～15%）內(nèi)，防止驅(qū)動輪快速滑動，提高汽車的驅(qū)動力。ASR在控制中，通過輪速傳感器反饋來的信號經(jīng)控制單元處理后發(fā)出指令，

39、調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。目前ASR的裝備大多是在ABS系統(tǒng)增設(shè)一部分部件的方法來實現(xiàn)，可看成是對ABS系統(tǒng)的完善和補充。</p><p>　　1.3.2 ECU控制原理</p><p>　　車輛電子控制器常稱為ECU，也叫電子控制單元。它是發(fā)動機的一種綜合電子控制裝置。其核心部件是電腦(ECU或電子計算機)，簡稱微處理機或微機。電子控制器包括硬件和軟件兩部分控制裝置

40、是變速器的中央控制單元，該裝置由一個電子控制單元和一個電動液壓控制單元組成，它安裝在變速器內(nèi)并浸在DSG機油中。所有傳感器和其他控制單元的信號都匯集到此，并由它分析后，向各個執(zhí)行器發(fā)出指令并監(jiān)控。</p><p>　　2 車輛限速裝置的設(shè)計</p><p>　　2.1 控制裝置系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　電子控制器ECU硬件的作用是：根據(jù)電子控制器存儲的程序和數(shù)

41、據(jù)，對發(fā)動機(或汽車)傳感器輸入的各種信息(模擬／數(shù)字)進行運算、處理、判斷。然后輸出動作指令，控制各有關(guān)執(zhí)行器進行工作，達到快速、準確、自動地控制發(fā)動機(或汽車)工作的目的[5]。若系統(tǒng)中采用硬件較多，則處理信息的速度加快，可改善控制系統(tǒng)的性能，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；若系統(tǒng)中多采用軟件替代一些硬件，則可減少電器元件數(shù)目，但系統(tǒng)的處理速度減慢，響應(yīng)度也降低。因而電子控制器合理地選配硬件與軟件兩者的比例是至關(guān)重要的，應(yīng)按控制系統(tǒng)的具體要求來

42、確定電子控制器的硬件有專用控制微機、電路、輸入與輸出接口等。即主要是集成電路、電子元件與印刷電路板。汽車發(fā)動機電子控制器ECU的組成如圖2所示。主要由輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器(中轉(zhuǎn)換電路)、微型計算機(ECU)和輸出回路等四部分組成。輸入電路的作用是將系統(tǒng)中各傳感器檢測到的信息(號)通過I/O (輸入／輸出接口電路)接口送入ECU，完成汽車發(fā)動機在運行過程中對其工況狀態(tài)的實時檢測任務(wù)。在檢測過程中，需要檢測與輸入的信號有模擬信號和數(shù)字信號

43、兩種。從傳感器送來的信號，首先進入輸入回路。在輸入回路中，對輸</p><p>　　圖3 發(fā)動機電子控制的組成</p><p>　　從傳感器送出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種，其中的模擬信號ECU不能直接識別與處理，需經(jīng)過相應(yīng)的A/D中轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入ECU(微機)。從傳感器送出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種，其中的模擬信號ECU不能直接識別與處理，需經(jīng)過相應(yīng)的A

44、/D中轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入ECU(微機)。輸入的模擬信號有吸入空氣流量、空氣溫度、發(fā)動機冷卻水溫度、發(fā)動機負荷(轉(zhuǎn)速)、電源電壓等多個信號。這幾個信號分別經(jīng)過相應(yīng)的處理電路后，再經(jīng)過模／數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后，才以數(shù)字量的形式送入到中央處理器CPU，控制系統(tǒng)采集的數(shù)字信號主要是來自轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號與活塞上止點參考信息，它們都是脈沖信號。這兩個信號經(jīng)過處理電路之后，通過I/O (輸入／輸出接口電路)接口就可直

45、接送入ECU。其過程如圖4所示。</p><p>　　圖4 A/D轉(zhuǎn)換工作過程示意圖</p><p>　　2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　車輛行駛記錄儀大多采用輪速傳感器記錄制動過程中的車速曲線。國內(nèi)研制的車輛行駛記儀大多采用輪速傳感器記錄制動過程中的車速曲線(如圖5所示) 。實際上，目前國內(nèi)車輛大多沒有配置防抱死制動系統(tǒng)(ABS)，在緊急制動時，

46、如果路面的附著系數(shù)較低，車輛車輪有時會發(fā)生抱死，車輛滑行速度遠大于車輪轉(zhuǎn)動的速度(如圖5中的車身速度、車輪速度)，此時輪速不能反映汽車真實的行駛狀況，有必要測量記錄實時車速。傳統(tǒng)上測量車速主要有五輪儀、非接觸式五輪儀，僅適用于測量系統(tǒng)，不適用于控制系統(tǒng)，且價格也較高。</p><p>　　圖5 車輛制動過程的輪速與車速</p><p>　　因此，這里提出一種利用加速度傳感器測量加速度，然后

47、進行積分求出速度的汽車行駛記錄系統(tǒng)。同時利用微處理器的存儲功能記錄汽車在最近360h內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且具有數(shù)據(jù)鎖死功能。</p><p>　　在AD處理電路中，由于壓力傳感器送到采集板的壓力信號是電流信號，因此在輸入端利用精密電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，并經(jīng)放大電路對其進行放大。對于輪速信號，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用了霍爾式傳感器處理電路，集和處理輪速信號。其電路圖如圖6所。開關(guān)量輸入處理電路主要指人踩下制動踏板所發(fā)出的

48、信號。這里用MAX6816對其進行防抖整形處理。然后輸入到MCU的中斷口。</p><p>　　圖6 霍爾傳感器速度采集轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　汽車車速傳感器是車輛安全行駛的重要設(shè)備，它能否穩(wěn)定工作，將直接影響到車輛的正常運行：車輛的運行離不開速度信號。而速度信號的可靠性主要取決于以下幾個方面：其一，速度傳感器本身的內(nèi)

49、在質(zhì)量好壞；其二，速度傳感器與車輛輪對是否可靠連接；其三，車輛正常行駛狀態(tài)下，車輛輪對是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。針對以上情況，本文設(shè)計了一種實現(xiàn)方法。 </p><p>　　車輛速度處理裝置的主要原理是：綜合檢測車輛輪對上安裝的多個(多路)速度傳感器，經(jīng)過有效性檢測、分析、運算，得到速度的平均值和有效值，并根據(jù)設(shè)定輸出相應(yīng)的速度信號。</p><p>　　車輛的速度是通過機械傳動方式傳到儀表頭內(nèi)

50、的，經(jīng)過齒輪變換，達到轉(zhuǎn)行程/車速的測量就是將這一模擬信號經(jīng)A/D得到數(shù)字信號，最后成為對方波信號的測量。由于中國公路條件復(fù)雜，規(guī)定不同等級的公路允許的最高速度不同。所以取中等平均速度，當取中等平均速度為,采樣信號為方波，而采樣后進行8倍頻時，采樣后方波的頻率為</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　式(1)中： 為汽車中速行駛時的平均速度；

51、汽車每行駛1公里到達表頭內(nèi)的轉(zhuǎn)速；倍率為設(shè)計值，此值取值越大，采樣精度就越高；如果取km/h；轉(zhuǎn)；倍率=，則取樣方波的頻率為≈Hz。</p><p>　　由分析可知，當把信號周期作為一次測量的周期時，對車速的測量大約要8～10ms。這樣，在1s內(nèi)最多可測量100次，為了保證數(shù)據(jù)的有效性和準確性，又有足夠的時間來顯示報警，對車速的測量周期為10次/s。整個工作過程是：經(jīng)光電轉(zhuǎn)換取得的代表車速的脈沖信號，經(jīng)過分頻整形

52、后，再由多路電子開關(guān)電路，送至CPU，方脈沖的下沿觸發(fā)中斷。此時控制器對2次中斷之間的(周期)時間進行測量。再將周期轉(zhuǎn)換為頻率。</p><p>　　CPU的作為計數(shù)脈沖的輸人端，作為控制定時器使用。只要車輛停止行駛時，CPU亦停止測量。當選擇CPU的定時時間為10ms，晶振頻率為12MHz時，CPU的初值按下式計算得：</p><p><b>　　，</b><

53、/p><p><b>　　，</b></p><p>　　整個車輛速度控制報警系統(tǒng)主要由速度測量判斷識別、行車安全報警決策模塊、譯碼顯示、隨機刷新存儲、語音報警提示、高壓延時控制等幾部份組成。統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如圖7所示。</p><p><b>　　圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　車輛限速的

54、控制過程：通過機械傳動方式傳到儀表頭內(nèi)的，經(jīng)過齒輪變換，達到行程的轉(zhuǎn)速，車速的測量就是將這一模擬信號經(jīng)A／D變換得到數(shù)字信號，最后成為對方波信號的測量。然后對數(shù)據(jù)進行有效的分析，采用實時報警、延時控制等方法實現(xiàn)車輛的安全行駛，并將行駛速度進行隨機的存儲，提高了系統(tǒng)對復(fù)雜路況處理能力。最后系統(tǒng)對車輛行駛的速度及其它車況參數(shù)進行采樣、測量、計算。并將測量結(jié)果顯示出來，進行語音報警，從而達到限速控制。 </p><p>

55、;　　3 車輛限速裝置的性能測試</p><p><b>　　3.1 性能指標</b></p><p>　　本裝置選用了國產(chǎn)CS3020霍爾開關(guān)元件，主要參數(shù)如下：</p><p><b>　　4.5～24V </b></p><p>　　最大灌電流≥100kHz；</p><

56、p>　　工作效率≥100kHz；</p><p>　　供電電源：DC110(1-30%)—110(1±25%)V；</p><p>　　檢測控制器的總功耗≤1W；</p><p>　　環(huán)境溫度：-25—70℃</p><p>　　絕緣電壓：AC1500V，1rain；</p><p>　　體積:285n

57、 ln l×185 n ln l×75 n ln l；</p><p>　　本加速度傳感器是高穩(wěn)定、高精度、可靠性高、低漂溫、環(huán)境適應(yīng)性強的新型加速度傳感器。其輸出信號可直接送入記錄儀器。其主要指標：</p><p>　　① 量程：-2g～+2g；</p><p>　　② 輸出信號范圍：0～5V；</p><p>　?、圯?/p>

58、出信號(DC)：2.5000±0.40V；</p><p>　　④頻率響應(yīng)：0～100Hz；</p><p>　?、蓦娫措妷?DC)：±12±5%；</p><p>　?、掭斎腚娏鳎骸?.1A；</p><p>　　(4.5～5.5)V控制裝置技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　?、匐娫摧斎?/p>

59、：(110±10)V；</p><p>　?、谛盘栞斎耄?110±10)V；</p><p>　?、蹎纹瑱C工作電壓：(4.5～5.5)V；</p><p>　　④壓力開關(guān)動作值：560kPa；</p><p>　　⑤電空閥工作電壓：(110±10)V；</p><p>　　3.2 測試方法

60、與結(jié)果</p><p>　　方法一：為了測試該速度傳感器的精度和誤差范圍，特在實驗條件下對其進行了測試。所得到的實驗數(shù)據(jù)如表1所列?？梢钥闯?，實驗所測得的數(shù)據(jù)漂移較小，低速情況下相對誤差范圍在1r/min以內(nèi)，高速情況下在3r/rain以內(nèi)，能夠滿足車輛速度傳感器檢測的要求。該校驗儀的低速特性非常好、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，而且車輛的正常行駛速度在其所能檢測的范圍之內(nèi)。本文介紹的車輛速度傳感器在線校驗儀已通過試用。使用過程中，

61、車輛輪徑900～1200mm可調(diào)，速度范圍2～200Km/h，精度0.3 Km/h，穩(wěn)定性±2r/min。該裝置體積小、使用簡單、運行穩(wěn)定、可靠性好，可準確地檢測車輛速度傳感器的精度和性能。</p><p><b>　　表1 實驗數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　方法二：</b></p><p>　　利用

62、永磁同步電動機定子交軸電流和轉(zhuǎn)速方程構(gòu)造降維線性Luenberger觀測器來獲得電動機的轉(zhuǎn)速，觀測器簡單易行，通過特征值的配置可以獲得快速的收斂速度。采用直接反饋線性控制策略來設(shè)計系統(tǒng)控制器，使系統(tǒng)具有良好的速度跟蹤和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。通過Mat lab的仿真，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的有效性和可行性。</p><p>　　方法三：OES－Ⅲ二維速度傳感器能夠以非接觸方式測量傳感器與被測物體表面的相對位移和速度，它的研制成功，解決

63、了我國汽車制動側(cè)滑量的難題，實用且可靠性強，對于提高我國汽車安全性能檢測有著重要意義。</p><p><b>　　3.3 干擾問題</b></p><p>　　硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中都存在著很多干擾因素。在測控系統(tǒng)中，主要存在空間輻射干擾、信號通道干擾、電源干擾和數(shù)字電路引起的干擾。本設(shè)計中有較多經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換和放大器放大的電信號，由于測試環(huán)境的電磁干擾、傳感器和放大器

64、自身的影響，往往會含有多種頻率成分的噪音信號。嚴重時,這種噪音信號會淹沒待提取的輸入信號，造成測試系統(tǒng)無法獲取被測信號。這時就要對其采取抗干擾措施。</p><p>　　硬件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)最基本和最主要的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。其總原則是：抑制或消除干擾源；切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道；降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性對于本系統(tǒng)，硬件抗干擾設(shè)計的具體措施有：光耦隔離、接地、屏蔽、濾波去耦等方法。&l

65、t;/p><p>　　軟件抗干擾措施有：數(shù)字濾波技術(shù)（有算術(shù)平均法、中值法、抑制脈沖算術(shù)平均法、一階慣性濾波法、程序判斷濾波法和遞推平均濾波法等）、軟件冗余、設(shè)備軟件陷阱等方法。</p><p>　　4 汽車車速傳感器裝置的應(yīng)用</p><p>　　汽車車速傳感器電子限速的作用是限制車速過高，防止因車速過高造成事故。電子限速器可以實時監(jiān)測車輛的速度，當車速達到一定值的時

66、候，它就會控制供油系統(tǒng)和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，這時即使踏下油門踏板，供油系統(tǒng)也不會供油。</p><p>　　電子限速器的臨界值在車輛出廠時已經(jīng)設(shè)置好，一般是無法改變的。在國外，汽車的最高時速一般被限制在250km，而在國內(nèi)，因為大部分國產(chǎn)車輛的最高時速只是200km多一點，很多都達不到200km，所以一般都沒有電子限速器。電子限速器的應(yīng)用，可以在很大程度上降低交通事故的發(fā)生率，減少人員傷亡及財產(chǎn)損失。車輛的微機控制時代

67、已經(jīng)來臨，并且隨著微機、電子技術(shù)的日臻完善蓬勃發(fā)展，再加上控制理論的不斷成熟完善，發(fā)動機電控技術(shù)有望取得更大的突破?，F(xiàn)代車輛電控技術(shù)的理論基礎(chǔ)就是現(xiàn)代控制理論。從早期的經(jīng)典控制到目前的智能控制，控制理論在車輛電控中得到了廣泛的應(yīng)用。主要有PID控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑?？刂啤⒛：刂啤⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及預(yù)測控制等?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展使得電控系統(tǒng)更能適應(yīng)復(fù)雜的多變量系統(tǒng)、時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，甚至對于數(shù)學(xué)模型不甚精確的系統(tǒng)也能實施精確

68、有效的控制。</p><p>　　近二十年里，自動化技術(shù)已在工業(yè)、科學(xué)應(yīng)用和軍事方面得到迅猛的發(fā)展。可是，由于缺少精確可靠的測量儀器，自動控制技術(shù)的應(yīng)用受到嚴得的阻礙。一種具有良好線性度的熱偶流速度傳感器已在英國TROLEXLTD服了許多傳感器因為非線性失真（精度±5%F.S）而不能在工業(yè)上應(yīng)用的問題。</p><p>　　國外目前的智能制動控制，已經(jīng)由ABS發(fā)展到TCS(Tra

69、ctive force control system牽引力控制系統(tǒng))，又進一步發(fā)展到VDC（Automobile dynamic control system汽車動態(tài)控制系統(tǒng)）。VDC系統(tǒng)能夠把汽車的制動、驅(qū)動、懸架、轉(zhuǎn)向、發(fā)動機等各主要總成的控制系統(tǒng)，在功能、結(jié)構(gòu)上有機的綜合在一起。在系統(tǒng)安裝中，增加車輛轉(zhuǎn)向行駛時橫向擺動的角速度傳感器，通過控制內(nèi)外、前后車輪的驅(qū)動力和制動力，確保車輛行駛的穩(wěn)定狀態(tài)。VDC的開發(fā)，使車輛的主動安全系統(tǒng)

70、能夠在大部分的工作狀態(tài)下，都能對駕駛員提供主動的行駛安全保證。今后在車輛制動技術(shù)方面的研究，通過CAN總線，把車輛在行駛過程中產(chǎn)生的信息共享，進行整個傳動系統(tǒng)的控制。</p><p>　　5汽車車速傳感器裝置的應(yīng)用及發(fā)展趨勢</p><p>　　由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，

71、總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。     微型傳感器基于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS (微電子機械系統(tǒng))，微型傳感器利用微機械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一快芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。目前該技術(shù)日漸成熟，可以制作各種能敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于

72、基于MEMS技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術(shù)的傳感器。</p><p>　　多功能化是指一個傳感器能檢測2個或者兩個以上的特性參數(shù)或者化學(xué)參數(shù)，從而減少汽車傳感器數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性。     集成化是指利用IC制造技術(shù)和精細加工技術(shù)制作IC式傳感器。     智能化

73、是指傳感器與大規(guī)模集成電路相結(jié)合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復(fù)雜程度，減少其體積，并降低成本。     總之，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車傳感器市場需求將保持高速增長，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。</p><p><b>　　6結(jié)語</b></

74、p><p>　　本文設(shè)計的車輛速度控制系統(tǒng)能針對不同汽車行駛速度，得出車輛的行駛的安全程度，并采取有效的措施針對性的防護。該裝置工作可靠，操作簡單，對確保車輛安全有極其重要的作用。系統(tǒng)裝置在經(jīng)過實驗和測試后效果良好，試驗表明，其性能非?？煽俊?lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]董愛華主編.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).中國電

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