汽車(chē)車(chē)速信號(hào)采集與傳輸?shù)姆椒?/h1>
2015-12-14 20:56:29葉金飛
汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2015年6期
孫 濤，葉金飛
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥230601）
汽車(chē)車(chē)速信號(hào)采集與傳輸?shù)姆椒?/p>
孫 濤，葉金飛
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥230601）
隨著汽車(chē)電子化程度越來(lái)越高，車(chē)速信號(hào)應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣泛。通過(guò)特定的傳感器產(chǎn)生與汽車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)數(shù)成正比的脈沖信號(hào)，在汽車(chē)內(nèi)部ECU中，通過(guò)一定的公式計(jì)算采集到的脈沖數(shù)，來(lái)反算出車(chē)速。車(chē)速信號(hào)被廣泛的應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)、車(chē)道偏離系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)中，汽車(chē)車(chē)速的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到汽車(chē)安全及可靠性。
脈沖信號(hào)；車(chē)速；ECU
CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-68-03
引言
汽車(chē)行駛速度的準(zhǔn)確采集與顯示，對(duì)于駕駛員及駕駛操作都有著至關(guān)重要的作用。尤其是在當(dāng)前汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)迅猛發(fā)展的同時(shí)，一些主動(dòng)安全系統(tǒng)如車(chē)道偏離警示系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)等對(duì)汽車(chē)行駛速度有很大的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)還要及時(shí)準(zhǔn)確地提供車(chē)速信號(hào)，才能保證這些系統(tǒng)正常工作。當(dāng)前已經(jīng)很成熟的CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得汽車(chē)各控制系統(tǒng)間及時(shí)的信息交互成為可能，但是信號(hào)的可靠性還需要一定的控制策略來(lái)支撐。
目前，汽車(chē)電控單元獲取信號(hào)的途徑主要有模擬信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)兩種形式。例如，采集儀表車(chē)速信號(hào)的來(lái)源有兩種途徑，即由來(lái)自車(chē)速傳感器的模擬信號(hào)：通過(guò)硬線(xiàn)來(lái)采集信號(hào)；或來(lái)自汽車(chē)的輪速傳感器：防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS(Antiblockier System) 將采集到的輪速信號(hào)根據(jù)既定策略換算成車(chē)速信號(hào)發(fā)送到CAN 總線(xiàn)，通過(guò)CAN 總線(xiàn)獲取車(chē)速信號(hào)。隨著汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多的儀表都掛接到了CAN 網(wǎng)絡(luò)中，基本上都是通過(guò)CAN 總線(xiàn)來(lái)獲取車(chē)速，然而這種獲取車(chē)速信號(hào)的來(lái)源還是比較單一，控制策略比較脆弱，一旦車(chē)速傳感器或者輪速傳感器出現(xiàn)故障，必然帶來(lái)很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
1、車(chē)速計(jì)算的原理
根據(jù)JIS規(guī)格規(guī)定，車(chē)輛每行駛1km，機(jī)械式速度傳感器要轉(zhuǎn)637圈。這個(gè)規(guī)定是計(jì)算車(chē)速的基礎(chǔ)。但由于具體的車(chē)型和各主機(jī)廠(chǎng)的要求不同，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)也不太一樣，但多數(shù)采用2，4，8，16等便于計(jì)算機(jī)計(jì)算的脈沖數(shù)。
根據(jù)JIS規(guī)定，車(chē)速的數(shù)學(xué)計(jì)算表達(dá)式如下：
式中：H為儀表車(chē)速脈沖輸入信號(hào)的頻率（HZ）；
V為車(chē)速(Km/h)；
n為車(chē)速傳感器每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)；
N2為車(chē)速為60km/h時(shí)，車(chē)速傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)（rmp）。
假設(shè)江淮某一車(chē)型車(chē)速傳感器每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生2個(gè)脈沖信號(hào)；由于637rpm是1km距離產(chǎn)生的，那么在一分鐘內(nèi)要車(chē)速傳感器轉(zhuǎn)637rmp，此次的車(chē)速表顯示應(yīng)該是60km/h。即車(chē)速脈沖值為637×2＝1274轉(zhuǎn)/分鐘。則每秒脈沖數(shù)，即頻率為1274/60=21.23Hz。
由于車(chē)速傳感器不是安裝在輪胎最外側(cè)，所以當(dāng)時(shí)速為60km/h時(shí)，車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)也會(huì)隨著車(chē)輪大小不一樣。一般尺寸為215/45R17(普利斯通REGNO)輪胎直徑626mm（那么時(shí)速60km/h時(shí)，輪胎的轉(zhuǎn)速是(60*1000/3600)/(3.14*0.626)=8.48轉(zhuǎn)/秒。那么相對(duì)于車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生 21.23/8.48=2.5個(gè)脈沖。這才是和實(shí)際車(chē)速有關(guān)系的數(shù)據(jù)。
2.5/2=1.25這個(gè)值是各主機(jī)廠(chǎng)在新車(chē)推出時(shí)規(guī)定好的，輪胎半徑和車(chē)速傳感器所安裝位置的半徑的一個(gè)比值。根據(jù)二者角速度相同，用車(chē)速傳感器的線(xiàn)速度來(lái)代替實(shí)際輪胎的線(xiàn)速度。
2、兩種典型的車(chē)速架構(gòu)
根據(jù)車(chē)速信號(hào)獲取的來(lái)源不同，在車(chē)速設(shè)計(jì)時(shí)，通常有兩種典型的車(chē)速架構(gòu)，一種是利用傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)特定軸上的轉(zhuǎn)速信號(hào)換算成車(chē)速值，經(jīng)過(guò)降頻以后給各個(gè)模塊使用，這一類(lèi)型一般應(yīng)用于低端車(chē)型上；另一種通過(guò)ABS檢測(cè)四輪輪速傳感器信號(hào)，將采集的值利用預(yù)設(shè)的公式轉(zhuǎn)化為車(chē)速值，發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)上給其他模塊使用。
2.1 車(chē)速傳感器獲取車(chē)速
車(chē)速傳感器一般位于汽車(chē)變速箱上，檢測(cè)特定軸的轉(zhuǎn)速來(lái)獲取車(chē)速信號(hào)。如江淮某一車(chē)型車(chē)速信號(hào)由變速箱上的車(chē)速里程表傳感器發(fā)出，車(chē)速信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)化模塊降頻后發(fā)到儀表中，儀表一方面自己使用；另一方面被降頻后的車(chē)速信號(hào)發(fā)送到CAN總線(xiàn)，供BCM、導(dǎo)航主機(jī)等使用。由于ECU不上網(wǎng)絡(luò)，車(chē)速硬線(xiàn)輸入到ECU中。
前期，由于頻率轉(zhuǎn)化模塊安裝在變速箱下側(cè)，無(wú)固定，此處環(huán)境較惡劣，受水、油、石子沖擊，振動(dòng)，容易發(fā)生故障，造成里程表失效的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)故障件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，頻率轉(zhuǎn)化模塊插件處進(jìn)水是導(dǎo)致失效的主要因素，鑒于頻率轉(zhuǎn)化模塊安裝環(huán)境惡劣，將頻率轉(zhuǎn)化模塊集成在儀表中，未降頻的里程表信號(hào)輸入給儀表，儀表降頻后自己使用并輸出給BCM和ECU。
2.2 ABS獲取車(chē)速
動(dòng)力總成不同，車(chē)速來(lái)源也不相同，如某4GB2車(chē)型從變速箱“車(chē)速傳感器”取得“車(chē)速”（脈沖信號(hào)）；某4GA5車(chē)型從ABS取得“車(chē)速”（脈沖信號(hào)）；另一種4AT車(chē)型從CAN網(wǎng)絡(luò)上取得“車(chē)速”（數(shù)字信號(hào)）。不同的車(chē)速來(lái)源造成車(chē)速的基準(zhǔn)值不同，與之匹配的車(chē)身控制器、導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊等都要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)PPK值的產(chǎn)品狀態(tài)，僅因?yàn)檐?chē)速信號(hào)的不同造成零部件狀態(tài)的復(fù)雜性。
因此，大多數(shù)主機(jī)廠(chǎng)采用ABS提供車(chē)速信號(hào)輸出，車(chē)速信號(hào)脈沖頻率為5倍實(shí)際車(chē)速。MT車(chē)型儀表從ABS取車(chē)速信號(hào)（脈沖信號(hào)），儀表通過(guò)硬線(xiàn)做1:1轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)身控制器，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)將車(chē)速（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊。
AT車(chē)型通過(guò)儀表從CAN網(wǎng)絡(luò)取車(chē)速（數(shù)字信號(hào)），再通過(guò)硬線(xiàn)將車(chē)速（5倍實(shí)際車(chē)速頻率）轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)身控制器。通過(guò)CAN將車(chē)速（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊。
CVT車(chē)型ABS采集四輪輪速信號(hào)后計(jì)算得出車(chē)速信號(hào)后發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上，各模塊讀取網(wǎng)絡(luò)上的車(chē)速信號(hào)，MP5與TPMS通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)并接到ICM上。由于MT與CVT用的同一個(gè)ABS，根據(jù)PEPS的需求，鑰匙關(guān)閉后ABS要持續(xù)發(fā)10分鐘的信號(hào)，用于PEPS監(jiān)控車(chē)速的信號(hào)，對(duì)于CVT帶PEPS車(chē)型與MT帶啟停功能的車(chē)型要想做到統(tǒng)一，必須分析10分鐘的延時(shí)耗電是否對(duì)啟停系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
2.3 車(chē)速信號(hào)的基準(zhǔn)
往往在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)顯示車(chē)速大于實(shí)際車(chē)速的情況。
當(dāng)汽車(chē)輪胎胎壓不足或在使用過(guò)程中由于磨損，其半徑逐漸減小。而車(chē)速表的信號(hào)與車(chē)輪轉(zhuǎn)速同步，并不知道車(chē)輪半徑已經(jīng)改變。故同樣的實(shí)際車(chē)速下，車(chē)速表指示的速度比過(guò)去要高。
車(chē)速表內(nèi)步進(jìn)電機(jī)故障，存在丟步現(xiàn)象。GPS測(cè)速相比較車(chē)速表，受干擾的因素少，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更有保障，但略有延遲。事實(shí)上，車(chē)速表速度常常比GPS速度略高，這是因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2004），4.12規(guī)定了車(chē)速表指示誤差的范圍（單位：KM/H）：0 ≤（指示車(chē)速-實(shí)際車(chē)速）≤（實(shí)際車(chē)速/10 + 4）。
因此，只要是的合格車(chē)速表，顯示速度是不會(huì)低于實(shí)際車(chē)速的；而隨著輪胎的磨損，顯示車(chē)速和實(shí)際車(chē)速相比會(huì)越來(lái)越高。
3、汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)
隨著汽車(chē)電子化程度越來(lái)越高，建立一種汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)顯得尤為重要。該系統(tǒng)包括：車(chē)速里程傳感器、輪速傳感器、出租車(chē)計(jì)價(jià)器、ABS、TCU、車(chē)身控制模塊、泊車(chē)輔助模塊、導(dǎo)航主機(jī)、TPMS、組合儀表單元和網(wǎng)關(guān)；當(dāng)傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，儀表會(huì)根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行采集車(chē)速信號(hào)，并根據(jù)傳感器出現(xiàn)故障的情況，選擇預(yù)設(shè)的車(chē)速計(jì)算公式得出車(chē)速值。
該系統(tǒng)包括高低速網(wǎng)絡(luò)：動(dòng)力CAN(Power train CAN)網(wǎng)絡(luò)和車(chē)身CAN（BodyCAN）網(wǎng)絡(luò)，儀表作為車(chē)速信號(hào)的“中轉(zhuǎn)站”，各控制模塊在總線(xiàn)上讀取車(chē)速信號(hào)，同時(shí)儀表預(yù)留硬線(xiàn)輸出車(chē)速信號(hào)，滿(mǎn)足改裝車(chē)領(lǐng)域?qū)?chē)速的需求。
3.1 車(chē)速獲取優(yōu)先級(jí)
輪速傳感器通過(guò)硬線(xiàn)接至ABS中，組合儀表模塊ICM優(yōu)先采集ABS 提供的車(chē)速信號(hào)，用于車(chē)速的顯示和里程計(jì)算；當(dāng)輪速傳感器出現(xiàn)故障，ABS不能夠提供車(chē)速信號(hào)時(shí)，ICM 采集變速箱控制模塊TCU 提供的車(chē)速信號(hào)。當(dāng)ABS和TCU 均不能夠提供車(chē)速信號(hào)時(shí)，ICM采集車(chē)速傳感器的車(chē)速信號(hào)。當(dāng)車(chē)輛為出租車(chē)時(shí)，計(jì)價(jià)器直接從儀表硬線(xiàn)接受車(chē)速信號(hào)。
3.2 車(chē)速信號(hào)來(lái)源
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)正常時(shí)，組合儀表單元ICM會(huì)去比較組合儀表單元發(fā)出的車(chē)速信號(hào)VS_ICM和防抱死制動(dòng)模塊ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)VS_ABS，當(dāng)組合儀表單元判斷VS_ICM>VS_ABS時(shí)，組合儀表單元ICM 會(huì)將VS_ICM作為當(dāng)前車(chē)速來(lái)顯示，否則會(huì)將VS_ABS 作為車(chē)輛當(dāng)前行駛速度來(lái)顯示。
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí)，組合儀表單元ICM會(huì)主動(dòng)去檢測(cè)來(lái)自所述動(dòng)力CAN 總線(xiàn)的車(chē)速信號(hào)VS_TCU ；當(dāng)組合儀表單元判斷VS_ICM>VS_TCU 時(shí)，組合儀表單元ICM 會(huì)將VS_ICM作為當(dāng)前車(chē)速來(lái)顯示，否則會(huì)將VS_TCU 作為車(chē)輛當(dāng)前行駛速度來(lái)顯示。
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS及TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí),會(huì)把車(chē)速里程傳感器發(fā)出的車(chē)速信號(hào)作為當(dāng)前車(chē)速顯示。
當(dāng)組合儀表單元確認(rèn)ABS、TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí)，組合儀表單元會(huì)去確認(rèn)車(chē)速里程傳感器的工作狀況，當(dāng)車(chē)速里程傳感器確實(shí)出現(xiàn)故障，將車(chē)速信號(hào)故障通過(guò)聲光及文字提示在組合儀表單元相應(yīng)區(qū)域。
3.3 車(chē)速信號(hào)的處理
汽車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS根據(jù)四輪硬線(xiàn)輸入的輪速信號(hào)，利用預(yù)設(shè)的車(chē)速計(jì)算式，計(jì)算得到汽車(chē)當(dāng)前的車(chē)速。
汽車(chē)ABS 發(fā)出的輪速CAN信號(hào)中包括各個(gè)車(chē)輪的輪速和輪速有效信息。目前，汽車(chē)一般有四個(gè)車(chē)輪，分別為左前輪、左后輪、右前輪、右后輪，則相應(yīng)的輪速分別為左前輪輪速、左后輪輪速、右前輪輪速、右后輪輪速。組合儀表通過(guò)ABS發(fā)出的輪速CAN信號(hào)中的有效信息位，來(lái)判斷四個(gè)輪速是否有效。
當(dāng)四個(gè)輪速信號(hào)全部有效時(shí)，后驅(qū)車(chē)型為左后、右后輪速平均值；前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值；當(dāng)有一個(gè)輪速信號(hào)失效時(shí)，判斷為右后失效，后驅(qū)車(chē)型為左后、右前輪速平均值；前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值。判斷為左后失效時(shí)，前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值；后驅(qū)車(chē)型為左前、右后輪速平均值。當(dāng)有兩個(gè)輪速信號(hào)信號(hào)失效后，將未失效的兩個(gè)輪速信號(hào)平均值作為當(dāng)前車(chē)速顯示。當(dāng)有三個(gè)輪速失效后，將未失效的輪速信號(hào)作為當(dāng)前車(chē)速顯示。當(dāng)四個(gè)輪速均失效時(shí)，利用預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)在總線(xiàn)上判斷TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)的有效性。
4、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)的建立，使得各控制模塊通過(guò)CAN 總線(xiàn)來(lái)安全地、可靠地實(shí)現(xiàn)模塊之間車(chē)速信號(hào)的傳輸與交互。
當(dāng)車(chē)速里程傳感器以傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)方式輸出信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，ABS會(huì)根據(jù)自身采集到的輪速信號(hào)計(jì)算出實(shí)時(shí)車(chē)速并發(fā)送到CAN 總線(xiàn)上。此時(shí)，其它相關(guān)節(jié)點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)因丟失車(chē)速信號(hào)而大量的報(bào)出故障，也無(wú)需記錄更多的故障碼。這樣一來(lái)就可以保證相關(guān)控制策略的正常實(shí)施，在一定程度上提高道路行車(chē)安全為駕乘人員提供安全保障。
[1] 鄭太雄.汽車(chē)ABS參考車(chē)速的確定方法，汽車(chē)技術(shù)，201003.
[2] 劉相.汽車(chē)車(chē)速的計(jì)算和優(yōu)化, 西部汽車(chē)產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)論壇，2011.
[3] 苗斌.新型汽車(chē)車(chē)速里程表信號(hào)采集與處理研究, 汽車(chē)電器，2014年08.
Method of signal acquisition and transmission speed
Sun Tao, Ye Jinfei
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）
With the development of automotive electronics degree more and more high, range of speed signal is used more and more widely. Generates a pulse signal and the automobile wheel speed is proportional to the through specific sensor, inside the car ECU, a formula to calculate the number of pulses collected, to calculate the speed. The speed signal is widely used in navigation system, lane departure system, adaptive cruise control system, vehicle speed and accuracy is directly related to the safety and reliability of the car.
Pulse signal; Speed; ECU
U467.4
A
1671-7988(2015)06-68-03
孫濤，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司乘研院電氣部。
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孫 濤，葉金飛
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥230601）
汽車(chē)車(chē)速信號(hào)采集與傳輸?shù)姆椒?/p>
孫 濤，葉金飛
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥230601）
隨著汽車(chē)電子化程度越來(lái)越高，車(chē)速信號(hào)應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣泛。通過(guò)特定的傳感器產(chǎn)生與汽車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)數(shù)成正比的脈沖信號(hào)，在汽車(chē)內(nèi)部ECU中，通過(guò)一定的公式計(jì)算采集到的脈沖數(shù)，來(lái)反算出車(chē)速。車(chē)速信號(hào)被廣泛的應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)、車(chē)道偏離系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)中，汽車(chē)車(chē)速的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到汽車(chē)安全及可靠性。
脈沖信號(hào)；車(chē)速；ECU
CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-68-03
引言
汽車(chē)行駛速度的準(zhǔn)確采集與顯示，對(duì)于駕駛員及駕駛操作都有著至關(guān)重要的作用。尤其是在當(dāng)前汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)迅猛發(fā)展的同時(shí)，一些主動(dòng)安全系統(tǒng)如車(chē)道偏離警示系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)等對(duì)汽車(chē)行駛速度有很大的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)還要及時(shí)準(zhǔn)確地提供車(chē)速信號(hào)，才能保證這些系統(tǒng)正常工作。當(dāng)前已經(jīng)很成熟的CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得汽車(chē)各控制系統(tǒng)間及時(shí)的信息交互成為可能，但是信號(hào)的可靠性還需要一定的控制策略來(lái)支撐。
目前，汽車(chē)電控單元獲取信號(hào)的途徑主要有模擬信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)兩種形式。例如，采集儀表車(chē)速信號(hào)的來(lái)源有兩種途徑，即由來(lái)自車(chē)速傳感器的模擬信號(hào)：通過(guò)硬線(xiàn)來(lái)采集信號(hào)；或來(lái)自汽車(chē)的輪速傳感器：防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS(Antiblockier System) 將采集到的輪速信號(hào)根據(jù)既定策略換算成車(chē)速信號(hào)發(fā)送到CAN 總線(xiàn)，通過(guò)CAN 總線(xiàn)獲取車(chē)速信號(hào)。隨著汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多的儀表都掛接到了CAN 網(wǎng)絡(luò)中，基本上都是通過(guò)CAN 總線(xiàn)來(lái)獲取車(chē)速，然而這種獲取車(chē)速信號(hào)的來(lái)源還是比較單一，控制策略比較脆弱，一旦車(chē)速傳感器或者輪速傳感器出現(xiàn)故障，必然帶來(lái)很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
1、車(chē)速計(jì)算的原理
根據(jù)JIS規(guī)格規(guī)定，車(chē)輛每行駛1km，機(jī)械式速度傳感器要轉(zhuǎn)637圈。這個(gè)規(guī)定是計(jì)算車(chē)速的基礎(chǔ)。但由于具體的車(chē)型和各主機(jī)廠(chǎng)的要求不同，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)也不太一樣，但多數(shù)采用2，4，8，16等便于計(jì)算機(jī)計(jì)算的脈沖數(shù)。
根據(jù)JIS規(guī)定，車(chē)速的數(shù)學(xué)計(jì)算表達(dá)式如下：
式中：H為儀表車(chē)速脈沖輸入信號(hào)的頻率（HZ）；
V為車(chē)速(Km/h)；
n為車(chē)速傳感器每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)；
N2為車(chē)速為60km/h時(shí)，車(chē)速傳感器的轉(zhuǎn)數(shù)（rmp）。
假設(shè)江淮某一車(chē)型車(chē)速傳感器每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生2個(gè)脈沖信號(hào)；由于637rpm是1km距離產(chǎn)生的，那么在一分鐘內(nèi)要車(chē)速傳感器轉(zhuǎn)637rmp，此次的車(chē)速表顯示應(yīng)該是60km/h。即車(chē)速脈沖值為637×2＝1274轉(zhuǎn)/分鐘。則每秒脈沖數(shù)，即頻率為1274/60=21.23Hz。
由于車(chē)速傳感器不是安裝在輪胎最外側(cè)，所以當(dāng)時(shí)速為60km/h時(shí)，車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)也會(huì)隨著車(chē)輪大小不一樣。一般尺寸為215/45R17(普利斯通REGNO)輪胎直徑626mm（那么時(shí)速60km/h時(shí)，輪胎的轉(zhuǎn)速是(60*1000/3600)/(3.14*0.626)=8.48轉(zhuǎn)/秒。那么相對(duì)于車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生 21.23/8.48=2.5個(gè)脈沖。這才是和實(shí)際車(chē)速有關(guān)系的數(shù)據(jù)。
2.5/2=1.25這個(gè)值是各主機(jī)廠(chǎng)在新車(chē)推出時(shí)規(guī)定好的，輪胎半徑和車(chē)速傳感器所安裝位置的半徑的一個(gè)比值。根據(jù)二者角速度相同，用車(chē)速傳感器的線(xiàn)速度來(lái)代替實(shí)際輪胎的線(xiàn)速度。
2、兩種典型的車(chē)速架構(gòu)
根據(jù)車(chē)速信號(hào)獲取的來(lái)源不同，在車(chē)速設(shè)計(jì)時(shí)，通常有兩種典型的車(chē)速架構(gòu)，一種是利用傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)特定軸上的轉(zhuǎn)速信號(hào)換算成車(chē)速值，經(jīng)過(guò)降頻以后給各個(gè)模塊使用，這一類(lèi)型一般應(yīng)用于低端車(chē)型上；另一種通過(guò)ABS檢測(cè)四輪輪速傳感器信號(hào)，將采集的值利用預(yù)設(shè)的公式轉(zhuǎn)化為車(chē)速值，發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)上給其他模塊使用。
2.1 車(chē)速傳感器獲取車(chē)速
車(chē)速傳感器一般位于汽車(chē)變速箱上，檢測(cè)特定軸的轉(zhuǎn)速來(lái)獲取車(chē)速信號(hào)。如江淮某一車(chē)型車(chē)速信號(hào)由變速箱上的車(chē)速里程表傳感器發(fā)出，車(chē)速信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)化模塊降頻后發(fā)到儀表中，儀表一方面自己使用；另一方面被降頻后的車(chē)速信號(hào)發(fā)送到CAN總線(xiàn)，供BCM、導(dǎo)航主機(jī)等使用。由于ECU不上網(wǎng)絡(luò)，車(chē)速硬線(xiàn)輸入到ECU中。
前期，由于頻率轉(zhuǎn)化模塊安裝在變速箱下側(cè)，無(wú)固定，此處環(huán)境較惡劣，受水、油、石子沖擊，振動(dòng)，容易發(fā)生故障，造成里程表失效的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)故障件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，頻率轉(zhuǎn)化模塊插件處進(jìn)水是導(dǎo)致失效的主要因素，鑒于頻率轉(zhuǎn)化模塊安裝環(huán)境惡劣，將頻率轉(zhuǎn)化模塊集成在儀表中，未降頻的里程表信號(hào)輸入給儀表，儀表降頻后自己使用并輸出給BCM和ECU。
2.2 ABS獲取車(chē)速
動(dòng)力總成不同，車(chē)速來(lái)源也不相同，如某4GB2車(chē)型從變速箱“車(chē)速傳感器”取得“車(chē)速”（脈沖信號(hào)）；某4GA5車(chē)型從ABS取得“車(chē)速”（脈沖信號(hào)）；另一種4AT車(chē)型從CAN網(wǎng)絡(luò)上取得“車(chē)速”（數(shù)字信號(hào)）。不同的車(chē)速來(lái)源造成車(chē)速的基準(zhǔn)值不同，與之匹配的車(chē)身控制器、導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊等都要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)PPK值的產(chǎn)品狀態(tài)，僅因?yàn)檐?chē)速信號(hào)的不同造成零部件狀態(tài)的復(fù)雜性。
因此，大多數(shù)主機(jī)廠(chǎng)采用ABS提供車(chē)速信號(hào)輸出，車(chē)速信號(hào)脈沖頻率為5倍實(shí)際車(chē)速。MT車(chē)型儀表從ABS取車(chē)速信號(hào)（脈沖信號(hào)），儀表通過(guò)硬線(xiàn)做1:1轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)身控制器，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)將車(chē)速（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊。
AT車(chē)型通過(guò)儀表從CAN網(wǎng)絡(luò)取車(chē)速（數(shù)字信號(hào)），再通過(guò)硬線(xiàn)將車(chē)速（5倍實(shí)際車(chē)速頻率）轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)身控制器。通過(guò)CAN將車(chē)速（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)航主機(jī)、胎壓監(jiān)測(cè)模塊。
CVT車(chē)型ABS采集四輪輪速信號(hào)后計(jì)算得出車(chē)速信號(hào)后發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上，各模塊讀取網(wǎng)絡(luò)上的車(chē)速信號(hào)，MP5與TPMS通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)并接到ICM上。由于MT與CVT用的同一個(gè)ABS，根據(jù)PEPS的需求，鑰匙關(guān)閉后ABS要持續(xù)發(fā)10分鐘的信號(hào)，用于PEPS監(jiān)控車(chē)速的信號(hào)，對(duì)于CVT帶PEPS車(chē)型與MT帶啟停功能的車(chē)型要想做到統(tǒng)一，必須分析10分鐘的延時(shí)耗電是否對(duì)啟停系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
2.3 車(chē)速信號(hào)的基準(zhǔn)
往往在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)顯示車(chē)速大于實(shí)際車(chē)速的情況。
當(dāng)汽車(chē)輪胎胎壓不足或在使用過(guò)程中由于磨損，其半徑逐漸減小。而車(chē)速表的信號(hào)與車(chē)輪轉(zhuǎn)速同步，并不知道車(chē)輪半徑已經(jīng)改變。故同樣的實(shí)際車(chē)速下，車(chē)速表指示的速度比過(guò)去要高。
車(chē)速表內(nèi)步進(jìn)電機(jī)故障，存在丟步現(xiàn)象。GPS測(cè)速相比較車(chē)速表，受干擾的因素少，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性更有保障，但略有延遲。事實(shí)上，車(chē)速表速度常常比GPS速度略高，這是因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2004），4.12規(guī)定了車(chē)速表指示誤差的范圍（單位：KM/H）：0 ≤（指示車(chē)速-實(shí)際車(chē)速）≤（實(shí)際車(chē)速/10 + 4）。
因此，只要是的合格車(chē)速表，顯示速度是不會(huì)低于實(shí)際車(chē)速的；而隨著輪胎的磨損，顯示車(chē)速和實(shí)際車(chē)速相比會(huì)越來(lái)越高。
3、汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)
隨著汽車(chē)電子化程度越來(lái)越高，建立一種汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)顯得尤為重要。該系統(tǒng)包括：車(chē)速里程傳感器、輪速傳感器、出租車(chē)計(jì)價(jià)器、ABS、TCU、車(chē)身控制模塊、泊車(chē)輔助模塊、導(dǎo)航主機(jī)、TPMS、組合儀表單元和網(wǎng)關(guān)；當(dāng)傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，儀表會(huì)根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行采集車(chē)速信號(hào)，并根據(jù)傳感器出現(xiàn)故障的情況，選擇預(yù)設(shè)的車(chē)速計(jì)算公式得出車(chē)速值。
該系統(tǒng)包括高低速網(wǎng)絡(luò)：動(dòng)力CAN(Power train CAN)網(wǎng)絡(luò)和車(chē)身CAN（BodyCAN）網(wǎng)絡(luò)，儀表作為車(chē)速信號(hào)的“中轉(zhuǎn)站”，各控制模塊在總線(xiàn)上讀取車(chē)速信號(hào)，同時(shí)儀表預(yù)留硬線(xiàn)輸出車(chē)速信號(hào)，滿(mǎn)足改裝車(chē)領(lǐng)域?qū)?chē)速的需求。
3.1 車(chē)速獲取優(yōu)先級(jí)
輪速傳感器通過(guò)硬線(xiàn)接至ABS中，組合儀表模塊ICM優(yōu)先采集ABS 提供的車(chē)速信號(hào)，用于車(chē)速的顯示和里程計(jì)算；當(dāng)輪速傳感器出現(xiàn)故障，ABS不能夠提供車(chē)速信號(hào)時(shí)，ICM 采集變速箱控制模塊TCU 提供的車(chē)速信號(hào)。當(dāng)ABS和TCU 均不能夠提供車(chē)速信號(hào)時(shí)，ICM采集車(chē)速傳感器的車(chē)速信號(hào)。當(dāng)車(chē)輛為出租車(chē)時(shí)，計(jì)價(jià)器直接從儀表硬線(xiàn)接受車(chē)速信號(hào)。
3.2 車(chē)速信號(hào)來(lái)源
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)正常時(shí)，組合儀表單元ICM會(huì)去比較組合儀表單元發(fā)出的車(chē)速信號(hào)VS_ICM和防抱死制動(dòng)模塊ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)VS_ABS，當(dāng)組合儀表單元判斷VS_ICM>VS_ABS時(shí)，組合儀表單元ICM 會(huì)將VS_ICM作為當(dāng)前車(chē)速來(lái)顯示，否則會(huì)將VS_ABS 作為車(chē)輛當(dāng)前行駛速度來(lái)顯示。
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí)，組合儀表單元ICM會(huì)主動(dòng)去檢測(cè)來(lái)自所述動(dòng)力CAN 總線(xiàn)的車(chē)速信號(hào)VS_TCU ；當(dāng)組合儀表單元判斷VS_ICM>VS_TCU 時(shí)，組合儀表單元ICM 會(huì)將VS_ICM作為當(dāng)前車(chē)速來(lái)顯示，否則會(huì)將VS_TCU 作為車(chē)輛當(dāng)前行駛速度來(lái)顯示。
當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON檔時(shí)，組合儀表單元確認(rèn)ABS及TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí),會(huì)把車(chē)速里程傳感器發(fā)出的車(chē)速信號(hào)作為當(dāng)前車(chē)速顯示。
當(dāng)組合儀表單元確認(rèn)ABS、TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)失效時(shí)，組合儀表單元會(huì)去確認(rèn)車(chē)速里程傳感器的工作狀況，當(dāng)車(chē)速里程傳感器確實(shí)出現(xiàn)故障，將車(chē)速信號(hào)故障通過(guò)聲光及文字提示在組合儀表單元相應(yīng)區(qū)域。
3.3 車(chē)速信號(hào)的處理
汽車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS根據(jù)四輪硬線(xiàn)輸入的輪速信號(hào)，利用預(yù)設(shè)的車(chē)速計(jì)算式，計(jì)算得到汽車(chē)當(dāng)前的車(chē)速。
汽車(chē)ABS 發(fā)出的輪速CAN信號(hào)中包括各個(gè)車(chē)輪的輪速和輪速有效信息。目前，汽車(chē)一般有四個(gè)車(chē)輪，分別為左前輪、左后輪、右前輪、右后輪，則相應(yīng)的輪速分別為左前輪輪速、左后輪輪速、右前輪輪速、右后輪輪速。組合儀表通過(guò)ABS發(fā)出的輪速CAN信號(hào)中的有效信息位，來(lái)判斷四個(gè)輪速是否有效。
當(dāng)四個(gè)輪速信號(hào)全部有效時(shí)，后驅(qū)車(chē)型為左后、右后輪速平均值；前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值；當(dāng)有一個(gè)輪速信號(hào)失效時(shí)，判斷為右后失效，后驅(qū)車(chē)型為左后、右前輪速平均值；前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值。判斷為左后失效時(shí)，前驅(qū)車(chē)型為左前、右前輪速平均值；后驅(qū)車(chē)型為左前、右后輪速平均值。當(dāng)有兩個(gè)輪速信號(hào)信號(hào)失效后，將未失效的兩個(gè)輪速信號(hào)平均值作為當(dāng)前車(chē)速顯示。當(dāng)有三個(gè)輪速失效后，將未失效的輪速信號(hào)作為當(dāng)前車(chē)速顯示。當(dāng)四個(gè)輪速均失效時(shí)，利用預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)在總線(xiàn)上判斷TCU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)的有效性。
4、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)汽車(chē)車(chē)速信號(hào)安全傳輸系統(tǒng)的建立，使得各控制模塊通過(guò)CAN 總線(xiàn)來(lái)安全地、可靠地實(shí)現(xiàn)模塊之間車(chē)速信號(hào)的傳輸與交互。
當(dāng)車(chē)速里程傳感器以傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)方式輸出信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，ABS會(huì)根據(jù)自身采集到的輪速信號(hào)計(jì)算出實(shí)時(shí)車(chē)速并發(fā)送到CAN 總線(xiàn)上。此時(shí)，其它相關(guān)節(jié)點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)因丟失車(chē)速信號(hào)而大量的報(bào)出故障，也無(wú)需記錄更多的故障碼。這樣一來(lái)就可以保證相關(guān)控制策略的正常實(shí)施，在一定程度上提高道路行車(chē)安全為駕乘人員提供安全保障。
[1] 鄭太雄.汽車(chē)ABS參考車(chē)速的確定方法，汽車(chē)技術(shù)，201003.
[2] 劉相.汽車(chē)車(chē)速的計(jì)算和優(yōu)化, 西部汽車(chē)產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)論壇，2011.
[3] 苗斌.新型汽車(chē)車(chē)速里程表信號(hào)采集與處理研究, 汽車(chē)電器，2014年08.
Method of signal acquisition and transmission speed
Sun Tao, Ye Jinfei
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）
With the development of automotive electronics degree more and more high, range of speed signal is used more and more widely. Generates a pulse signal and the automobile wheel speed is proportional to the through specific sensor, inside the car ECU, a formula to calculate the number of pulses collected, to calculate the speed. The speed signal is widely used in navigation system, lane departure system, adaptive cruise control system, vehicle speed and accuracy is directly related to the safety and reliability of the car.
Pulse signal; Speed; ECU
U467.4
A
1671-7988(2015)06-68-03
孫濤，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司乘研院電氣部。
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