车用轮速传感器的信号检测技术及其应用分析

车用轮速传感器的信号检测技术及其应用分析

肖 珊 湖南机电职业技术学院 湖南长沙 410151

【文章摘要】

车轮抱死制动系统即ABS，它是一种在汽车制动过程中通过汽车中的轮速传感器将车轮转速的变化转化为电信号并快速回馈给汽车电子控制器，再由电磁阀调节轮缸对车体进行控制，以便获得较好的侧向及纵向附着系数，最终保持车轮制动状态良好的方法。所以对轮速传感器的信号检测与特性分析就异常重要。本文针对这一环节根据LabVIEW 设计了一套轮速传感器的信号检测分析系统，还在系统中设置了控制平台和数据波形存储及回放功能，提高了对轮速传感器的检测效率。

【关键词】

ABS ；轮速传感器；信号处理；信号检测；数据波形

ABS 目前已经是汽车的标准配置，作为能够影响车辆驾驶性能和行驶安全的重要元件，它借助轮速传感器对汽车运行时的齿轮进行检测，从而确立了车轮速度的各种参数并使其更加精确。所以说ABS 不但可以改善汽车驾驶的可控制性，还能通过加强ABS 系统的安全可靠性来减少车辆在恶劣路面行驶环境中可能存在的危险性，具有价值极高的现实意义。

1 轮速传感器的信号特性

现在市面上有三种轮速信号传感器， 他们分别是电涡流式、电磁式和霍尔元件式。当汽车车轮齿轮开始转动时，轮速传感器的磁路和磁阻都会产生变化，这就促使其感应到了电势的变化，并随即产生相应幅值的脉冲电势。根据这些变化我们可以得出电磁感应的定律公式为：

Ve=-n1*dΦ/dt=n1Bω1Asinθ

公式中Ve 是感应电势，dΦ/dt 为磁通量的变化率，n1 为线圈的匝数，B 为磁场强度，ω1 为轴转角的速度，Asinθ 则表示垂直于磁力线的有效面积。

从公式中我们了解到，脉冲的电势频率是应该随着车轮轴转角的速度变化而变化的。与此同时，脉冲的电势幅度也会伴随转角的速度而变化。其变化为角速度转速越快，脉冲的电势幅值也就越大。由轮速传感器所输出的信号在经过滤波放大整形后，就可以将数据输入计数器计数，即技术脉冲。

2 轮速传感器输出信号的特性解析

为了避免外界对测试系统中待测信号的干扰，一定要对轮速传感器输出的信号进行分析前的预处理，预处理主要是通过平滑滤波等方式所进行的数据分析。

首先轮速传感器其输出信号是近似值为0 的正弦波，所以其正弦波的频率应该和汽车齿轮的齿数与转速乘积成正比关系。而当汽车轮速在保持恒定转速的情况下，它的轮速信号电压幅值与传感器和测速齿轮之间的气隙应该是这样的，即气隙越大，轮速传感器所输出信号的电压幅值越小。如图2.

图2 转速不同情况下输出信号电压幅值与气隙之间的关系曲线图

3 基于LabVIEW 软件的开发环境的轮速传感器信号检测处理系统设计

3.1 系统设计架构

本文所设计的轮速传感器信号检测处理系统是基于LabVIEW 软件所构建的，系统中的所有软硬件调配都由它来统一完成，比如包括了对硬件的调试、仿真、自检或者采集等等。LabVIEW 的串口是与外部设备连接的，这是利用到了它的优势——功能模块对希望实现的各项功能进行编程，从而达到系统的某些功能目的，诸如对齿轮的运动控制、车轮转速的数据采集及处理、信号的图标显示及过程分析，数据的保存和回放等等。

3.2 轮速传感器

系统主要测试的对象即为轮速传感器，其信号类型为三电平和正弦波。通过LabVIEW 的控制服务器的运算，我们可以获取较为精确的可控速度从而带动齿轮的旋转，最终达到提高传感器精度与准确度的目的。而针对不同传感器所获得的例如三电平信号和方波信号，就能够提取信号的共有特征，从而设计出满足信号检测的软件程序。

3.3 信号的检测

在LabVIEW 的面板函数中，不能够直接测量轮速感应器所输出的三电平信号参量。而应该通过采样速率，把所采集来的信号转换为易于理解的数组常量，并通过数组常量进行三电平相关参量的检测。

根据轮速传感器所采集到的信号特性，其转动在每经过一个齿轮都会对应采集到一个高电平以及若干个中低电平，但是高电平的持续时间就相对较短，所以这里对于轮速传感器信号周期的计算应该以高电平作为判断周期性的标准。

关于齿轮转动周期的方法，如果齿轮数为n, 那么所需要测量的齿轮在转动一周后，每个齿轮的采样点数数组即为： Sam0、Sam1…Sam(n-1)。如果多检测一个齿轮，那么重新测量所采集的齿轮采样点数组即为Sam0、Sam1…Sam(n-1)、Sam(n), 如果此时去除Sam(n)，那么齿轮转动一周所对应的周期即：

T a v e r= S a m ( 1 ) + S a m ( 2 ) + … S a m ( n ) / SAMPLE*n

所以原来对应的外层循环即为： N=2n-1

需要改为N=2(n+1)-1=2n+1

因此每一个齿轮所对应的周期即为Ti=Sam(i)/SMAPLE 其中1 ≤ i ≤ n.

3.4 正弦波的测量

正弦波信号需要测量是否有波欠现象，因为有关正弦波的一切参量在通过ExpressVI 的滤波后，就要开始频率、周期、峰值的相关函数测量。其中波欠的检测方法采用了波峰波谷的双检测法。主要方法就是分别测量波谷与波峰的数量，随后平均求值即可。在计算时要注意宽度和阈值这两个参数常量，因为它们设置的优劣可以影响正弦波的测量个数是否正确，一定要注意。

4 总结

基于LabVIEW 软件的轮速传感器信号检测与分析系统高效率的完成了轮速传感器输出的多种信号参量的测试，通过测试结果确保了汽车ABS 系统的安全可靠性。而测试中相关数据在系统中对保存与回放功能的应用，也证明了本文所设计系统具备的强信息处理能力和对齿轮检测的扩展能力，值得将来继续深入研究。

【参考文献】

[1] 郭凤雨, 张磊. 车用轮速传感器的信号检测与分析[J]. 电子技术应用,2013,39(6).

[2] 张集乐, 鲁植雄.ABS 轮速传感器及其信号处理[J]. 机械与电子,2007(12).

[3] 汪知望. 汽车ABS 磁电式轮速传感器的动态特性及其信号处理[D]. 合肥工业大学,2006.

【作者简介】

肖珊（1981.5），女（汉族），湖南衡阳人，硕士研究生，讲师，湖南机电职业技术学院，主要研究方向：智能检测、智能控制、自动化技术。

图1 轮速传感器的结构原理图