车速信号处理电路图和工作原理讲解

在这半年时间内,我除了负责一个智能接线盒产品的研发工作,还承担了一个非常重要的工作-福x系统设计规范的翻译以及解释。

我从网上查询了大量的专业术语解读以及可靠性设计相关的资料。

恶补了读研期间荒废了的电子电路知识。

还于每天早上召集同事举办学习角,一同探讨规范的要点。

付出就有回报,我的电子电路的设计以及可靠性设计能力得到了突飞猛进的提升。

一天,我的领导找到了我,说是给x汽提供的BCM的车速检测出现了问题,

可能是在温度比较高时,无法检测到车速,从而导致20km自动上锁的功能出现了异常。

他把电路图发给了我,让我按照Ford SDS做一次深入彻底的分析。

车速信号处理电路图

我采用WCCA(worst case circuit analysis,最坏情况电路分析)结合Fxxx SDS和Nxxxxx SDS从以下几个方面进行了考虑:

1)考虑初始、环境、老化三方面导致的公差:5%精度的电阻R47、R50、R51其阻值范围在-10%~+10%之间。

电解电容EC13的容值范围为-30%~+30%。

三极管Q17的BE极最小导通电压为0.3V,BE最大导通电压为0.9V,C极和B极之间电流的最小放大倍数为30。

2)车速信号为PNP输出的高边信号,高电平为汽车的电瓶电压-PNP三极管的CE极导通电压,典型值为12.0V,最小值为8.0V。当输入高电平为8.0V-1.2V=6.8V时,Q17的BE极电压还能否大于0.9V,使得BE极在极限情况下仍然能导通。

输入为高电平时,Q17的BE极和最小电压

由上式可见,当输入为高电平时,Q17的BE极最小电压为1.01V,略大于其最大导通电压0.9V。可以让Q17的BE极可靠导通。

输入为高电平时,三极管Q17能否可靠处于饱和导通状态,根据下式算出在BE极导通时Q17的CE极之间的最低电压。

Q17的CE极电压

由上式可见,输入为高电平时,Q17在极限情况下可以饱和导通。

当输入为低电平时,三极管Q17能否可靠处理截止状态,根据SDS,低电平最高输入的最高电压为1.8V(Nxxxxx SDS),此时有:

输入为低电平时,Q17的BE极电压

由于Q17的BE极的最大电压大于最小导通电压,在极限情况下,可能存在输入低电平时,Q17不能处理截止状态的风险。应该适当再减小R50的阻值。

5)电容EC13对车速脉冲信号的滤波影响。我从充放电方程做了非常复杂的分析,如下:

考虑到速度信号为方波信号,在速度信号的上升沿,Q17 B极电压由下式确定:

假设高电平时间为,低电平时间为,对于连续的速度脉冲,上升沿电压可以表示为:

如果占空比为50%,则能测量的最高频率的典型值为32Hz.

如果占空比为50%,则能测量的最高频率的最大值为184Hz.

如果占空比为50%,则能测量的最高频率的最小值为7.5Hz。

一般尺寸的 215/45R17 轮胎直径 600mm。那么时速 60km/h 时,

轮胎的转速是 (601000/3600)/(3.140.6)=8.84 转/秒。

所产生的脉冲的频率是8.84Hz,而该电路极限情况下所能检测的频率为7.5Hz。

可能在极限情况下,比如高温条件下,电容容值增大(印象中电容的容值是正温度系数的参数),将导致无法检测60km/h的速度。

要注意的是,我们这里推导的是在占空比为50%的情况,由于年代久远,我没有找到车厂提供的车速规格,实际上,记得应该占空比应该在30%左右,这样可能就会导致极限情况下连20km/h的速度也无法被检测,进而导致20km自动上锁的功能失效。

根据上面分析,我指出了这个电路的主要问题,

1) 电容EC13的阻值过大,应该适当减小,不能单纯通过硬件滤波来避免干扰的影响,应该选择合适的滤波器件参数结合软件滤波来避免干扰。

2) 根据SDS规定,这种数字信号,为了抗干扰加入的滤波电容也引起的上升和下降沿应该小于10%的脉宽,可以根据这一要求选取合适的数值。

3) 并在Q17的BE极两端的电阻可以适大减小,避免输入为低时不能可靠截止。

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作者:网友投稿
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来源:轩哥技术分享
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