CN105774782B - 一种轮速传感信号处理电路及汽车abs系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮速传感信号处理电路及汽车ABS系统，该电路包括电阻、低通滤波器、限幅单元、差分放大器和迟滞整形单元；电阻一端接轮速传感信号，另一端接地；低通滤波器接收轮速传感信号，滤除高频干扰信号，输出第一电压信号；限幅单元根据轮速传感信号自动调整导通斜率，使轮速传感信号的高电平信号钳位在预设的直流高电平，低电平信号钳位在预设的直流低电平上；差分放大器接收通过电阻的轮速传感信号和第一电压信号，去掉同频干扰信号，输出第二电压信号；迟滞整形单元接收第二电压信号，与参考电平迟滞比较，输出方波信号。本发明电路结构设计新颖，可有效提高系统的抗干扰能力，能够更准确地处理轮速传感信号。

Description

一种轮速传感信号处理电路及汽车ABS系统

技术领域

本发明涉及汽车电子控制集成电路技术领域，尤其涉及一种轮速传感信号处理电路及汽车ABS系统。

背景技术

汽车ABS系统(Anti-lock Braking System，防抱死制动系统)是现代汽车不可缺少的安全系统之一。其原理是电子控制单元通过对轮速传感器获取的轮速信息进行加工、处理和判断来形成指令，使车轮能够获得最佳的制动效率，同时又能实现车轮不被抱死、侧滑，使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳定性和方向可操作性。轮速信号来自车轮上安装的轮速传感器，是随车速变化的正弦波，在高速时，输出信号电压幅度比较大；在低速时，信号较弱且存在很多干扰，根据轮速信号的特点，在轮速信号处理电路中需要设计限幅、滤波、放大和整形电路。信号处理电路性能的好坏直接影响轮速和参考车速以及车辆滑移率等参数的计算，因此，被正确检测和处理的轮速信号是系统最重要的动态参数，需要设计很好的轮速传感信号处理电路。

如图1所示，目前公知的轮速传感信号处理电路包括限幅单元、滤波单元、整形单元。其中，限幅单元由电阻和稳压二极管组成，滤波单元是由电阻和电容组成的低通滤波器，整形单元则采用比较器实现。此种电路存在以下不足：

1：信号从单端输入，当ABS系统工作时容易受到外部信号干扰，造成信号处理误判，系统可靠性不好；

2：限幅电路会在稳压二极管快速导通时增加EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)的生产量，造成电磁干扰，降低系统可靠性。

3：滤波器采用RC一阶低通滤波器，并不能很好抑制频率范围以外的干扰信号；

4：由于汽车ABS系统工作环境十分恶劣，当不满足极大电源和输入电压工作范围，比较器的参考电平会随电压和温度漂移，造成不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轮速传感信号处理电路及汽车ABS系统，其可提高抗干扰能力，能够更准确地处理轮速传感信号。

为解决本发明的技术问题，本发明公开一种轮速传感信号处理电路，包括电阻R0，低通滤波器、限幅单元、差分放大器和迟滞整形单元；所述电阻R0一端连接轮速传感信号，另一端接地；所述低通滤波器用于接收轮速传感信号，滤除高频干扰信号，输出第一电压信号至差分放大器；所述限幅单元用于根据轮速传感信号，自动调整导通斜率，使轮速传感信号的高电平信号钳位在预设的直流高电平，使轮速传感信号的低电平信号钳位在预设的直流低电平上；所述差分放大器用于接收通过电阻R0的轮速传感信号和所述第一电压信号，去掉同频干扰信号，输出第二电压信号至迟滞整形单元；所述迟滞整形单元用于接收第二电压信号，与参考电平进行迟滞比较，输出具有高电平和低电平的方波信号。

为解决本发明的技术问题，本发明还公开一种汽车ABS系统，包括轮速传感器、微处理器，以及上述的轮速传感信号处理电路；所述轮速传感器用于获取轮速信息，产生轮速传感信号；所述轮速传感信号处理电路用于接收所述轮速传感信号，进行滤波，限幅，放大、整形后，生成方波信号；所述微处理器用于根据所述方波信号的频率获取车轮的转动速度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过新颖的电路结构设计，使低通滤波器在滤除高频干扰信号的同时还保证输入信号幅度不变；使差分放大器能够隔离整形电路对前级电路的干扰，提高电路抗干扰能力；使限幅单元能够有效地降低电磁干扰，提高电路可靠性；使迟滞整形单元可滤除输入信号中的“毛刺”干扰信号，保证信号正确转换，进一步提高电路可靠性。

附图说明

图1是现有技术的轮速传感信号处理电路结构图；

图2是本发明实施例的轮速传感信号处理电路结构图；

图3是本发明实施例的低通滤波器电路结构图；

图4是本发明实施例的限幅单元电路结构图；

图5是本发明实施例的迟滞整形单元电路结构图；

图6是本发明另一实施例的轮速传感信号处理电路结构图；

图7是本发明实施例的汽车ABS系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的轮速传感信号处理电路，包括电阻R0，低通滤波器、限幅单元、差分放大器和迟滞整形单元。其中，电阻R0一端连接轮速传感信号，另一端接地；低通滤波器用于接收轮速传感信号，滤除高频干扰信号，输出第一电压信号至差分放大器；限幅单元用于根据轮速传感信号，自动调整导通斜率，使轮速传感信号的高电平信号钳位在预设的直流高电平，使轮速传感信号的低电平信号钳位在预设的直流低电平上；差分放大器用于接收通过电阻R0的轮速传感信号和所述第一电压信号，去掉同频干扰信号，输出第二电压信号至迟滞整形单元；迟滞整形单元用于接收第二电压信号，与参考电平进行迟滞比较，输出具有高电平和低电平的方波信号。

具体的，本实施例的轮速传感信号处理电路结构，如图2所示。低通滤波器连接轮速传感信号Vin，进行滤波，滤除高频干扰信号，让一定频率范围内的信号通过，输出第一电压信号V1，至差分放大器的负极端。如图3所示，为本实施例的低通滤波器电路结构图，本实施例的低通滤波器为三阶低通滤波器，包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和电感L1；电阻R1一端连接轮速传感信号，另一端连接电容C1和电感L1；电感L1一端连接电阻R1和电容C1，另一端连接电阻R2与电容C2，电容C1、电容C2和电阻R2的另一端接地。所述电阻R2的理想情况下的阻值为无穷大，在本具体实施方式中，所述电阻R2的阻值应至少是电阻R1的100倍。

与一阶低通滤波器相比本实施例的三阶低通滤波器，在高频带振幅衰减较快时，可以抑制或急剧衰减此频率范围以外的干扰信号。并且在输入端接入电感，由于对EMI信号而言，电感是高阻，可起到抑制EMI作用。RC滤波器有耗损，LC滤波器理论上以无耗损，保证了轮速传感信号输入幅度不变。

另外，本实施例的差分放大器的正极端串接一电阻R0连接轮速传感信号Vin，负极端连接低通滤波器输出端，接收第一电压信号V1，差分放大器的输出端连接限幅单元和迟滞整形单元，输出第二电压信号V2。电阻R0的另一端接地。

本实施例中，当电流流过电阻R0时，在电阻R0两端产生的电压是不同的，将两个端电压输入差分放大器的两个输入端，然后，差分放大器将两个端电压差放大输出。由于差分放大器具有输入阻抗大、输出阻抗小的特点，可以减少输入信号的损耗，起到缓冲作用。且将差分放大器放置在迟滞整形单元前面，隔离了整形电路，可以切断迟滞整形单元对前级输入信号的干扰，使前后级电路之间互不影响。

具体地，本实施例的限幅单元电路结构，如图4所示。限幅单元包括电流源I1、电流源I2、电流源I3和二极管D1；所述电流源I1输入端连接轮速传感信号Vin，输出端连接直流电平VDD，控制端连接电流源I2的输出端和差分放大器输出端；所述电流源I2的输入端连接直流电平VDD，控制端连接电流源I1的输入端，输出端连接电流源I1的控制端和电流源I3的输入端，以及差分放大器输出端；所述电流源I3的输入端连接电流源I2的输出端和差分放大器输出端，控制端连接电流源I1的输入端，输出端接地；所述二极管正极接地，负极连接轮速传感信号和电流源I1的输入端。所述直流电平VDD电压范围在12V至30V之间。

限幅单元的作用是将周期性变化的正弦波(即轮速传感信号)的顶部或者底部分别保持在某一确定的直流高电平或直流低电平上。当输入轮速传感信号Vin突然收到环境干扰生产一个“过冲”信号时，在差分放大器上会表现出来，根据输出信号的变化开启限幅电路，使限幅电路打开，保证输入轮速传感信号Vin在确定的直流高电平和直流低电平上。本实施例的限幅电路可根据输入信号Vin自动调整导通斜率，当输入信号Vin“过冲”电压过高时，输入信号Vin控制电流源I2打开，使第二电压信号V2加速上升，这样电流源I1也相应加快导通，使“过冲”信号在较短时间放电，使输入信号Vin保持在直流高电平；当第二电压信号V2在较低电平时，输入信号Vin控制电流源I3打开，使第二电压信号V2以较低速度上升。当输入信号V1“过冲”负电平时，超出二极管导通门限值，二极管将会导通使输入信号Vin保持在直流低电平，这样电流源I1不会发生瞬间导通，可以达到降低电磁干扰的作用，提高系统可靠性。具体地，本实施例中，所述直流高电平和直流低电平分别设置为50v和-1v。

本实施例的迟滞整形单元包括4个迟滞比较器，分别为第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、第三迟滞比较器和第四迟滞比较器；每个迟滞比较器的正极端连接差分放大器输出端，4个迟滞比较器的负极端分别连接4个参考电平，分别为第一参考电平、第二参考电平、第三参考电平、第四参考电平，4个迟滞比较器的输出端输出方波信号、低电平信号或高电平信号。当然，本领域技术人员也可以根据实际情况，将迟滞整形单元设置成包含1个迟滞比较器、2个迟滞比较器或其他个数，都不影响本发明的实施。

具体的，本实施例的迟滞整形单元电路结构，如图5所示。每个迟滞比较器都包括比较器、迟滞电压源VOS和开关K，比较器的正极端连接差分放大器输出端，接收第二电压信号V2，比较器的负极端连接参考电平、迟滞电压源VOS和开关K，开关K与迟滞电压源VOS并联，并根据比较器输出的信号进行闭合与断开。具体地，比较器输出高电平信号则所述开关闭合，输出低电平信号则开关断开。4个比较器连接的参考电平分别是Vref1、Vref2、Vref3和Vref4，大小不同，可以根据实际情况进行设置，例如，现在市场上流行的轮速传感器输出电流(Is)有三种：7mA、14mA、28mA，因此参考电平设置为四种Vref＝Ivref×R0，其中Vref1(＝4mA×R0)<Vref2(＝10mA×R0)<Vref3(＝20mA×R0)<Vref4(＝40mA×R0)。一般来说，R0等于100欧姆，因此，Vref1＝0.4v，Vref2＝1v，Vref3＝2v，Vref4＝4v。

4个比较器连接的迟滞电压源分别是VOS1、VOS2、VOS3和VOS4、电路设计时可以将VOS设定为可变电压，范围从0.3v至0.65v。4个比较器连接的开关分别是K1、K2、K3、K4，分别控制VOS1、VOS2、VOS3和VOS4的连接或断开。

本实施例的四个迟滞比较器不仅可以将输入轮速信号转换为方波信号，还具有检测短路、开路功能。具体地，当输入轮速传感信号Vin与电源短路时，轮速传感信号Vin输出电流最大大于40mA，则四个比较器输出的信号都为高电平信号，则通过判断4个比较器输出的高电平信号即可判断出系统出现短路。当输入轮速传感信号Vin与地线短路，轮速传感信号Vin输出电流范围小于4mA，则四个比较器输出的信号都为低电平信号，则通过判断4个比较器输出的低电平信号即可判断出系统出现开路。

在系统正常工作时，若轮速传感信号Vin输出电流范围为20mA到40mA之间，则判断第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的输出即可，第三迟滞比较器的输出信号为正常的方波信号，而第四迟滞比较器的输出信号一直为零。若轮速信号输出电流范围为10mA到20mA之间，判断第二迟滞比较器和第三迟滞比较器的输出即可，第二迟滞比较器的输出信号为正常的方波信号，而第三迟滞比较器的输出信号一直为零。若轮速信号输出电流范围为4mA到10mA之间，判断第一迟滞比较器和第二迟滞比较器的输出即可，第一迟滞比较器的输出信号为正常的方波信号，而第二迟滞比较器的输出信号一直为零。

本实施例是在比较器的负极端引入一失调电压(即迟滞电压源VOS)来实现迟滞功能。每个迟滞比较器的具体工作原理基本相同，当第二电压信号V2为低电平并逐渐增加时，比较器输出的电压信号Vout为低电平，反馈回路使得开关K断开。当V2>Vref+VOS时，比较器发生翻转，输出高电平，反馈回路使得开关闭合。V2由高电平开始下降时，反馈回路使得开关K保持闭合状态，当V2<Vref时，比较器发生跳变，输出的电压信号Vout变为低电平，反馈回路再次使得开关K断开。在电路设计时可以将VOS设定为可变电压，可以根据使用情况相应调整迟滞电压VOS，满足多种使用环境的需要。通过迟滞比较器可将输入正弦波信号(即第二电压信号V2)转换成方波信号，将方波信号输出到微处理器MCU，MCU即可通过判断此方波信号的频率得到车轮的转动速度。由于四个比较器都具有迟滞功能，可以将输入信号中的“毛刺”干扰信号滤除掉，保证信号正确转换，提高系统可靠性。

如图6所示，本实施例的轮速传感信号处理电路，在上述实施例的基础上还包括连接在所述电阻R0与地之间的控制开关K0，以及连接控制开关K0和迟滞整形单元输出端的判断单元；所述判断单元根据所述迟滞整形单元输出的正常方波信号控制所述控制开关K0闭合，根据迟滞整形单元输出的非正常信号控制所述控制开关K0断开。

当系统正常工作时，迟滞整形单元输出的是正常的方波信号，则判断单元判断为正常信号，输出闭合信号，控制开关K0闭合，使整个电路正常工作。当系统工作异常时，例如系统短路或者开路，则迟滞整形单元输出的是非正常的信号(例如高电平信号或低电平信号)，因此，判断单元判断为非正常信号，输出断开信号，控制开关K0断开，使整个电路停止工作。另外，在另一实施例中，当芯片工作温度超过设定范围或者工作电源电压超过安全范围时，判断单元也可判断为非正常工作状态，输出断开信号，控制开关K0的断开。具体地，判断单元连接过温检测单元和电源电压检测单元，收到过温检测单元输出的过温信号后，输出断开信号，以及收到电源电压检测单元输出的过压信号或欠压信号后，输出断开信号。本实施例通过控制开关K0的断开，使得系统在非正常状态下停止工作，从而保护了系统不会损坏，提高可靠性。

本实施例中，判断单元判断为正常信号时，输出的闭合信号为高电平信号，判断为非正常信号时，输出的断开信号为低电平信号。其中，控制开关K0采用N型FET。

上述过温检测单元和电源电压检测单元可以是轮速信号处理芯片内的常用的过温检测电路和电源电压检测电路。另外，过温检测单元和电源电压检测单元也可以直接集成在判断单元中，判断单元包括过温检测单元、电源电压检测单元和开关控制单元；其中，过温检测单元检测芯片温度过高时，输出过温信号；电源电压检测单元检测电源电压过高时，输出过压信号，检测电源电压过低时，输出欠压信号。

开关控制单元连接过温检测单元和电源电压检测单元，收到过温检测单元输出的过温信号后，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开，以及收到电源电压检测单元输出的过压信号或欠压信号后，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开；以及根据迟滞整形单元输出的正常方波信号，输出闭合信号，控制所述控制开关K0闭合，根据迟滞整形单元输出的非正常信号，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开。

再如图7所示，本实施例还公开一种汽车ABS系统，包括轮速传感器、微处理器，以及轮速传感信号处理电路；所述轮速传感器用于获取轮速信息，产生轮速传感信号；所述轮速传感信号处理电路用于接收所述轮速传感信号，进行滤波，限幅，放大、整形后，生成方波信号；所述微处理器用于根据所述方波信号的频率获取车轮的转动速度。

其中，轮速传感信号处理电路的电路结构及工作原理，已经在上文描述图2、图3、图4、图5和图6的实施例中进行了阐述，此处不再赘述。

综上所述，本实施例通过新颖的电路结构设计，使低通滤波器在滤除高频干扰信号的同时还保证输入信号幅度不变；使差分放大器能够隔离整形电路对前级电路的干扰，提高电路抗干扰能力；使限幅单元能够有效地降低电磁干扰，提高电路可靠性；使迟滞整形单元可滤除输入信号中的“毛刺”干扰信号，保证信号正确转换，进一步提高电路可靠性。另外，再增加了判断单元和控制开关，使系统在处于非正常情况时，停止工作，更进一步提高了系统的可靠性。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (11)

1.一种轮速传感信号处理电路，其特征在于，包括电阻R0，低通滤波器、限幅单元、差分放大器和迟滞整形单元；所述电阻R0一端连接轮速传感信号，另一端接地；所述低通滤波器用于接收轮速传感信号，滤除高频干扰信号，输出第一电压信号至差分放大器；所述限幅单元用于根据轮速传感信号，自动调整导通斜率，使轮速传感信号的高电平信号钳位在预设的直流高电平，使轮速传感信号的低电平信号钳位在预设的直流低电平上；所述差分放大器用于接收通过电阻R0的轮速传感信号和所述第一电压信号，去掉同频干扰信号，输出第二电压信号至迟滞整形单元；所述迟滞整形单元用于接收第二电压信号，与参考电平进行迟滞比较，输出具有高电平和低电平的方波信号。

2.如权利要求1所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述低通滤波器为三阶低通滤波器。

3.如权利要求2所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2和电感L1；电阻R1一端连接轮速传感信号，另一端连接电容C1和电感L1；电感L1一端连接电阻R1和电容C1，另一端连接电阻R2与电容C2，电容C1、电容C2和电阻R2的另一端接地，所述电阻R2的阻值至少是电阻R1的100倍。

4.如权利要求1所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述限幅单元包括电流源I1、电流源I2、电流源I3和二极管D1；所述电流源I1输入端连接轮速传感信号，输出端连接直流电平VDD，控制端连接电流源I2的输出端和差分放大器输出端；所述电流源I2的输入端连接直流电平VDD，控制端连接电流源I1的输入端，输出端连接电流源I1的控制端和电流源I3的输入端，以及差分放大器输出端；所述电流源I3的输入端连接电流源I2的输出端和差分放大器输出端，控制端连接电流源I1的输入端，输出端接地；所述二极管正极接地，负极连接轮速传感信号和电流源I1的输入端。

5.如权利要求1所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述迟滞整形单元包括迟滞比较器，所述迟滞比较器的正极端连接差分放大器输出端，负极端连接参考电平，输出端输出方波信号。

6.如权利要求5所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述迟滞比较器包括比较器、迟滞电压源和开关，所述比较器的正极端连接差分放大器输出端，所述比较器的负极端连接参考电平、迟滞电压源和开关，所述开关与迟滞电压源并联，并根据比较器输出的信号进行闭合与断开。

7.如权利要求6所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述迟滞整形单元包括4个分别连接不同参考电平的迟滞比较器，分别为第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、第三迟滞比较器和第四迟滞比较器；4个参考电平分别为第一参考电平、第二参考电平、第三参考电平、第四参考电平；

所述第一迟滞比较器在接收到电压高于第一参考电平且低于第二参考电平的第二电压信号时，与第一参考电平迟滞比较后，输出正常的方波信号，以及在轮速传感信号与地短路时，一直输出低电平信号，在轮速传感信号与电源短路时，一直输出高电平信号；

所述第二迟滞比较器在接收到电压高于第二参考电平且低于第三参考电平的第二电压信号时，与第二参考电平迟滞比较后，输出正常的方波信号，以及在轮速传感信号与地短路时，一直输出低电平信号，在轮速传感信号与电源短路时，一直输出高电平信号；

所述第三迟滞比较器在接收到电压高于第三参考电平且低于第四参考电平的第二电压信号时，与第三参考电平迟滞比较后，输出正常的方波信号，以及在轮速传感信号与地短路时，一直输出低电平信号，在轮速传感信号与电源短路时，一直输出高电平信号；

所述第四迟滞比较器用于在接收到电压高于第三参考电平且低于第四参考电平的第二电压信号时，与第四参考电平迟滞比较后，一直输出低电平信号，以及在轮速传感信号与地短路时，一直输出低电平信号，在轮速传感信号与电源短路时，一直输出高电平信号。

8.如权利要求1所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述差分放大器的正极端通过串接电阻R0连接轮速传感信号，差分放大器的负极端连接低通滤波器输出端，差分放大器的输出端连接限幅单元和迟滞整形单元。

9.如权利要求1所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，还包括连接在所述电阻R0与地之间的控制开关K0，以及连接控制开关K0和迟滞整形单元输出端的判断单元；所述判断单元根据所述迟滞整形单元输出的正常方波信号控制所述控制开关K0闭合，根据迟滞整形单元输出的非正常信号控制所述控制开关K0断开。

10.如权利要求9所述的轮速传感信号处理电路，其特征在于，所述判断单元包括过温检测单元、电源电压检测单元和开关控制单元；

所述过温检测单元检测芯片温度过高时，输出过温信号；

所述电源电压检测单元检测电源电压过高时，输出过压信号，检测电源电压过低时，输出欠压信号；

所述开关控制单元连接过温检测单元和电源电压检测单元，收到过温检测单元输出的过温信号后，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开，以及收到电源电压检测单元输出的过压信号或欠压信号后，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开；以及根据迟滞整形单元输出的正常方波信号，输出闭合信号，控制所述控制开关K0闭合，根据迟滞整形单元输出的非正常信号，输出断开信号，控制所述控制开关K0断开。

11.一种汽车ABS系统，包括轮速传感器、微处理器，以及如权利要求1至10任一项所述的轮速传感信号处理电路；所述轮速传感器用于获取轮速信息，产生轮速传感信号；所述轮速传感信号处理电路用于接收所述轮速传感信号，进行滤波，限幅，放大、整形后，生成方波信号；所述微处理器用于根据所述方波信号的频率获取车轮的转动速度。