CN115085732B - 适用于汽车轮速的信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于汽车轮速的信号处理电路，包括轮速信号采集电路，轮速信号采集电路包括第一运算放大器、输入电路、钳位电路和输出电路。应用本发明的技术方案，第一运算放大器的同相输入端串联电阻，第一运算放大器的反向输入端串联电阻，与电阻构成施密特触发器电路。因为施密特触发器的参考电位是跟随输入信号动态变化的，所以在车速较低的情况下，轮速电路也能有较好的跟踪效果，能够输出准确的脉冲信号，从而准确的采集车轮速度。

Description

适用于汽车轮速的信号处理电路

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，具体而言，涉及一种适用于汽车轮速的信号处理电路。

背景技术

在汽车电子控制器应用中，轮速的采集与处理是非常重要的一部分，由于汽车控制器对轮速信号的准确率要求较高，所以轮速信号的处理尤为关键，目前市场上普遍使用磁电式轮速传感器，其信号输出为可变幅值和频率的正弦波，而我们单片机对于固定幅值的方波采集更为准确，所以我们需要一个电路将不同幅值的正弦波转化为固定幅值的方波。

而目前大多数轮速信号处理电路对于较低轮速下的信号处理不准确，导致车辆采集的轮速不准确，从而影响汽车的制动性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于汽车轮速的信号处理电路，以解决现有技术中用于汽车轮速的信号处理电路在车轮速度较低的情况下难以准确采集车轮速度的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于汽车轮速的信号处理电路，包括轮速信号采集电路，轮速信号采集电路包括：第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端连接第一电阻电路，第一运算放大器的反向输入端连接第二电阻电路，第一运算放大器的输出端通过第三电阻电路接至第一运算放大器的同相输入端，在第一电阻电路和第二电阻电路之间并联有两个方向相反的二极管；输入电路，包括同相输入电路和反向输入电路，同相输入电路连接至第一电阻电路和第二电阻电路，反向输入电路通过第一分压电容连接至第一运算放大器的反向输入端，在同相输入电路和反向输入电路之间连接有第二分压电容，第二分压电容在反向输入电路上连在第一分压电容和第一运算放大器的反向输入端之间，同相输入电路用于连接传感器的第一信号接口，反向输入电路用于连接传感器的第二信号接口，第一分压电容的容值大于第二分压电容的容值；钳位电路，钳位电路包括第四电阻电路，第四电阻电路的第一端与供电电压相连，第四电阻电路的第二端通过二极管导通连接至第一电阻电路和第二电阻电路，在第四电阻电路上还通过并联的二极管和电容接地；输出电路，连接在第一运算放大器的输出端和第一芯片接口之间。

在一个实施方式中，轮速信号采集电路还包括电源电路，电源电路的第一端与供电电压相连，电源电路的第二端接地，电源电路依次连接电源电阻、同相输入电路、滤波电容和反向输入电路。

在一个实施方式中，输出电路为电平转换电路。

在一个实施方式中，电平转换电路包括MOSFET，MOSFET的栅极通过第五电阻电路与第一运算放大器的输出端相连，MOSFET的源级通过第六电阻电路接在第一运算放大器的输出端，第六电阻电路接地，MOSFET的漏极通过第七电阻电路与供电电压相连，第七电阻电路用于和第一芯片接口相连。

在一个实施方式中，适用于汽车轮速的信号处理电路还包括诊断检测电路，诊断检测电路包括：第二运算放大器，第二运算放大器的同相输入端通过第一分压电阻电路与传感器的第一信号接口相连，第二运算放大器的输出端与第二运算放大器的反向输入端相连；第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端与第二运算放大器的输出端相连，第三运算放大器的反向输入端通过第二分压电阻电路也与传感器的第一信号接口相连，第三运算放大器的输出端与第三运算放大器的反向输入端相连，第三运算放大器的输出端连接第二芯片接口。

在一个实施方式中，第三运算放大器的输出端和第二芯片接口之间连接有第三分压电阻电路。

在一个实施方式中，第一分压电阻电路和/或第二分压电阻电路和/或第三分压电阻电路包括并联的两个电阻，其中一个电阻接地，另外一个电阻接在线路上。

在一个实施方式中，第二运算放大器的正电源端接芯片供电电压，第二运算放大器的负电源端接地。

应用本发明的技术方案，因为施密特触发器的参考电位是跟随输入信号动态变化的，所以在车速较低的情况下，轮速电路也能有较好的跟踪效果，能够输出准确的脉冲信号，从而准确的采集车轮速度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的适用于汽车轮速的信号处理电路的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的适用于汽车轮速的信号处理电路的轮速仿真效果图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的技术方案，对于较低车速下的轮速信号也能精确处理，从而提高车辆的制动性能。具体的，如图1所示，本发明的适用于汽车轮速的信号处理电路包括轮速信号采集电路10，轮速信号采集电路10包括第一运算放大器U1C、输入电路、钳位电路和输出电路。其中，第一运算放大器U1C的同相输入端连接第一电阻电路，第一运算放大器U1C的反向输入端连接第二电阻电路，第一运算放大器U1C的输出端通过第三电阻电路接至第一运算放大器U1C的同相输入端用于正反馈，在第一电阻电路和第二电阻电路之间并联有两个方向相反的二极管。输入电路包括同相输入电路和反向输入电路，同相输入电路连接至第一电阻电路和第二电阻电路，反向输入电路通过第一分压电容C5连接至第一运算放大器U1C的反向输入端，在同相输入电路和反向输入电路之间连接有第二分压电容C4，第二分压电容C4在反向输入电路上连在第一分压电容C5和第一运算放大器U1C的反向输入端之间，第一分压电容C5的容值大于第二分压电容C4的容值。同相输入电路用于连接传感器的第一信号接口，反向输入电路用于连接传感器的第二信号接口。钳位电路包括第四电阻电路，第四电阻电路的第一端与供电电压相连，所第四电阻电路的第一端与供电电压相连，第四电阻电路的第二端通过二极管D3导通连接至第一电阻电路和第二电阻电路，在第四电阻电路上还通过并联的二极管D4和电容C6接地。输出电路连接在第一运算放大器U1C的输出端和第一芯片接口CCP1之间。其中，第一电阻电路上设置有电阻R11，第二电阻电路上设置有电阻R13，第三电阻电路上设置有电阻R9，两个方向相反的二极管为二极管D1和二极管D2。第一信号接口为signal+，第二信号接口为signal-。钳位电路在使用时可以使得轮速信号输入负电平时不至于太负，钳位至零电位附近。其中，第四电阻电路上设置有电阻R15。

应用本发明的技术方案，第一运算放大器U1C的同相输入端串联电阻R11，第一运算放大器U1C的反向输入端串联电阻R13，与电阻R9构成施密特触发器电路，两个反接的二极管D1和二极管D2用于钳位。在使用时，Signal+、Signal-与安装在汽车上的轮速传感器信号的输出端电气连接，当传感器输出信号为正弦波上半轴时，第二分压电容C4、第一分压电容C5导通，为电容充电，由于第一分压电容C5的容值大于第二分压电容C4的容值，所以第一分压电容C5充电的电压上升较慢，使得1-1点的电平低于1-2点的电平，同时信号通过电阻R11流过二极管D1为电容C5充电，且将1-2点电位钳位到比1-1点电位高一定值，此时第一运算放大器U1C的同相输入端电平高于第一运算放大器U1C的反向输入端电平，由施密特触发器的特性，使得输出1-4为高电平。此时，输出电路通过第一芯片接口CCP1输出低电平。由于1-2点电位为高电平，此时二极管D3不打开。当传感器输出信号为正弦波负半轴时第二分压电容C4、第一分压电容C5进行放电，同上第一分压电容C5经过电容D2流过电阻R11进行放电，由于第一分压电容C5的容值较大，放电较慢，使得1-1点电位高于1-3点电位一定值，由于施密特触发器的特性，使得输出1-4为低电平，此时输出电路通过第一芯片接口CCP1输出高电平。同时供电电压VCC流过电阻R15通过二极管D3为传感器补充电流，使得1-2点电位保持在零电位附近，避免损坏运放。如图2所示，因为施密特触发器的参考电位是跟随输入信号动态变化的，所以在车速较低的情况下，轮速电路也能有较好的跟踪效果，能够输出准确的脉冲信号，从而准确的采集车轮速度。

可选的，基于通常的车用控制的供电电压，将1-2点电位钳位到比1-1点电位高0.7V左右，使得1-1点电位高于1-3点电位约0.7V左右。

可选的，在本实施例的技术方案中，芯片采用MCU控制器。

作为一种优选的实施方式，如图1所示，在本实施例的技术方案中，轮速信号采集电路10还包括电源电路，电源电路的第一端与供电电压相连，电源电路的第二端接地，电源电路依次连接电源电阻R8、同相输入电路、滤波电容C3和反向输入电路，滤波电容C3用于吸收高频杂波和静电防护，电容C3一端上拉电阻R8到VCC，用于为传感器供电，使其输出稳定信号，另一端接地。在使用时，供电电压VCC通过电阻R8为传感器供电，使其输出稳定的信号，滤波电容C3为信号滤除高频杂波且端口防静电。

优选的，输出电路为电平转换电路，保证输入到芯片的电压在合理范围内。

如图1所示，作为一种可选的实施方式，在本实施例的技术方案中，电平转换电路包括MOSFET Q1，MOSFET Q1的栅极通过第五电阻电路与第一运算放大器U1C的输出端相连，MOSFET Q1的源级通过第六电阻电路接在第一运算放大器U1C的输出端，第六电阻电路接地，MOSFET Q1的漏极通过第七电阻电路与供电电压相连，第七电阻电路用于和第一芯片接口相连。其中，第五电阻电路上设置有电阻R12，第六电阻电路上设置有电阻R14，第七电阻电路上设置有电阻R10。在使用时，当第一运算放大器U1C的输出端使得输出1-4为高电平，此时小信号MOSFET Q1打开，第一芯片接口CCP1输出低电平；当当第一运算放大器U1C的输出端使得输出1-4为低电平，此时小信号MOSFET Q1打开，CCP1输出高电平。

作为一种更为优选的实施方式，如图1所示，在本实施例的技术方案中，适用于汽车轮速的信号处理电路还包括诊断检测电路20，诊断检测电路20包括第二运算放大器U1A和第三运算放大器U1B。第二运算放大器U1A的同相输入端通过第一分压电阻电路与传感器的第一信号接口相连，第二运算放大器U1A的输出端与第二运算放大器U1A的反向输入端相连。第三运算放大器U1B的同相输入端与第二运算放大器U1A的输出端相连，第三运算放大器U1B的反向输入端通过第二分压电阻电路也与传感器的第一信号接口相连，第三运算放大器U1B的输出端与第三运算放大器U1B的反向输入端相连，第三运算放大器U1B的输出端连接第二芯片接口AD。具体的，在第三运算放大器U1B的输出端与第三运算放大器U1B的反向输入端相连的线路上设置有电阻R3。

在使用时，诊断检测电路20为轮速传感器的诊断和传感器与齿圈的间隙检测电路，在本实施例中，Signal+、Signal-与安装在汽车上的轮速传感器信号的输出端电气连接，信号通过电阻R4与电阻R6进行分压，然后输入到第二运算放大器U1A的同相输入端的同向输入端，第二运算放大器U1A作为射极跟随器，同步将信号输入到第三运算放大器U1B的同向输入端，第二运算放大器U1A与第三运算放大器U1B构成绝对值电路，使得2-4输出值为轮速信号Signal+输入值的绝对值。

关于间隙检测功能，一般规定车速达到一定阈值，对传感器进行标定，将轮速传感器安装到合适的位置后通过标定确定三个幅值作为参考值分别为上限Vref1、正常Vref2、下限Vref3。当传感器安装距离车轮齿圈较近时，传感器输出信号幅值较大，当MCU控制器测量第二芯片接口AD值超过标定的上线值Vref1时，认为传感器安装位置较近；当传感器安装位置距离车轮齿圈较远时，传感器输出信号幅值较小，当MCU控制器测量第二芯片接口AD值低与Vref3时，认为传感器的安装位置太远，当MCU控制器测量的第二芯片接口AD值在Vref2左右，认为传感器安装的位置较为合适。通过此方式可以很容易判断传感器的安装位置是否合适，从而使得轮速的测量更为准确。

关于故障诊断功能，当轮速信号对地短路时，第二运算放大器U1A的同向输入端2-1点电位为低电平，所以2-2点电位为低电平，由虚短虚断原理可知2-4也为低电平，所以第二芯片接口AD测量值为低电平。当轮速信号对电源短路时，2-2为供电电压VCC电平，有虚断虚断计算，2-4输出为低电平，第二芯片接口AD测量值为低电平。所以当MCU控制器无法从第一芯片接口CCP1采集到频率时，此时如果MCU控制器从第二芯片接口AD口采集到的值为低电平，说明轮速传感器短路。当轮速信号断路时，MCU控制器无法从第一芯片接口CCP1采集到频率，此时通过电阻分压计算，可以计算2-4电压为Vlost，此时如果MCU控制器从第二芯片接口AD口采集到的值为Vlost的分压倍数，说明轮速传感器处于断路状态。

上述的第一芯片接口CCP1为脉冲输出管脚。

更为优选的，在本实施例的技术方案中，第三运算放大器U1B的输出端和第二芯片接口之间连接有第三分压电阻电路，保证输入到MCU控制器的电压在合理范围内。其中，第三分压电阻电路设置有并联的电阻R7和电阻R5，其中电阻R7接电。更为优选的，第三运算放大器U1B的输出端通过电阻R5连接到第二芯片接口AD。更为优选的，在第三分压电阻电路上还设置有电容C2，电容C2用于滤波。

优选的，第一分压电阻电路和/或第二分压电阻电路包括并联的两个电阻，其中一个电阻接地，另外一个电阻接在线路上。具体的，如图1所示，第一分压电阻电路包括并联的电阻R4和电阻R6，电阻R6接地，电阻R4接在第二运算放大器U1A的同相输入端与传感器的第一信号接口的线路上；第二分压电阻电路包括并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1接地，电阻R2接在第三运算放大器U1B的反向输入端与传感器的第一信号接口的线路上。

可选的，如图1所示，在本实施例的技术方案中，第二运算放大器U1A的正电源端接芯片供电电压，第二运算放大器U1A的负电源端接地。更为优选的，第二运算放大器U1A的正电源端处还设置有接地的电容C1以用于滤波。

从上述内容可知，本发明的提供的适用于汽车轮速的信号处理电路，对于较低车速下的轮速信号能够精确的处理，提高轮速测量的准确度。并且具有间隙检测功能，能够判断传感器安装的位置与齿圈的距离是否合适，从而告知驾驶员是否需要调整安装位置，保证传感器安装的和适度。并且具有传感器故障诊断功能，能够检测到轮速传感器是否处于短路或开路状态

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的优点是：本电路能够将轮速信号处理为MCU控制器可直接采集的方波信号，并且在汽车车速较低的情况下采集到的轮速也很准确。本电路能够对传感器和车轮齿圈的间隙进行检测，确保传感器的安装位置合适。本电路能够对传感器进行故障诊断，确定传感器的故障状态是短路还是断路，及时上报故障，确保行车安全。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (8)

1.一种适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，包括轮速信号采集电路(10)，所述轮速信号采集电路(10)包括：

第一运算放大器(U1C)，所述第一运算放大器(U1C)的同相输入端连接第一电阻电路，所述第一运算放大器(U1C)的反向输入端连接第二电阻电路，所述第一运算放大器(U1C)的输出端通过第三电阻电路接至所述第一运算放大器(U1C)的同相输入端，在所述第一电阻电路和所述第二电阻电路之间并联有两个方向相反的二极管；

输入电路，包括同相输入电路和反向输入电路，所述同相输入电路连接至所述第一电阻电路和所述第二电阻电路，所述反向输入电路通过第一分压电容(C5)连接至所述第一运算放大器(U1C)的反向输入端，在所述同相输入电路和所述反向输入电路之间连接有第二分压电容(C4)，所述第二分压电容(C4)在所述反向输入电路上连在所述第一分压电容(C5)和所述第一运算放大器(U1C)的反向输入端之间，所述同相输入电路用于连接传感器的第一信号接口，所述反向输入电路用于连接所述传感器的第二信号接口，所述第一分压电容(C5)的容值大于所述第二分压电容(C4)的容值；

钳位电路，所述钳位电路包括第四电阻电路，所述第四电阻电路的第一端与供电电压相连，所述第四电阻电路的第二端通过二极管导通连接至所述第一电阻电路和所述第二电阻电路，在所述第四电阻电路上还通过并联的二极管和电容接地；

输出电路，连接在所述第一运算放大器(U1C)的输出端和第一芯片接口之间。

2.根据权利要求1所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述轮速信号采集电路(10)还包括电源电路，所述电源电路的第一端与供电电压相连，所述电源电路的第二端接地，所述电源电路依次连接电源电阻(R8)、同相输入电路、滤波电容(C3)和反向输入电路。

3.根据权利要求1所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述输出电路为电平转换电路。

4.根据权利要求3所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述电平转换电路包括MOSFET(Q1)，所述MOSFET(Q1)的栅极通过第五电阻电路与所述第一运算放大器(U1C)的输出端相连，所述MOSFET(Q1)的源级通过第六电阻电路接在所述第一运算放大器(U1C)的输出端，所述第六电阻电路接地，所述MOSFET(Q1)的漏极通过第七电阻电路与供电电压相连，所述第七电阻电路用于和第一芯片接口相连。

5.根据权利要求1所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述适用于汽车轮速的信号处理电路还包括诊断检测电路(20)，所述诊断检测电路(20)包括：

第二运算放大器(U1A)，所述第二运算放大器(U1A)的同相输入端通过第一分压电阻电路与所述传感器的第一信号接口相连，所述第二运算放大器(U1A)的输出端与所述第二运算放大器(U1A)的反向输入端相连；

第三运算放大器(U1B)，所述第三运算放大器(U1B)的同相输入端与所述第二运算放大器(U1A)的输出端相连，所述第三运算放大器(U1B)的反向输入端通过第二分压电阻电路也与所述传感器的第一信号接口相连，所述第三运算放大器(U1B)的输出端与所述第三运算放大器(U1B)的反向输入端相连，所述第三运算放大器(U1B)的输出端连接第二芯片接口。

6.根据权利要求5所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述第三运算放大器(U1B)的输出端和所述第二芯片接口之间连接有第三分压电阻电路。

7.根据权利要求6所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述第一分压电阻电路和/或所述第二分压电阻电路和/或所述第三分压电阻电路包括并联的两个电阻，其中一个电阻接地，另外一个电阻接在线路上。

8.根据权利要求5所述的适用于汽车轮速的信号处理电路，其特征在于，所述第二运算放大器(U1A)的正电源端接芯片供电电压，所述第二运算放大器(U1A)的负电源端接地。