CN220823054U - 一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，包括：自检信号发生电路、高边开关、电流采样电阻RS、低边开关、轮速信号调理电路；所述高边开关的一端与轮速传感器的电源输入端连接，所述高边开关的另一端与电源电压连接，所述轮速传感器的信号输出端与低边开关的一端连接，所述低边开关的另一端与所述电流采样电阻RS的一端连接，所述电流采样电阻RS的另一端接地，所述轮速信号调理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述轮速信号调理电路的输出端连接在控制器上，所述自检信号发生电路的输出端连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述自检信号发生电路的输入端连接在控制器上。

Description

一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路

技术领域

本实用新型属于汽车控制技术领域，特别涉及一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路。

背景技术

现代汽车为了提高车辆的行驶稳定性和安全性，在汽车上集成了防抱死制动系统(ABS,Antilock Braking System)、汽车电子稳定系统(ESP，Electronic StabilityProgram)、牵引力控制系统(TCS,Traction Control System)等控制系统。这些系统需要采集大量的传感器信号识别车身状态以达到控制目的，其中轮速传感器用于感应车轮信号，通过电控单元(ECU,Electronic Control Unit)将轮速信号采集和计算，是以上ABS等控制系统的关键输入参数。为了确保车辆的行驶稳定性和安全性，要求轮速相关的电路的具有更高的可靠性，具有高覆盖率的故障诊断能力。

现有技术中轮速传感器的接口电路对轮速将信号的处理方式为：将轮速将信号经滤波电路、限幅电路和整形电路后转化为方波信号。

现有技术至少存在如下问题：

现有技术中的接口电路缺少自检功能，存在无法及时、准确检测轮速传感器接口电路故障隐患，影响了汽车行驶的安全性和稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，旨在解决上述现有技术中存在的接口电路缺少自检功能，有存在无法及时、准确检测轮速传感器接口电路故障隐患，影响了汽车行驶的安全性和稳定性的技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，包括：信号采集电路和自检信号发生电路，所述信号采集电路包括：高边开关、电流采样电阻RS、低边开关、轮速信号调理电路；

所述高边开关的一端与轮速传感器的电源输入端连接，所述高边开关的另一端与电源电压连接，所述高边开关的控制端与控制器连接，所述轮速传感器的信号输出端与低边开关的一端连接，所述低边开关的另一端与所述电流采样电阻RS的一端连接，所述电流采样电阻RS的另一端接地，所述低边开关的控制端与控制器连接，所述轮速信号调理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述轮速信号调理电路的输出端连接在控制器上，所述自检信号发生电路的输出端连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述自检信号发生电路的输入端连接在控制器上。

本实用新型的有益效果是：本申请将电流型轮速传感器信号调理为控制器可采集和处理的信号，具有轮速信号调理电路自检功能，增加电路的故障诊断率，提高轮速信号采集的可靠性，提升汽车行驶的安全性和稳定性。且本申请提供的接口电路采用通用性强的元件，大大提升设计的灵活性，降低产品成本。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述所述轮速信号调理电路包括电压比较器和ADC前端处理电路；

所述电压比较器的正输入端为轮速信号调理电路的输入端并连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述电压比较器的负输入端连接有基准电压，所述电压比较器的输出端连接在控制器上，所述ADC前端处理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上并与电压比较器的正输入端连接，所述ADC前端处理电路的输出端连接在控制器的ADC采集接口上。

采用上述进一步方案的有益效果是：本申请通过电流采样电阻RS将电流信号转化为后续电路能处理的电压信号WSI，然后ADC前端处理电路基于电压信号WSI得到脉冲幅度特征信号WSO1，电压比较器基于电压信号WSI得到脉冲频率特征信号WSO2。

进一步，上述所述自检信号发生电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三级管Q1、三级管Q2和三级管Q3；

所述电阻R1的一端为所述自检信号发生电路的输出端并连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述电阻R1的另一端与所述三级管Q1的集电极连接，所述三级管Q1的基极与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q1的发射极连接有电源电压，并与三级管Q2的发射极以及三级管Q3的发射极连接，所述三级管Q2的基极与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q2的集电极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上，所述三级管Q3的基极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q3的集电极与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上。

采用上述进一步方案的有益效果是：本申请由控制器输出的三个控制信号IL_TEST、IM_TEST、IH_TEST，分别控制三级管Q1、三级管Q2、三级管Q3的通断，通过控制三个三极管，分别模拟7mA.14mA,28mA电流；将控制器发出模拟的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2和其采集到的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2进行比对，若精度在一定范围内，电路自检成功，精度超过一定范围，输出接口电路故障警告。

进一步，上述当有多个轮速传感器时，对应设置有多个电路结构相同的信号采集电路，每个信号采集电路与对应的一个轮速传感器连接，每个信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端分别通过一个二极管与自检信号发生电路的输出端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：本申请通过设置一个自检信号发生电路对应多个信号采集电路，以减少电路复杂性和减少控制器I/O的占空数量。

进一步，上述信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端连接在二极管的阴极，二极管的阳极与自检信号发生电路的输出端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：本申请通过设置二极管，正常工作时隔离各传感器信号相互干扰。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路的电路示意图；

图2为图1中具有详细自检信号发生电路和详细轮速信号调理电路的电路示意图；

图3为当传感器为AK型轮速传感器时得到的脉冲信号示意图；

图4为当传感器为PWM型轮速传感器时得到的脉冲信号示意图；

图5为多个轮速传感器时的自检电路示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

下面以具体实施例对本实用新型的技术方案以及本实用新型的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。

实施例1：

如图1所示，提供了一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，包括：信号采集电路和自检信号发生电路，所述信号采集电路包括：高边开关、电流采样电阻RS、低边开关、轮速信号调理电路；

所述高边开关的一端与轮速传感器的电源输入端连接，所述高边开关的另一端与电源电压连接，所述高边开关的控制端与控制器连接，所述轮速传感器的信号输出端与低边开关的一端连接，所述低边开关的另一端与所述电流采样电阻RS的一端连接，所述电流采样电阻RS的另一端接地，所述低边开关的控制端与控制器连接，所述轮速信号调理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述轮速信号调理电路的输出端连接在控制器上，所述自检信号发生电路的输出端连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述自检信号发生电路的输入端连接在控制器上。

其中，本申请将电流型轮速传感器信号调理为控制器可采集和处理的信号，具有轮速信号调理电路自检功能，增加电路的故障诊断率，提高轮速信号采集的可靠性，提升汽车行驶的安全性和稳定性。且本申请提供的接口电路采用通用性强的元件，大大提升设计的灵活性，降低产品成本。

可选的，如图2所示，所述轮速信号调理电路包括电压比较器和ADC前端处理电路；

所述电压比较器的正输入端为轮速信号调理电路的输入端并连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述电压比较器的负输入端连接有基准电压，所述电压比较器的输出端连接在控制器上，所述ADC前端处理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上并与电压比较器的正输入端连接，所述ADC前端处理电路的输出端连接在控制器的ADC采集接口上。

其中，本申请通过电流采样电阻RS将电流信号转化为后续电路能处理的电压信号WSI，然后ADC前端处理电路基于电压信号WSI得到脉冲幅度特征信号WSO1，电压比较器基于电压信号WSI得到脉冲频率特征信号WSO2。

可选的，所述自检信号发生电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三级管Q1、三级管Q2和三级管Q3；

所述电阻R1的一端为所述自检信号发生电路的输出端并连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述电阻R1的另一端与所述三级管Q1的集电极连接，所述三级管Q1的基极与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q1的发射极连接有电源电压，并与三级管Q2的发射极以及三级管Q3的发射极连接，所述三级管Q2的基极与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q2的集电极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上，所述三级管Q3的基极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q3的集电极与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上。

其中，本申请由控制器输出的三个控制信号IL_TEST、IM_TEST、IH_TEST，分别控制三级管Q1、三级管Q2、三级管Q3的通断，通过控制三个三极管，分别模拟7mA.14mA,28mA电流；将控制器发出模拟的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2和其采集到的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2进行比对，若精度在一定范围内，电路自检成功，精度超过一定范围，输出接口电路故障警告。

本实施例1中，通过控制器控制高边开关，打开或切断轮速传感器的电源电压VBAT；通过低边开关控制轮速传感器输出电流回流到电源负极；轮速传感器的电源负端子输出电流，流经低边开关、电流采样电阻RS回到电源负极，电流采样电阻RS将电流信号转化为后续电路能处理的电压信号WSI；电压信号WSI通过轮速信号调理电路生成脉冲幅度特征信号WSO1和脉冲频率特征信号WSO2；自检信号发生电路生成模拟脉冲信号，由控制器内自检程序进行控制，对轮速传感器至控制器之间的信号采集电路进行自检。

脉冲幅度特征信号WSO1是电压信号WSI的幅度特征，脉冲频率特征信号WSO2是电压信号WSI的频率特征，控制器根据采集到的脉冲幅度特征信号WSO1和脉冲频率特征信号WSO2信号识别轮速速度和数据协议信息。

目前电流型轮速传感器有三种，标准PWM型、智能PWM型、AK协议型，标准PWM型和智能PWM型轮速传感器以7mA电流作为低电平，14mA电流作为高电平，AK协议型以28mA电流作为转速脉冲，以14mA电流作为数据协议高电平,以7mA电流作为数据协议低电平。

7mA,14mA,28mA三种电流在采样电阻RS上分别产生电压记做VL、VM、VH；过流时，流过采样电阻RS产生电压记做VOC,过流电流设置为1.5～2倍最大电流。

电压比较器比较正输入端电压信号WSI与负输入端基准电压VREF比较，WSI电压大于等于基准电压VREF时经过电压比较器在输出端WSO2输出高电平，WSI电压小于基准电压VREF时经过电压比较器在输出端WSO2输出低电平。基准电压VREF选择符合：VL<VREF<VM。

ADC前端处理电路对电压信号WSI进行限幅，滤波，生成控制器可采集的脉冲幅度特征信号WSO1。

脉冲幅度特征信号WSO1接入控制器的ADC采集接口，也可以是内部可编程的比较器接口，捕捉脉冲的幅度特征；脉冲频率特征信号WSO2接入控制器的PWM捕捉接口，获取脉冲周期、占空比和边缘时间戳。

如图3所示，当传感器为AK型轮速传感器，检测到脉冲幅度特征信号WSO1电压大于VH时，给频率特征信号WSO2的当前脉冲标记为速度脉冲,通过计算频率特征信号WSO2的2个速度脉冲之间的时间Tp计算轮速；2个速度脉冲之间的脉冲为数据协议位bit0～bit8，通过PWM捕捉，控制器解码，获取传感器的诊断信息；检测到WSO1电压大于VOC时,控制器发出低边开关关断信号，避免低边开关过热损坏。

如图4所示，当传感器为PWM型轮速传感器，由控制器程序根据脉冲频率特征信号WSO2的脉冲周期Tp计算轮速，正脉冲宽度tw识别轮速传感器诊断信息；检测到脉冲幅度特征信号WSO1电压大于VOC时,控制器发出低边开关关断信号，避免低边开关过热损坏。

自检信号发生电路生成的模拟脉冲信号，是模拟轮速传感器在电流采样电阻RS中流过的电流信号，分为高、中、低三种信号。由控制器的三个控制信号IL_TEST、IM_TEST、IH_TEST在不同时刻下分别控制三级管Q1、Q2、Q3的通断。当三级管Qx导通时，流过电流采样电阻RS的电流IS＝(VCC-VCE)/(Rx+RS)。其中三级管Qx为Q1、Q2、Q3中的一个，Rx为分别与三级管Q1、Q2、Q3连接的电阻R1、R2、R3的阻值，电阻R1、R2、R3的电阻值选取公式为Rx＝((VCC-VCE)/IS)-RS,(VCE,为三级管导通时发射级与集电极间电压)，选取Rx同时考虑IS的输出范围，选择合适电阻值。R1、R2、R3选取不同电阻值，分别模拟7mA.14mA,28mA电流。

自检电路控制流程：

首先通过HS_CTR信号关断高边开关，关断传感器电流，同时通过是否能够接收脉冲幅度特征信号WSO1信号确认是否关断成功；

根据传感器脉冲时序，通过IL_CTR、IM_CTR、IH_CTR信号控制模拟7mA,14mA,28mA电流信号发生；启动轮速采集程序，采集到基于模拟电流生成的脉冲幅度特征信号WSO1和脉冲频率特征信号WSO2；将控制器发出模拟的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2和其采集到的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2进行比对，若精度在一定范围内，电路自检成功，精度超过一定范围，输出接口电路故障警告。

实施例2：

可选的，如图5所示，当有多个轮速传感器时，对应设置有多个电路结构相同的信号采集电路，每个信号采集电路与对应的一个轮速传感器连接，每个信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端分别通过一个二极管与自检信号发生电路的输出端连接。

其中，本申请通过设置一个自检信号发生电路对应多个信号采集电路，以减少电路复杂性和减少控制器I/O的占空数量。

可选的，信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端连接在二极管的阴极，二极管的阳极与自检信号发生电路的输出端连接。

其中，本申请通过设置二极管，正常工作时隔离各传感器信号相互干扰。

本实施例2中，采用了一个共用的自检信号发生电路，以减少电路复杂性和减少控制器I/O的占空数量。在自检信号发生电路输出信号端，为每一路轮速连接一个二极管，正常工作时隔离各传感器信号相互干扰。

电阻R1、R2、R3电阻值选取公式为Rx＝((VCC-VCE-VF)/IS)-RS,(VCE,为三级管导通时发射级与集电极间电压；VF,二极管正向导通压降)，选取Rx同时考虑IS的输出范围，选择合适电阻值。R1、R2、R3选取不同电阻值，分别模拟7mA.14mA,28mA电流。

多路轮速自检电路控制流程：

步骤1:首先通过高边控制信号HS_CTR1～HS_CTRn和低边控制信号LS_CTR1～LS_CTRn关断所有高边开关和所有低边开关，关断传感器电流，同时是否能够接收脉冲幅度特征信号WSO1信号确认是否关断成功；

步骤2：打开第1通道低边开关控制信号LS_CTR1，根据传感器脉冲时序，通过IL_CTR、IM_CTR、IH_CTR信号控制7mA,14mA,28mA电流信号发生；启动轮速采集程序；采集到基于模拟电流生成的脉冲幅度特征信号WSO1和脉冲频率特征信号WSO2；将控制器发出模拟的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2和其采集到的脉冲幅度特征信号WSO1、脉冲频率特征信号WSO2进行比对，若精度在一定范围内，电路自检成功，精度超过一定范围，输出接口电路故障警告。然后关闭第1通道低边开关控制信号LS_CTR1。

步骤3：切换到下一通道，循环步骤2至第n通道。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路,其特征在于，包括：信号采集电路和自检信号发生电路，所述信号采集电路包括：高边开关、电流采样电阻RS、低边开关、轮速信号调理电路；

所述高边开关的一端与轮速传感器的电源输入端连接，所述高边开关的另一端与电源电压连接，所述高边开关的控制端与控制器连接，所述轮速传感器的信号输出端与低边开关的一端连接，所述低边开关的另一端与所述电流采样电阻RS的一端连接，所述电流采样电阻RS的另一端接地，所述低边开关的控制端与控制器连接，所述轮速信号调理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述轮速信号调理电路的输出端连接在控制器上，所述自检信号发生电路的输出端连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述自检信号发生电路的输入端连接在控制器上。

2.根据权利要求1所述的一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，其特征在于，所述轮速信号调理电路包括电压比较器和ADC前端处理电路；

所述电压比较器的正输入端为轮速信号调理电路的输入端并连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上，所述电压比较器的负输入端连接有基准电压，所述电压比较器的输出端连接在控制器上，所述ADC前端处理电路的输入端连接在低边开关与电流采样电阻RS的公共连接端上并与电压比较器的正输入端连接，所述ADC前端处理电路的输出端连接在控制器的ADC采集接口上。

3.根据权利要求1所述的一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，其特征在于，所述自检信号发生电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三级管Q1、三级管Q2和三级管Q3；

所述电阻R1的一端为所述自检信号发生电路的输出端并连接在轮速传感器与低边开关的公共连接端上，所述电阻R1的另一端与所述三级管Q1的集电极连接，所述三级管Q1的基极与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q1的发射极连接有电源电压，并与三级管Q2的发射极以及三级管Q3的发射极连接，所述三级管Q2的基极与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q2的集电极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上，所述三级管Q3的基极与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端连接在所述控制器上，所述三级管Q3的集电极与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端连接在轮速传感器与电阻R1的公共连接端上。

4.根据权利要求1所述的一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，其特征在于，当有多个轮速传感器时，对应设置有多个电路结构相同的信号采集电路，每个信号采集电路与对应的一个轮速传感器连接，每个信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端分别通过一个二极管与自检信号发生电路的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种具有自检功能的轮速传感器的接口电路，其特征在于，信号采集电路中的低边开关和与低边开关对应连接的轮速传感器之间的公共连接端连接在二极管的阴极，二极管的阳极与自检信号发生电路的输出端连接。