車速信號處理電路圖和工作原理講解

在這半年時間內(nèi)，我除了負(fù)責(zé)一個智能接線盒產(chǎn)品的研發(fā)工作，還承擔(dān)了一個非常重要的工作-福x系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的翻譯以及解釋。

我從網(wǎng)上查詢了大量的專業(yè)術(shù)語解讀以及可靠性設(shè)計(jì)相關(guān)的資料。

惡補(bǔ)了讀研期間荒廢了的電子電路知識。

還于每天早上召集同事舉辦學(xué)習(xí)角，一同探討規(guī)范的要點(diǎn)。

付出就有回報，我的電子電路的設(shè)計(jì)以及可靠性設(shè)計(jì)能力得到了突飛猛進(jìn)的提升。

一天，我的領(lǐng)導(dǎo)找到了我，說是給x汽提供的BCM的車速檢測出現(xiàn)了問題，

可能是在溫度比較高時，無法檢測到車速，從而導(dǎo)致20km自動上鎖的功能出現(xiàn)了異常。

他把電路圖發(fā)給了我，讓我按照Ford SDS做一次深入徹底的分析。

車速信號處理電路圖

我采用WCCA(worst case circuit analysis，最壞情況電路分析）結(jié)合Fxxx SDS和Nxxxxx SDS從以下幾個方面進(jìn)行了考慮：

1）考慮初始、環(huán)境、老化三方面導(dǎo)致的公差：5%精度的電阻R47、R50、R51其阻值范圍在-10%~+10%之間。

電解電容EC13的容值范圍為-30%~+30%。

三極管Q17的BE極最小導(dǎo)通電壓為0.3V，BE最大導(dǎo)通電壓為0.9V，C極和B極之間電流的最小放大倍數(shù)為30。

2）車速信號為PNP輸出的高邊信號，高電平為汽車的電瓶電壓-PNP三極管的CE極導(dǎo)通電壓，典型值為12.0V，最小值為8.0V。當(dāng)輸入高電平為8.0V-1.2V=6.8V時，Q17的BE極電壓還能否大于0.9V，使得BE極在極限情況下仍然能導(dǎo)通。

輸入為高電平時，Q17的BE極和最小電壓

由上式可見，當(dāng)輸入為高電平時，Q17的BE極最小電壓為1.01V，略大于其最大導(dǎo)通電壓0.9V?？梢宰孮17的BE極可靠導(dǎo)通。

輸入為高電平時，三極管Q17能否可靠處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，根據(jù)下式算出在BE極導(dǎo)通時Q17的CE極之間的最低電壓。

Q17的CE極電壓

由上式可見，輸入為高電平時，Q17在極限情況下可以飽和導(dǎo)通。

當(dāng)輸入為低電平時，三極管Q17能否可靠處理截止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)SDS，低電平最高輸入的最高電壓為1.8V(Nxxxxx SDS)，此時有：

輸入為低電平時，Q17的BE極電壓

由于Q17的BE極的最大電壓大于最小導(dǎo)通電壓，在極限情況下，可能存在輸入低電平時，Q17不能處理截止?fàn)顟B(tài)的風(fēng)險。應(yīng)該適當(dāng)再減小R50的阻值。

5）電容EC13對車速脈沖信號的濾波影響。我從充放電方程做了非常復(fù)雜的分析，如下：

考慮到速度信號為方波信號，在速度信號的上升沿，Q17 B極電壓由下式確定：

假設(shè)高電平時間為，低電平時間為，對于連續(xù)的速度脈沖，上升沿電壓可以表示為：

如果占空比為50%，則能測量的最高頻率的典型值為32Hz.

如果占空比為50%，則能測量的最高頻率的最大值為184Hz.

如果占空比為50%，則能測量的最高頻率的最小值為7.5Hz。

一般尺寸的 215/45R17 輪胎直徑 600mm。那么時速 60km/h 時，

輪胎的轉(zhuǎn)速是 (601000/3600)/(3.140.6)=8.84 轉(zhuǎn)/秒。

所產(chǎn)生的脈沖的頻率是8.84Hz，而該電路極限情況下所能檢測的頻率為7.5Hz。

可能在極限情況下，比如高溫條件下，電容容值增大（印象中電容的容值是正溫度系數(shù)的參數(shù)），將導(dǎo)致無法檢測60km/h的速度。

要注意的是，我們這里推導(dǎo)的是在占空比為50%的情況，由于年代久遠(yuǎn)，我沒有找到車廠提供的車速規(guī)格，實(shí)際上，記得應(yīng)該占空比應(yīng)該在30%左右，這樣可能就會導(dǎo)致極限情況下連20km/h的速度也無法被檢測，進(jìn)而導(dǎo)致20km自動上鎖的功能失效。

根據(jù)上面分析，我指出了這個電路的主要問題，

1） 電容EC13的阻值過大，應(yīng)該適當(dāng)減小，不能單純通過硬件濾波來避免干擾的影響，應(yīng)該選擇合適的濾波器件參數(shù)結(jié)合軟件濾波來避免干擾。

2） 根據(jù)SDS規(guī)定，這種數(shù)字信號，為了抗干擾加入的濾波電容也引起的上升和下降沿應(yīng)該小于10%的脈寬，可以根據(jù)這一要求選取合適的數(shù)值。

3） 并在Q17的BE極兩端的電阻可以適大減小，避免輸入為低時不能可靠截止。

審核編輯：湯梓紅