汽车动态稳定装置中的车速测量

文章编号：１００２－４５８１（２００７）０２－００３３－０４

汽车动态稳定装置中的车速测量

周宇１，肖志华２，常桂秀１，潘开广

１

ＺＨＯＵＹｕ１，ＸＩＡＯＺｈｉ－ｈｕａ２，ＣＨＡＮＧＧｕｉ－ｘｉｕ１，ＰＡＮＫａｉ－ｇｕａｎｇ１

（１．长沙理工大学，湖南长沙４１００７６；２．湖南南县职业中专

湖南益阳

４１３２００）

摘

要：汽车的ＡＢＳ、ＡＳＲ、ＥＳＰ等是改善汽车主动安全性的重要装置。而瞬时车速，是计算汽车滑移率不可缺少

的重要参数。文中介绍了３种测量车速的常规方法，并分析了各自的优缺点。同时介绍了几种比较新颖的车速测量装置，从中可以了解国内外在这方面的动态。

关键词：车速；安全；传感器

中图分类号：Ｕ４６７．４＋９１

文献标识码：Ａ

０时齿圈相当于一个集磁器，由齿圈旋转引起穿过前言

霍尔元件所产生的感应磁场Ｂ发生变化，从而输汽车ＡＢＳ（Ａｎｔｉ－ｌｏｃｋＢｒａｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、ＡＳＲ

出矩形波脉冲信号，该信号可作为仪表和ＥＣＵ（ＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＳｋｉｄＲｅｓｔｒａｉｎｔ）、ＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

的车速里程信号。其每转的脉冲数等同于磁体上ＳｔａｂｉｌｉｔｙＰｒｏｇｒａｍ）等等是改善汽车主动安全性

的磁对极数。通常齿圈旋转１周输出为８个脉的重要装置。在这些车辆动态稳定性装置中，大冲。霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元多数都是基于车轮滑移率来进行电子控制的，而件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压ＵＨ放车轮的滑移率必须在确定参考车速以后才能求大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后出。在制动过程中，车速的正确计算是ＡＢＳ的控输出幅值相等、频率变化的方波信号。这样，通过制基础。目前公开的参考车速确定方法均以大量在单位时间内算出方波信号的个数，就可以得到的试验数据为基础，各个厂家有各自的方法，本车速［

１］

。

文就参考车速的确定做了初步探讨。

霍尔式车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有工作电压范围广、对磁场敏感１使用车速传感器

度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等优点，因而得到了广车速传感器一般有霍尔式车速传感器、磁电

泛应用。但霍尔式车速传感器的缺点是：距离受式车速传感器、光电式车速传感器几种。其中用磁场强度的影响及检测体接近方向的影响，有可得最广泛的是霍尔式车速传感器。

能出现２个工作点，固定时不允许使用铁质材霍尔式车速传感器主要由齿圈、霍尔元件、料，在实际测量过程中，特别是在制动过程中误永久磁铁和电子线路等组成，它的工作过程是：差还比较大。

当变速箱运转时，与之相耦合的传感器的轴也随磁电式车速传感器是一个模拟交流信号发之旋转，与传感器轴一体的磁体也同步旋转，永生器，它们产生交变电流信号，通常由带２个接久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向触发齿圈，这

线柱的磁芯及线圈组成。这２个线圈接线柱是传

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・汽车动态稳定装置中的车速测量・

感器输出的端子，当由铁质制成的环状翼轮（有时称为磁组轮）转动经过传感器时，线圈里将产生交流电压信号。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。输出信号的振幅（峰对峰电压）

与磁组轮的转速成正比

（车速），信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。传感器磁芯与磁组轮间的气隙大小对传感器的输入信号的幅度影响极大，如果在磁组轮上去掉一个或多个齿就可以产生同步脉冲来确定上止点的位置。这会引起输出信号频率的改变，而在齿减少时输出信号幅度也会改变，发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发点火时间或燃油喷射时刻的。

光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器，它由带孔的转盘、２个光导体纤维、１个发光二极管、１个作为光传感器的光电三极管组成。１个以光电三极管为基础的放大器为发动机

输出的基准振荡电压经多普勒校正后加到相干检波器，与中频放大器输出信号比较，检出多普勒频率分量，然后经视频放大、梳状滤波后分别进行速度、距离处理。速度处理电路由峰值检波器检出回波信号的包络，然后与直流电压比较形成与包络同频率的方波，用方波的微分脉冲作为速度计数器的计数脉冲，并与计算机送来的启动、停止脉冲配合产生速度数据。距离处理电路由推挽检波器将第１梳状滤波器输出的信号变为正极性的视频脉冲群，再经过第２梳状滤波器选出回波信号的脉冲重复频率谐波分量，形成等幅回波脉冲序列，并作为停止计数脉冲与计算机送出的启动脉冲和计数时钟脉冲一起加到距离计数器产生距离数据。产生距离数据后通过计算脉冲的时间就能够

［

得到汽车的瞬时车速了

２］

。

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控制电脑或点火模块提供足够功率的信号，光电三极管和放大器产生数字输出信号（开关脉冲）。发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源，进而触发光电三极管和放大器，使之像开关一样地打开或关闭输出信号。

从示波器上观察光电式车速传感器输出波形的方法与霍尔式车速传感器完全一样，只是光电传感器有一个弱点即它们对油或赃物在光通过转盘传递的干涉十分敏感，所以光电传感器的功能元件通常被设计成密封得十分好，但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域，这会引起行驶性能问题并产生故障码。

图１

汽车多普勒测速系统框图

多普勒测速是主动式的测速，精度高且抗干扰能力强。但它要发射电波，工作装置比较复杂，价格比较昂贵。此外，它的工作性能与反射面的形状有关，在某些特殊的路面如沼泽、泥潭等会因为反射性不好会降低性能甚至失效，而这些路面恰好又是ＡＳＲ要起作用的工况。

２使用多普勒雷达

汽车多普勒测速系统的组成如图１所示。发

３车速分析

目前，大部分的汽车厂家都采用以轮速来计

射部分由脉冲调制器和磁控管振荡器组成，通过收发开关发射高频调制脉冲，反射信号通过收发开关进入混频器２，与稳定本振信号混合产生中频脉冲并送入中频放大器进行放大。由稳定本振和高频锁相脉冲经混频器１混频后的中频锁相脉冲锁定中频相干振荡器的相位。由中频相干振荡器

算车速的方法。目前公开的参考车速确定方法均以大量的试验数据为基础，各个厂家有各自的方法，文中对参考车速的确定方法做了初步探讨。

制动时整车力学分析：

不失一般性，对制动车辆作如下假设：（１）车身左右对称。

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（２）忽略空气阻力，车轮滚动阻力，紧急制车轮角减速度可求时，已知车轮制动压力函动时断开动力传递，如图２所示，图中Ｎｆ为前轴数Ｐ（ｉｔ），由式（７）可求车轮的地面制动力Ｆｂｉ，由地面法向反力；Ｎｒ为后轴地面法向反力；ｍｄｖ／ｄｔ式（４）可得整车的减速度ｄｖ／ｄｔ。制动时的车速：

为整车惯性力；ｍ为整车质量；ｈｇ为车重心高；Ｌ为轴距；Ｌ车速ｖ由下式给出：ｖ＝ｖ０－ｆ为重心至前轴距离；Ｌｒ为重心至后轴!ｔ

ｄｖ

０

ｄｔ×ｄｔ（８）

距离；Ｆｂｉ为各车轮地面制动力。

式中，ｖ０为车速初值［

３］

。

以上是以轮速来计算车速，在实际产品中，各大汽车厂商又以此为基础，发展了不同的算法。主要的有最大轮速法、斜率法、综合法等等。

前人在参考车速的确定方法上做了很多研究工作，首先提出的是最大轮速法。该方法是在汽车制动防抱调节过程中，把所采集的４个车轮轮速的最大值作为参考车速。优点是无须路面识

图２

整车受力示意图

别，缺点是所确定的参考车速由于受到轮速调节（３）车身力学方程如下：

的影响，与实际车速偏差较大，导致滑移率计算

Ｎｆ＋Ｎｒ＝ｍｇ

（１）误差较大。这种方式不能确定最大轮速的车轮的ＮｆＬ＝ｍｇＬｒ＋ｍｄｖ／ｄｔｈｇ（２）运动状态，不适用于高选和低选控制方式及弯道Ｎｆ!ｆ＋Ｎｒ!ｒ＝ｍｄｖ／ｄｔ（３）的制动控制。

ｍｄｖ／ｄｔ＝６Ｆｂｉ

（４）

斜率法是通过对大量试验数据的分析处理，式中：!确定车辆在各种制动工况下所能达到的平均减ｆ为前轮路面附着系数；!ｒ为后轮路

面附着系数。

速度。以此为依据，在ＡＢＳ控制过程中，采集制车轮模型：

动初始速度ｖ０，进行路面状况和制动工况识别车轮模型如图３所示。其中：Ｊ后，确定车辆减速度ａ，根据公式ｖｔ＝ｖ０－ａｔ实时计ｉ为车轮转动惯量；设ｄωｉ／ｄｔ为各轮角减速度；Ｍ算速度值作为参考车速。该方法的优点是：若参ｂｉ为制动器的制动力矩。

数ｖ０和ａ确定准确，参考车速可较好逼近实际车速。缺点是自适应性较差，若初速度采集误差较大或斜率值选取不当，参考车速计算误差很大。在对接路面上，不能应用这种方法。

综合法是用最大轮速法和斜率法分别实时计算车速，选取大者作为参考车速。该方法具有斜率法和最大轮速法的优点，不用设定初始速

图３车轮力矩示意图

度，具有很好的稳定性和精度，但仍存在着需要

Ｊｉ×ｄωｉ／ｄｔ＝Ｍｂｉ－ＦｂｉＲ

（５）

路面识别确定车身减速度的缺点，自适应能力较对于有稳定压力源的制动系统，在系统结构差。在应用过程中，仍无法较为准确地计算车体和调压方式确定的情况下，制动轮缸等效压力函速度，从而不能较好地控制车轮滑移率。

数Ｐ（ｉｔ）可确定，车轮制动力矩Ｍｂｉ通常与轮缸这３种最常见的算法各有各的优缺点，并且制动压力Ｐ（ｉｔ）成正比，系数Ｋｉ为制动力矩系使用得比较广泛。同时，一些学者提出基于卡尔数，由结构决定。

曼滤波方法（递推滤波）的参考车速计算方法，

Ｍｂｉ＝Ｋｉ・Ｐ（ｉｔ）

（６）由于受到车轮———路面模型准确性的影响，在实

Ｆｂｉ＝（－Ｊ・ｉｄωｉ／ｄｔ＋Ｋｉ・Ｐ（ｉｔ））／Ｒ

（７）

（下转第３９页）

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・轻型载货汽车垂直振动有限元分析・

表２

改进前后各阶固有频率和振型

原结构改进后阶数频率（Ｈｚ）模态振型频率（Ｈｚ）模态振型１７．９２１２车架扭转７．８５８０车架扭转２１３．７０６货箱侧挡板弯曲１３．７０６货箱侧挡板弯曲３１４．５５５车架横向弯曲１４．５４４车架横向弯曲４１８．０７８货箱前挡板弯曲１９．３０６货箱前挡板弯曲５３０．７２８货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲３０．７００货箱前挡板弯曲６３３．２９９货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲３３．３６０货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲７３３．９９３货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲３４．２３２货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲８３４．７２８货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲３４．８７７货箱前挡板弯曲＋车架垂直弯曲９３５．７４６车架垂直弯曲３８．７２２车架垂直弯曲１０４１．０５５车架扭转４６．０３５车架扭转１１４９．９８５车架扭转４９．９８１车架扭转１２５５．６２３货箱前挡板局部振动５５．６２３货箱前挡板局部振动中，对货箱建模而非集中载荷代替会有更好的精机械设计与制造，２００５，４．

度。增加衬梁的方案对于轻型载货汽车垂直振动［２］吴宪，王攸，陈昌明．新型燃料电池车车架模态分析大的问题是有效和实用的。利用有限元方法和模［Ｊ］．上海汽车，２００４，４．

态分析技术为结构设计提供了理论依据，大大缩［３］高云凯，吴淑杰，钟立明．轻型货车横向振动分析与控制［Ｊ］．中国公路学报，２００１，７．

短了研发周期，并为后续相应车型的研发奠定了［４］周孔亢，陈龙，周国新．车架货箱对车架强度影响的研基础。

究［Ｊ］．机械工程学报，１９９６，１０．

［５］潘公宇．卫修敬．发动机—车架系统振动特性［Ｊ］．拖拉参考文献

机与农用运输车，１９９５，３．

［１］张胜兰，严飞．基于ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ的车架模态分析［Ｊ］．

收稿日期：２００６－１２－１１

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第３５页）

际应用过程中效果不是很好。

参考文献

４小结

［１］

林绍华．霍尔传感器原理及在车速传感器中的应用

［Ｊ］．轻型汽车技术２００３，（１２）．

由于车速测量在汽车安全行驶中的极度重

［２］张大彪，尤明福．汽车多普勒测速系统［Ｊ］．汽车电器，

要性，特别是在启动和刹车时的瞬时车速对于

２００１，３．

ＡＳＲ系统和ＡＢＳ系统的工作都有很重要的指导

［３］吴诰珪，等．汽车防抱制动系统制动时的车速计算［Ｊ］．意义。因此，各国各大汽车厂商都加紧在这方面华南理工大学学报．

［的研究，本文论及了一般的车速确定方法，在实４］陈照章，杨正林．新型非接触式车速仪的研制［Ｊ］．农业机械学报．

际中，往往通过传感器或者多普勒雷达的信号，［５］《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册—试验篇采取该厂家最信赖的算法进行确定。本文着重分［Ｍ］．人民交通出版社，２００１．

析了几种测量和计算中的优缺点，对于应用有一定的指导意义。

收稿日期：２００６－０９－２７

《北京汽车》２００７．Ｎｏ．２－３９－

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车