某載重汽車車速表設計分析

范維全

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽車車速表作為能實時顯示車輛行駛速度的設備，是汽車儀表最重要的組成部分；不僅國家標準對車速表的顯示與誤差有著明確的要求，隨著汽車電子技術的快速發展，越來越多的電子設備也加入到車速信號的需求中來，如中重卡的行車記錄儀等，在提高車速顯示和輸出的精度的要求同時，也給整車車速信號的匹配提出新的課題；本文重點介紹了一種多車速需求的車速檢測系統設計，以及基于電子式里程表傳感器的車速表設計、信號采集和處理邏輯分析。

1 車速檢測系統設計

車速表通過采集里程表傳感器輸出的脈沖信號，經儀表內部的單片機運算處理后，再驅動步進電機，用指針或LCD屏數字顯示當前車速。

1.1 車速傳感器信號

如圖1所示，傳感器采用雙信號回路（以正反脈沖形式）輸出的設計方式，車速表通過 3號腳采集車速脈沖信號；4號腳供行駛記錄儀等車速信號的采集使用，較傳統車速信號采集電路，接收車速信號的兩個控制器之間不再“連接”在一起，從而避免采集車速信號的兩個或多個控制器之間的干擾。

圖1 傳感器接口

1.2 車速表信號的采集

輸入端接車速里程表傳感器，100k的兩個電阻進行分壓，10k上拉電阻在外部接地時起到限流作用，主控芯片通常判斷0.7Vcc以上電壓為高電平，0.3Vcc以下的電壓為低電平，Vcc為主控芯片額定供電電壓（5V），因此芯片接收3.5V以上認為高電平。上拉電壓為12V，外部為懸空或高電平時進入單片機的電壓約是U=12×100/(100+100+10)=5.7V符合單片機對高電平的閥值要求。

圖2 車速表信號采集電路

由于車速傳感器發來的是一連串的脈沖信號，頻率是隨著車速的不同而變化的。當高、低電平信號交替發送時，進入主控芯片的也將是頻率不斷變化的脈沖信號，主控芯片通過判斷不同的頻率來指示不同的車速的。

1.3 車速信號的輸出

車速信號經過儀表內部處理運算或電路匹配，可以通過CAN總線輸出當前車速信號值，也可以通過電氣接口輸出原始的脈沖頻率信號或經過處理的脈沖信號。

圖3 儀表車速輸出電路

如圖3所示，三極管導通時，車速輸出信號為低電平，三極管斷開時，車速信號輸出為高電平；MCU_32交替控制三極管 T8的導通和斷開，從而實現不同的車速頻率信號的輸出；同時，由于通過了芯片的控制，確保了車速信號的精確性和穩定性。為整車其它控制系統的車速需求提供了依據。

2 車速信號運算處理

2.1 車速表處理邏輯

車速脈沖信號隨著車速變化頻率不斷發生變化，車速表主控芯片通過精確捕捉車速信號的上升（或下降）沿識別車速信號的頻率變化，信號變化時，指針將更新指示位置。為保證車速表指示的平順性，軟件中對車速表進行阻尼的設定。在一般的工作情況下，為了使指針平滑的轉動，儀表應該有合適的阻尼及很小的步距角，推薦步進電機步距角為1/12°。

圖4 車速信號處理邏輯

當車速信號斷開時間持續2s時，車速表指針將停在當前位置2s，然后指針回零。

2.2 車速表速比計算

根據《GB 7258機動車安全運行技術條件》中的規定，車速表指示車速V1(單位：km/h)與實測車速V2(單位：km／h)之間應符合下列關系式：

0≤V1-V2≤(V2/10)+4

理想狀態下，車速表上顯示的讀數應該與實測速度相等。根據速比的定義，計算公式：

PPK=[(k1/k2)×1000/ (2πR)]×P

PPK為車輛每公里脈沖數，k1為后橋主減速比，k2為變速箱蝸輪組件的傳動比，R為輪胎的滾動半徑，P為車速里程傳感器速比。

2.3 車速表顯示

計算公式：

V=3600f/PPK

V：實際車速（km/h）

f：車速信號的輸入頻率(Hz)

PPK：每公里脈沖數

結合國標對車速表的要求，該款儀表的車速表誤差設計要求為：

為了保證車速表具備一定的安全范圍，儀表的顯示車速按照經驗公式計算顯示：

表1

V'=V×1.03+1.2

V'：儀表指示值

V：儀表根據速比和采集脈沖計算值

2.4 錯誤處理

當接收里程傳感器發出的信號超出設定的最大值（1.5 kHz）后，指針將會移動到0位。當頻率信號重新有效之后，指針將根據指示速度移動到正確的位置。當接收里程傳感器發出的信號超出最大顯示值且在信號有效范圍內指針保持在最大刻度處。

2.5 車速表誤差

通過車速表計算公式可以看出，影響車速表最關鍵因素為PPK設定,而對于載貨汽車影響PPK最大因素之一就是輪胎的滾動半徑。但是，我們所使用的車輪并不是剛性的，也就是說，雖然在輪胎無載荷或整車出廠時，可以得到其準確的半徑和周長，但在輪胎裝上汽車及車輛在使用過程中，由于載荷的關系，輪胎會發生變形，輪胎的半徑減小，而在汽車開始運動后，輪胎由于受到行駛阻力的影響，還會進一步發生變形，輪胎的半徑還將進一步減小，由于輪胎半徑減小換算所得的車速就會偏小，而且車速越高，輪胎所受的阻力也會越太。發生變形也就越太，誤差也就會越大。同時，輪胎的類型、胎壓、溫度以及路面條件也都會影響車速表顯示結果。因此，現階段通過標定新車車速表誤差是保證車輛使用過程中準確性手段，但是并不能徹底消除車速表的誤差。

3 結論

本文介紹了一種采用電子式里程表傳感器車速檢測系統，通過采集電路的隔離設計及優化車速表的輸入和輸出信號的邏輯處理，保證了車速信號的精度和準確性，具有較好的推廣意義。

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