汽车车速信号采集与传输的方法 孙涛，叶金飞（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601）Summary：随着汽车电子化程度越来越高，车速信号应用的范围也越来越广泛通过特定的传感器产生与汽车车轮的转数成正比的脉冲信号，在汽车内部ECU 中，通过一定的公式计算采集到的脉冲数，来反算出车速车速信号被广泛的应用于导航系统、车道偏离系统、自适应巡航系统中，汽车车速的准确与否直接关系到汽车安全及可靠性Keys：脉冲信号；车速；ECUU467.4 ：A ：1671-7988(2015)06-68-03作者简介：孙涛，就职于安徽江淮汽车股份有限公司乘研院电气部引[来自www.Lw5U.coM]言汽车行驶速度的准确采集与显示，对于驾驶员及驾驶操作都有着至关重要的作用尤其是在当前汽车主动安全技术迅猛发展的同时，一些主动安全系统如车道偏离警示系统、自适应巡航系统等对汽车行驶速度有很大的关联性，同时还要及时准确地提供车速信号，才能保证这些系统正常工作当前已经很成熟的CAN(Controller Area Network，控制器局域网) 网络技术使得汽车各控制系统间及时的信息交互成为可能，但是信号的可靠性还需要一定的控制策略来支撑。
目前，汽车电控单元获取信号的途径主要有模拟信号和CAN数字信号两种形式例如，采集仪表车速信号的来源有两种途径，即由来自车速传感器的模拟信号：通过硬线来采集信号；或来自汽车的轮速传感器：防抱制动系统ABS(Antiblockier System) 将采集到的轮速信号根据既定策略换算成车速信号发送到CAN 总线，通过CAN 总线获取车速信号随着汽车CAN 总线技术的广泛应用，很多的仪表都挂接到了CAN 网络中，基本上都是通过CAN 总线来获取车速，然而这种获取车速信号的来源还是比较单一，控制策略比较脆弱，一旦车速传感器或者轮速传感器出现故障，必然带来很多潜在的风险1、车速计算的原理根据JIS 规格规定，车辆每行驶1km，机械式速度传感器要转637 圈这个规定是计算车速的基础但由于具体的车型和各主机厂的要求不同，每转一圈产生的脉冲数也不太一样，但多数采用2，4，8，16等便于计算机计算的脉冲数根据JIS规定，车速的数学计算表达式如下：式中：H为仪表车速脉冲输入信号的频率（HZ）；V为车速(Km/h)；n 为车速传感器每转一圈，产生的脉冲信号个数；N2 为车速为60km/h 时，车速传感器的转数（rmp）。
假设江淮某一车型车速传感器每转一圈，产生2 个脉冲信号；由于637rpm 是1km距离产生的，那么在一分钟内要车速传感器转637rmp，此次的车速表显示应该是60km/h即车速脉冲值为637×2＝1274 转/分钟则每秒脉冲数，即频率为1274/60=21.23Hz由于车速传感器不是安装在轮胎最外侧，所以当时速为60km/h时，车轮转数也会随着车轮大小不一样一般尺寸为215/45R17(普利斯通REGNO)轮胎直径626mm（那么时速60km/h 时，轮胎的转速是(60*1000/3600)/(3.14*0.626)=8.48转/秒那么相对于车轮每转一圈，产生21.23/8.48=2.5个脉冲这才是和实际车速有关系的数据2.5/2=1.25 这个值是各主机厂在新车推出时规定好的，轮胎半径和车速传感器所安装位置的半径的一个比值根据二者角速度相同，用车速传感器的线速度来代替实际轮胎的线速度2、两种典型的车速架构根据车速信号获取的来源不同，在车速设计时，通常有两种典型的车速架构，一种是利用传感器检测发动机特定轴上的转速信号换算成车速值，经过降频以后给各个模块使用，这一类型一般应用于低端车型上；另一种通过ABS检测四轮轮速传感器信号，将采集的值利用预设的公式转化为车速值，发到CAN网络上给其他模块使用。
2.1 车速传感器获取车速车速传感器一般位于汽车变速箱上，检测特定轴的转速来获取车速信号如江淮某一车型车速信号由变速箱上的车速里程表传感器发出，车速信号经过频率转化模块降频后发到仪表中，仪表一方面自己使用；另一方面被降频后的车速信号发送到CAN总线，供BCM、导航主机等使用由于ECU不上网络，车速硬线输入到ECU中前期，由于频率转化模块安装在变速箱下侧，无固定，此处环境较恶劣，受水、油、石子冲击，振动，容易发生故障，造成里程表失效的风险通过对故障件进行分析发现，频率转化模块插件处进水是导致失效的主要因素，鉴于频率转化模块安装环境恶劣，将频率转化模块集成在仪表中，未降频的里程表信号输入给仪表，仪表降频后自己使用并输出给BCM和ECU2.2 ABS获取车速动力总成不同，车速来源也不相同，如某4GB2 车型从变速箱“车速传感器”取得“车速”（脉冲信号）；某4GA5车型从ABS 取得“车速”（脉冲信号）；另一种4AT 车型从CAN网络上取得“车速”（数字信号）不同的车速来源造成车速的基准值不同，与之匹配的车身控制器、导航主机、胎压监测模块等都要设计对应PPK值的产品状态，仅因为车速信号的不同造成零部件状态的复杂性。
因此，大多数主机厂采用ABS提供车速信号输出，车速信号脉冲频率为5倍实际车速MT车型仪表从ABS取车速信号（脉冲信号），仪表通过硬线做1:1转发给车身控制器，通过CAN 网络将车速（数字信号）转发给导航主机、胎压监测模块AT 车型通过仪表从CAN网络取车速（数字信号），再通过硬线将车速（5倍实际车速频率）转发给车身控制器通过CAN将车速（数字信号）转发给导航主机、胎压监测模块CVT 车型ABS 采集四轮轮速信号后计算得出车速信号后发送到CAN网络上，各模块读取网络上的车速信号，MP5与TPMS通过导线并接到ICM上由于MT与CVT用的同一个ABS，根据PEPS 的需求，钥匙关闭后ABS 要持续发10 分钟的信号，用于PEPS 监控车速的信号，对于CVT 带PEPS 车型与MT 带启停功能的车型要想做到统一，必须分析10分钟的延时耗电是否对启停系统产生影响2.3 车速信号的基准往往在实际应用过程中，会出现显示车速大于实际车速的情况当汽车轮胎胎压不足或在使用过程中由于磨损，其半径逐渐减小而车速表的信号与车轮转速同步，并不知道车轮半径已经改变故同样的实际车速下，车速表指示的速度比过去要高车速表内步进电机故障，存在丢步现象。
GPS测速相比较车速表，受干扰的因素少，准确性和稳定性更有保障，但略有延迟事实上，车速表速度常常比GPS速度略高，这是因为国家标准《机动车运行安全技术条件》（GB7258-2004），4.12规定了车速表指示误差的范围（单位：KM/H）：0 ≤（指示车速-实际车速）≤（实际车速/10 + 4）因此，只要是的合格车速表，显示速度是不会低于实际车速的；而随着轮胎的磨损，显示车速和实际车速相比会越来越高3、汽车车速信号安全传输系统随着汽车电子化程度越来越高，建立一种汽车车速信号安全传输系统显得尤为重要该系统包括：车速里程传感器、轮速传感器、出租车计价器、ABS、TCU、车身控制模块、泊车辅助模块、导航主机、TPMS、组合仪表单元和网关；当传感器输出信号出现故障时，仪表会根据设定的优先级进行采集车速信号，并根据传感器出现故障的情况，选择预设的车速计算公式得出车速值该系统包括高低速网络：动力CAN(Power train CAN)网络和车身CAN（BodyCAN）网络，仪表作为车速信号的“中转站”，各控制模块在总线上读取车速信号，同时仪表预留硬线输出车速信号，满足改装车领域对车速的需求3.1 车速获取优先级轮速传感器通过硬线接至ABS 中，组合仪表模块ICM优先采集ABS 提供的车速信号，用于车速的显示和里程计算；当轮速传感器出现故障，ABS不能够提供车速信号时，ICM 采集变速箱控制模块TCU 提供的车速信号。
当ABS和TCU 均不能够提供车速信号时，ICM 采集车速传感器的车速信号当车辆为出租车时，计价器直接从仪表硬线接受车速信号3.2 车速信号来源当点火开关打到ON档时，组合仪表单元确认ABS发出的车速信号正常时，组合仪表单元ICM会去比较组合仪表单元发出的车速信号VS_ICM 和防抱死制动模块ABS 发出的车速信号VS_ABS，当组合仪表单元判断VS_ICM>VS_ABS时，组合仪表单元ICM 会将VS_ICM作为当前车速来显示，否则会将VS_ABS 作为车辆当前行驶速度来显示当点火开关打到ON档时，组合仪表单元确认ABS发出的车速信号失效时，组合仪表单元ICM会主动去检测来自所述动力CAN 总线的车速信号VS_TCU ；当组合仪表单元判断VS_ICM>VS_TCU 时，组合仪表单元ICM 会将VS_ICM作为当前车速来显示，否则会将VS_TCU 作为车辆当前行驶速度来显示当点火开关打到ON 档时，组合仪表单元确认ABS 及TCU 发出的车速信号失效时，会把车速里程传感器发出的车速信号作为当前车速显示当组合仪表单元确认ABS、TCU 发出的车速信号失效时，组合仪表单元会去确认车速里程传感器的工作状况，当车速里程传感器确实出现故障，将车速信号故障通过声光及文字提示在组合仪表单元相应区域。
3.3 车速信号的处理汽车防抱制动系统ABS根据四轮硬线输入的轮速信号，利用预设的车速计算式，计算得到汽车当前的车速汽车ABS 发出的轮速CAN信号中包括各个车轮的轮速和轮速有效信息目前，汽车一般有四个车轮，分别为左前轮、左后轮、右前轮、右后轮，则相应的轮速分别为左前轮轮速、左后轮轮速、右前轮轮速、右后轮轮速组合仪表通过ABS发出的轮速CAN信号中的有效信息位，来判断四个轮速是否有效当四个轮速信号全部有效时，后驱车型为左后、右后轮速平均值；前驱车型为左前、右前轮速平均值；当有一个轮速信号失效时，判断为右后失效，后驱车型为左后、右前轮速平均值；前驱车型为左前、右前轮速平均值判断为左后失效时，前驱车型为左前、右前轮速平均值；后驱车型为左前、右后轮速平均值当有两个轮速信号信号失效后，将未失效的两个轮速信号平均值作为当前车速显示当有三个轮速失效后，将未失效的轮速信号作为当前车速显示当四个轮速均失效时，利用预设的优先级在总线上判断TCU发出的车速信号的有效性4、结束语通过汽车车速信号安全传输系统的建立，使得各控制模块通过CAN 总线来安全地、可靠地实现模块之间车速信号的传输与交互当车速里程传感器以传统的导线方式输出信号出现故障时，ABS会根据自身采集到的轮速信号计算出实时车速并发送到CAN 总线上。
此时，其它相关节点就不会出现因丢失车速信号而大量的报出故障，也无需记录更多的故障码这样一来就可以保证相关控制策略的正常实施，在一定程度上提高道路行车安全为驾乘人员提供安全保障Reference[1] 郑太雄.汽车ABS参考车速的确定方法，汽车技术，201003.[2] 刘相.汽车车速的计算和优化, 西部汽车产业学术论坛，2011.[3] 苗斌.新型汽车车速里程表信号采集与处理研究, 汽车电器，2014年08. -全文完-。