汽車檢測實驗裝置中車速信號的模擬研究

單 仲，閻文兵

（天津職業技術師范大學汽車與交通學院，天津 300222）

汽車檢測實驗裝置常常需要車速信號，而車速傳感器產生的信號需要電機驅動信號盤旋轉產生，這一方面造成成本的提高，另一方面也占用較大空間，造成資源和能源的浪費。因而，需要開發一種能在汽車檢測實驗裝置沒有電機的情況下向汽車ECU發送模擬車速信號的裝置，來保證汽車速度通道和各項相關設備系統的正常運行。

目前，現有的信號發生裝置成本較高、體積較大，安裝和攜帶不方便。為了解決這一矛盾，本文采用TTL（Transistor-Transistor Logic邏輯門電路）集成施密特觸發器構成多諧振蕩器，將其觸發的脈沖信號代替車速傳感器信號傳給汽車ECU，并且在多諧振蕩器電路中接入可調電位計，通過調節電位計電阻的大小即可改變脈沖信號的頻率，從而改變模擬車速的大小。

1 施密特觸發器

施密特觸發器是一種電平觸發器，可以有效地將緩慢變化的信號整形為邊沿陡直的矩形波，適應于數字電路需要的矩形脈沖，且具有回差電壓，所以抗干擾能力較強[1]。集成TTL施密特觸發器的電路結構與邏輯符號如圖1所示，實質上是一個具有滯后特性的反相器，與TTL反相器相比，主要差別在于中間多了一個滯后特性形成電路。

設輸入為Vi三角波，如圖2所示。當Vi為0時，D1導通，P1點為低電平，從而T1截止，T2飽和導通，P4點為低電平，T3、D2、T4及T6截止，輸出V0為高電平。

當Vi不斷上升時，P1點電位也隨之不斷上升。但由于T2深度飽和，P3點的電位，VP3=IE2R4，在Vi未上升到VT+=IE2R4（或VP1=0.7V+IE2R4）之前，T1始終處于截止狀態，電路輸出維持為高電平（IE2大于T2飽和電流）。

若Vi繼續上升到Vi=VT+=IE2R4，此時會產生如下的正反饋過程：

使T1飽和、T2截止，VP4為高電平，T3、D2、T4和T6導通，輸出V0為低電平。當輸入信號Vi上升到大于VT+后開始下降，在下降到VT+時，電路將仍然輸出低電平。這是因為此時T1管飽和導通，P3點電位VP3=IE1R4（IE1為T1飽和電流），由于T1管集電極電阻R2大于T2管集電極電阻R3，所以IE2﹥IE1。因此Vi降到VT+時，仍能維持T1導通、T2截止，電路輸出仍為低電平。

當Vi下降到Vi=VT-=IE1R4并使T2退出截止時：

使T1截止，T2飽和，電路輸出為高電平。

2 多諧振蕩器

多諧振蕩器又稱無穩態電路，主要用于產生各種方波或時鐘信號。多諧振蕩器的特點是：沒有穩定狀態，而只有2個暫穩態；不需要外加觸發信號，在接通電源后就能使2個暫穩態自動地、周期性地交替轉換，從而形成周期性的矩形脈沖[2]。

利用施密特觸發器可以構成多諧振蕩器[3]，如圖3所示。

圖3（a）電源接通瞬間，電容C上的電壓為0 V，輸出V0為高電平，這時電容C充電，Vi上升。Vi上升到VT+時，觸發器翻轉，輸出低電平，電容C開始放電，Vi下降，當Vi下降到VT-時，電路又發生翻轉，輸出為高電平。如此循環。輸入、輸出波形如圖3（b）所示。

集成施密特觸發器屬于TTL型的有74LS14等，屬CMOS型的有CD40106等。

3 車速信號的模擬

本研究開發的車速模擬信號發生裝置用于“LS430空氣懸架及電動助力轉向模擬測試系統”。LS430為雷克薩斯公司的一款車型。車速信號在該車的電控空氣懸架系統和電動助力轉向系統中非常關鍵，當電控懸架系統和電動助力轉向系統收不到車速信號時，系統不能正常工作，因而，需制作車速模擬信號以保證系統的正常運行。

由于不同車型頻率和車速的對應關系是不一致的，為了能將制作的模擬速度信號裝置與車型相匹配，需要預先對該車型的速度信號進行數據采集，了解頻率和車速的大致對應關系。通過數據采集和分析，LS430車速與頻率的對應關系為：f=6.685v（f為頻率，v為車速）。通過頻率與車速的線性關系可以發現，多諧振蕩器的頻率區間能滿足檢測要求。本研究選取電子元器件設計電路并進行實物制作，如圖4所示。

在電路中接入二極管以加快脈沖觸發過程，接入光耦合器以提高脈沖信號的可靠性和準確度[4]，其中R1=200 Ω，R2=200 Ω，R3=1 kΩ，R0的最大阻值為4.7 kΩ，C=100 μF。通過調節R0的大小即可改變脈沖信號的頻率，從而改變車速大小。

4 實驗驗證及結論

用12 V蓄電池給LS430車速信號觸發裝置圖4（b）供電，將其信號線接入LS430電控懸架ECU的FR0端子（該端子用于車速信號輸入），用汽車診斷儀（元征X431）讀取動態車速數據流并用汽車分析儀測試其波形圖，實驗結果波形如圖5所示。

本文分析了施密特觸發器和多諧振蕩器的工作原理，根據其工作原理制作出了車速模擬觸發信號裝置，并將此裝置在“LS430空氣懸架及電動助力轉向模擬測試系統”上做了分析和檢驗。實驗結果表明，該模擬信號能夠代替車速信號被LS430車型的懸架系統所識別。

［1］王芳榮，王鼎，王麗華，等.汽車電工電子技術［M］.北京：清華大學出版社，2009.

［2］馬茵.基于Multisim10的多諧振蕩器的仿真分析［J］.價值工程，2011（2）：201-202.

［3］何香玲.多諧振蕩器的研究與仿真［J］.電子技術，2009（2）：53-56.

［4］閻石.數字電子技術基礎［M］.5版.北京：高等教育出版社，2007.