某载重汽车车速表设计分析

范维全

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽车车速表作为能实时显示车辆行驶速度的设备，是汽车仪表最重要的组成部分；不仅国家标准对车速表的显示与误差有着明确的要求，随着汽车电子技术的快速发展，越来越多的电子设备也加入到车速信号的需求中来，如中重卡的行车记录仪等，在提高车速显示和输出的精度的要求同时，也给整车车速信号的匹配提出新的课题；本文重点介绍了一种多车速需求的车速检测系统设计，以及基于电子式里程表传感器的车速表设计、信号采集和处理逻辑分析。

1 车速检测系统设计

车速表通过采集里程表传感器输出的脉冲信号，经仪表内部的单片机运算处理后，再驱动步进电机，用指针或LCD屏数字显示当前车速。

1.1 车速传感器信号

如图1所示，传感器采用双信号回路（以正反脉冲形式）输出的设计方式，车速表通过 3号脚采集车速脉冲信号；4号脚供行驶记录仪等车速信号的采集使用，较传统车速信号采集电路，接收车速信号的两个控制器之间不再“连接”在一起，从而避免采集车速信号的两个或多个控制器之间的干扰。

图1 传感器接口

1.2 车速表信号的采集

输入端接车速里程表传感器，100k的两个电阻进行分压，10k上拉电阻在外部接地时起到限流作用，主控芯片通常判断0.7Vcc以上电压为高电平，0.3Vcc以下的电压为低电平，Vcc为主控芯片额定供电电压（5V），因此芯片接收3.5V以上认为高电平。上拉电压为12V，外部为悬空或高电平时进入单片机的电压约是U=12×100/(100+100+10)=5.7V符合单片机对高电平的阀值要求。

图2 车速表信号采集电路

由于车速传感器发来的是一连串的脉冲信号，频率是随着车速的不同而变化的。当高、低电平信号交替发送时，进入主控芯片的也将是频率不断变化的脉冲信号，主控芯片通过判断不同的频率来指示不同的车速的。

1.3 车速信号的输出

车速信号经过仪表内部处理运算或电路匹配，可以通过CAN总线输出当前车速信号值，也可以通过电气接口输出原始的脉冲频率信号或经过处理的脉冲信号。

图3 仪表车速输出电路

如图3所示，三极管导通时，车速输出信号为低电平，三极管断开时，车速信号输出为高电平；MCU_32交替控制三极管 T8的导通和断开，从而实现不同的车速频率信号的输出；同时，由于通过了芯片的控制，确保了车速信号的精确性和稳定性。为整车其它控制系统的车速需求提供了依据。

2 车速信号运算处理

2.1 车速表处理逻辑

车速脉冲信号随着车速变化频率不断发生变化，车速表主控芯片通过精确捕捉车速信号的上升（或下降）沿识别车速信号的频率变化，信号变化时，指针将更新指示位置。为保证车速表指示的平顺性，软件中对车速表进行阻尼的设定。在一般的工作情况下，为了使指针平滑的转动，仪表应该有合适的阻尼及很小的步距角，推荐步进电机步距角为1/12°。

图4 车速信号处理逻辑

当车速信号断开时间持续2s时，车速表指针将停在当前位置2s，然后指针回零。

2.2 车速表速比计算

根据《GB 7258机动车安全运行技术条件》中的规定，车速表指示车速V1(单位：km/h)与实测车速V2(单位：km／h)之间应符合下列关系式：

0≤V1-V2≤(V2/10)+4

理想状态下，车速表上显示的读数应该与实测速度相等。根据速比的定义，计算公式：

PPK=[(k1/k2)×1000/ (2πR)]×P

PPK为车辆每公里脉冲数，k1为后桥主减速比，k2为变速箱蜗轮组件的传动比，R为轮胎的滚动半径，P为车速里程传感器速比。

2.3 车速表显示

计算公式：

V=3600f/PPK

V：实际车速（km/h）

f：车速信号的输入频率(Hz)

PPK：每公里脉冲数

结合国标对车速表的要求，该款仪表的车速表误差设计要求为：

为了保证车速表具备一定的安全范围，仪表的显示车速按照经验公式计算显示：

表1

V'=V×1.03+1.2

V'：仪表指示值

V：仪表根据速比和采集脉冲计算值

2.4 错误处理

当接收里程传感器发出的信号超出设定的最大值（1.5 kHz）后，指针将会移动到0位。当频率信号重新有效之后，指针将根据指示速度移动到正确的位置。当接收里程传感器发出的信号超出最大显示值且在信号有效范围内指针保持在最大刻度处。

2.5 车速表误差

通过车速表计算公式可以看出，影响车速表最关键因素为PPK设定,而对于载货汽车影响PPK最大因素之一就是轮胎的滚动半径。但是，我们所使用的车轮并不是刚性的，也就是说，虽然在轮胎无载荷或整车出厂时，可以得到其准确的半径和周长，但在轮胎装上汽车及车辆在使用过程中，由于载荷的关系，轮胎会发生变形，轮胎的半径减小，而在汽车开始运动后，轮胎由于受到行驶阻力的影响，还会进一步发生变形，轮胎的半径还将进一步减小，由于轮胎半径减小换算所得的车速就会偏小，而且车速越高，轮胎所受的阻力也会越太。发生变形也就越太，误差也就会越大。同时，轮胎的类型、胎压、温度以及路面条件也都会影响车速表显示结果。因此，现阶段通过标定新车车速表误差是保证车辆使用过程中准确性手段，但是并不能彻底消除车速表的误差。

3 结论

本文介绍了一种采用电子式里程表传感器车速检测系统，通过采集电路的隔离设计及优化车速表的输入和输出信号的逻辑处理，保证了车速信号的精度和准确性，具有较好的推广意义。

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[5] 余志生.汽车理论,北京：机械工业出版社.1995.57-58.