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汽车实用技术
2015年第5期
设计研究
AUTOMOBILE APPLLED TECHNOLOGY
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纯电动汽车驱动防滑转轮速采集模块设计
王姝,张凯
(长安大学汽车学院,陕西西安710064
摘要:本文介绍了基于飞思卡尔MC9S12XS128芯片的纯电动汽车驱动防滑转系统轮速采集及处理模块,利用
NCV1124芯片,简化了轮速采集部分外部硬件电路的设计,通过周期法与频率法相结合的方法,优化了传统轮速
处理的方案,实现了在驱动防滑转控制中对车速和轮速的精确采集及计算,为下一阶段对纯电动汽车TCS控制策
略的研究打下良好基础。
关键词:驱动防滑转系统;轮速信号;电路;算法
中图分类号:U463.6文献标识码:A文章编号:1671-7988(2015)05-52-03
The Speed Acquisition and Processing Module Design of Blade Electric
Vehicles Tractive Control System
Wang Shu, Zhang K
Automobile School of Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064)
Abstract: This paper introduces the speed acquisition and processing module of blade electric vehicles tractive control
system. By using NCV1124, it is simplified the design of external hardware circuit. Through combining the frequency and
period measurement methods, it optimize the aditional project. The accurate measurement of the wheel speed in tractive
control system is realized And laying a good foundation for researching control strategy of tractive control system in the next
Keywords: tractive control system; speed signal; circuit; arithmetic
CLC NO: U4636 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-52-03
角条件下侧向力系数越大,车辆的方向稳定性越好,抗侧滑
前言
的能力越大。综合考虑,应将滑转率控制在0.08~0.15之
扭矩,但驱动力同时也取决于轮胎与地面的摩擦力,因此会參?为
电动汽车在道路上行驶时,其驱动力取决于电机的输出『间,为了达到这一目的,速度的精确采集和计算是必不可少
受到路面附着条件的制约。路面附着条件由路面附着系数这
一参数来衡量,但路面附着系数并不是一个常量,它是随者1、采集模块硬件电路设计
滑转率的变化而变化。随着滑转率增加,路面附着系数不断
目前,较普遍的轮速传感器主要有三种即磁电式,电涡
增大,直至滑转率增大到20%左右,即达到峰值附着系数,流式,霍尔式,本方案中的TCS系统轮速采集模块使用
路面附着系数达到峰值后,路面附着系数又会随滑转率增大GT101型电磁式轮速传感器,电磁式轮速传感器的特点是随
而减小。所以从动力性上考虑,驱动轮的滑转率应处于峰值着转速不断变化其输出的是频率幅值变化的正弦波。正弦波
附着系数对应的滑转率附近,又由于滑转率越低,同一侧偏频率与车轮转速成正相关关系,转速越高,频率越高。而正
弦波的幅值与轮速和传感器磁头与齿圈之间的间隙有关,即
作者简介:王嫌,长安大学在读研究生,主要研究电动汽车整车控间隙越小,转速越高,幅值越大。
制
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2015年第5期
1.1整形电路设计
式中v一驱动轮速度
由于正弦波信号是不能被单片机的脉冲累加器直接识
车速,通常以非驱动轮轮速代替
别,并且幅值在高速是会超过O口的最高允许电压,因此
从上式可以看出,本方案需同时采集驱动轮轮速和非驱
通常需要一定的外部电路进行整型限幅滤波,将传慼器输出动轮轮速,但由于单片机提供的脉冲累加接口只有个即
的正弦波信号处理成占空比不断变化的幅值小于10口最大PT7口,因此需要外部接入一个累加器,用以对另一路数据
值的方波信号,以便单片机进行采集处理。处理这一问题通进行计数,采用二进制累加器CD4520,以实现这一功能。
常来用施密特触发器。施密特触发器通常由逻辑门芯片构成,具体实现电路如图2所示
典型的施密特触发器如图1所示
图2轮速采集电路
图1施密特触发器示意图
从上图可以看出,施密特触发器是一利特殊的逻辑门电2、轮速采集模块算法设计
路,其有正向和负向两个阈值电压,当输入的电压值高于或
轮速采集算法通常有周期法,频率法,多倍周期法三种,
者低于阈值电压的条件下,利用施密特触发器的正反馈作用,
可以把正弦波信号变换为单片机可识别的矩形脉冲信号。由
周期法是通过采集相邻两个脉冲的时间间隔,从而计算速度,
上文可知轮速传感器所输入的是幅值不断变化的正弦波,为适用于轮速较低时,当轮速较高时,相郐两脉冲吋间间隔过
此可能需要对施密特触发器的阓侑电压进行调整,而硬件短,会造成较大误差;频率法是通过测量单位时间内轮速脉
路一经确定,不易修改。综合来看,使用施密特触发器进行
冲信号的个数,适用于轮速较高时,轮速过低时,会造成单
波形变换的方案并不实用
位时间内采集到的脉冲数过小,甚至采集不到,因此只是单
本方案中采用NCV1124,NCVI124是用于处理安装在纯的使用周期法与频率法,将增大系统误差,综合考虑计数
旋转件上传感器检测到的状态信号集成电路芯片,该芯片使器本方案中采用周期法和颊率法相结合的方法,即设定一个
用双通道输入,每个通道都可接入可变磁阻传感器的信号,基速V基速是根帮上一次计算结果待到的,当年速高于这
并且与芯片内的可编程的参考电压进行比较,其将整形与放
基速时采用频率法,当车速低于这一“基速时采用周期法
大功能整合,极大简化了外部硬件电路设计。本实验中选择
2.1周期法
的单片机为飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128芯片,故要
对于飞思卡尔MC9S12XS128单片机,内置有定时器
将轮速传感器输出信号幅值限制在SV以下。而NCV14内计数模块,可以实现对脉冲信号进行输入捕捉,输出比较
部特有的动态钳位电路,能够将0-120v的电压钳制到0-5v,脉冲累加。其定时器模块中有输入捕捉的功能,可实现周期
满足单片机IO口的需求。
法。输入捕捉是在指定的引脚上,根据信号的跳变沿将当前
1.2濾波电路设计
自由运行计数器中的值捕捉,并且本款单片机允许输入捕捉
NCV1124输出的波形是具有噪声的,会对之后的速度估中断,每采集到一次跳变沿,将触发一次中断,在中断中可
算造成影响,因此需要设计滤波电路,使得噪声在单片机10以讲当前自由运行计数器的值捕捉到对应的通道寄存器内,
口可允许范围内。木方案采用经典的RC滤波滤除