车速信号处理电路图和工作原理讲解

在这半年时间内，我除了负责一个智能接线盒产品的研发工作，还承担了一个非常重要的工作-福x系统设计规范的翻译以及解释。

我从网上查询了大量的专业术语解读以及可靠性设计相关的资料。

恶补了读研期间荒废了的电子电路知识。

还于每天早上召集同事举办学习角，一同探讨规范的要点。

付出就有回报，我的电子电路的设计以及可靠性设计能力得到了突飞猛进的提升。

一天，我的领导找到了我，说是给x汽提供的BCM的车速检测出现了问题，

可能是在温度比较高时，无法检测到车速，从而导致20km自动上锁的功能出现了异常。

他把电路图发给了我，让我按照Ford SDS做一次深入彻底的分析。

车速信号处理电路图

我采用WCCA(worst case circuit analysis，最坏情况电路分析）结合Fxxx SDS和Nxxxxx SDS从以下几个方面进行了考虑：

1）考虑初始、环境、老化三方面导致的公差：5%精度的电阻R47、R50、R51其阻值范围在-10%~+10%之间。

电解电容EC13的容值范围为-30%~+30%。

三极管Q17的BE极最小导通电压为0.3V，BE最大导通电压为0.9V，C极和B极之间电流的最小放大倍数为30。

2）车速信号为PNP输出的高边信号，高电平为汽车的电瓶电压-PNP三极管的CE极导通电压，典型值为12.0V，最小值为8.0V。当输入高电平为8.0V-1.2V=6.8V时，Q17的BE极电压还能否大于0.9V，使得BE极在极限情况下仍然能导通。

输入为高电平时，Q17的BE极和最小电压

由上式可见，当输入为高电平时，Q17的BE极最小电压为1.01V，略大于其最大导通电压0.9V。可以让Q17的BE极可靠导通。

输入为高电平时，三极管Q17能否可靠处于饱和导通状态，根据下式算出在BE极导通时Q17的CE极之间的最低电压。

Q17的CE极电压

由上式可见，输入为高电平时，Q17在极限情况下可以饱和导通。

当输入为低电平时，三极管Q17能否可靠处理截止状态，根据SDS，低电平最高输入的最高电压为1.8V(Nxxxxx SDS)，此时有：

输入为低电平时，Q17的BE极电压

由于Q17的BE极的最大电压大于最小导通电压，在极限情况下，可能存在输入低电平时，Q17不能处理截止状态的风险。应该适当再减小R50的阻值。

5）电容EC13对车速脉冲信号的滤波影响。我从充放电方程做了非常复杂的分析，如下：

考虑到速度信号为方波信号，在速度信号的上升沿，Q17 B极电压由下式确定：

假设高电平时间为，低电平时间为，对于连续的速度脉冲，上升沿电压可以表示为：

如果占空比为50%，则能测量的最高频率的典型值为32Hz.

如果占空比为50%，则能测量的最高频率的最大值为184Hz.

如果占空比为50%，则能测量的最高频率的最小值为7.5Hz。

一般尺寸的 215/45R17 轮胎直径 600mm。那么时速 60km/h 时，

轮胎的转速是 (601000/3600)/(3.140.6)=8.84 转/秒。

所产生的脉冲的频率是8.84Hz，而该电路极限情况下所能检测的频率为7.5Hz。

可能在极限情况下，比如高温条件下，电容容值增大（印象中电容的容值是正温度系数的参数），将导致无法检测60km/h的速度。

要注意的是，我们这里推导的是在占空比为50%的情况，由于年代久远，我没有找到车厂提供的车速规格，实际上，记得应该占空比应该在30%左右，这样可能就会导致极限情况下连20km/h的速度也无法被检测，进而导致20km自动上锁的功能失效。

根据上面分析，我指出了这个电路的主要问题，

1） 电容EC13的阻值过大，应该适当减小，不能单纯通过硬件滤波来避免干扰的影响，应该选择合适的滤波器件参数结合软件滤波来避免干扰。

2） 根据SDS规定，这种数字信号，为了抗干扰加入的滤波电容也引起的上升和下降沿应该小于10%的脉宽，可以根据这一要求选取合适的数值。

3） 并在Q17的BE极两端的电阻可以适大减小，避免输入为低时不能可靠截止。

　　审核编辑：汤梓红