汽车检测实验装置中车速信号的模拟研究

2012-07-20阎文兵

天津职业技术师范大学学报 2012年3期

单仲，阎文兵

（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222）

汽车检测实验装置常常需要车速信号，而车速传感器产生的信号需要电机驱动信号盘旋转产生，这一方面造成成本的提高，另一方面也占用较大空间，造成资源和能源的浪费。因而，需要开发一种能在汽车检测实验装置没有电机的情况下向汽车ECU发送模拟车速信号的装置，来保证汽车速度通道和各项相关设备系统的正常运行。

目前，现有的信号发生装置成本较高、体积较大，安装和携带不方便。为了解决这一矛盾，本文采用TTL（Transistor-Transistor Logic逻辑门电路）集成施密特触发器构成多谐振荡器，将其触发的脉冲信号代替车速传感器信号传给汽车ECU，并且在多谐振荡器电路中接入可调电位计，通过调节电位计电阻的大小即可改变脉冲信号的频率，从而改变模拟车速的大小。

1 施密特触发器

施密特触发器是一种电平触发器，可以有效地将缓慢变化的信号整形为边沿陡直的矩形波，适应于数字电路需要的矩形脉冲，且具有回差电压，所以抗干扰能力较强[1]。集成TTL施密特触发器的电路结构与逻辑符号如图1所示，实质上是一个具有滞后特性的反相器，与TTL反相器相比，主要差别在于中间多了一个滞后特性形成电路。

设输入为Vi三角波，如图2所示。当Vi为0时，D1导通，P1点为低电平，从而T1截止，T2饱和导通，P4点为低电平，T3、D2、T4及T6截止，输出V0为高电平。

当Vi不断上升时，P1点电位也随之不断上升。但由于T2深度饱和，P3点的电位，VP3=IE2R4，在Vi未上升到VT+=IE2R4（或VP1=0.7V+IE2R4）之前，T1始终处于截止状态，电路输出维持为高电平（IE2大于T2饱和电流）。

若Vi继续上升到Vi=VT+=IE2R4，此时会产生如下的正反馈过程：

使T1饱和、T2截止，VP4为高电平，T3、D2、T4和T6导通，输出V0为低电平。当输入信号Vi上升到大于VT+后开始下降，在下降到VT+时，电路将仍然输出低电平。这是因为此时T1管饱和导通，P3点电位VP3=IE1R4（IE1为T1饱和电流），由于T1管集电极电阻R2大于T2管集电极电阻R3，所以IE2﹥IE1。因此Vi降到VT+时，仍能维持T1导通、T2截止，电路输出仍为低电平。

当Vi下降到Vi=VT-=IE1R4并使T2退出截止时：

使T1截止，T2饱和，电路输出为高电平。

2 多谐振荡器

多谐振荡器又称无稳态电路，主要用于产生各种方波或时钟信号。多谐振荡器的特点是：没有稳定状态，而只有2个暂稳态；不需要外加触发信号，在接通电源后就能使2个暂稳态自动地、周期性地交替转换，从而形成周期性的矩形脉冲[2]。

利用施密特触发器可以构成多谐振荡器[3]，如图3所示。

图3（a）电源接通瞬间，电容C上的电压为0 V，输出V0为高电平，这时电容C充电，Vi上升。Vi上升到VT+时，触发器翻转，输出低电平，电容C开始放电，Vi下降，当Vi下降到VT-时，电路又发生翻转，输出为高电平。如此循环。输入、输出波形如图3（b）所示。

集成施密特触发器属于TTL型的有74LS14等，属CMOS型的有CD40106等。

3 车速信号的模拟

本研究开发的车速模拟信号发生装置用于“LS430空气悬架及电动助力转向模拟测试系统”。LS430为雷克萨斯公司的一款车型。车速信号在该车的电控空气悬架系统和电动助力转向系统中非常关键，当电控悬架系统和电动助力转向系统收不到车速信号时，系统不能正常工作，因而，需制作车速模拟信号以保证系统的正常运行。

由于不同车型频率和车速的对应关系是不一致的，为了能将制作的模拟速度信号装置与车型相匹配，需要预先对该车型的速度信号进行数据采集，了解频率和车速的大致对应关系。通过数据采集和分析，LS430车速与频率的对应关系为：f=6.685v（f为频率，v为车速）。通过频率与车速的线性关系可以发现，多谐振荡器的频率区间能满足检测要求。本研究选取电子元器件设计电路并进行实物制作，如图4所示。