一种商用车用电子式里程表传感器

暂无

一种商用车用电子式里程表传感器\n技术领域\n[0001] 本发明属于车用传感器领域，尤其涉及一种商用车用电子式里程表传感器。\n背景技术\n[0002] 目前国内商用车市场普遍还是使用早期技术的机械式主、被动轮结构里程表传感器，与电子式里程表传感器相比，这种传感器结构简单，成本低，但是因长时间机械传动造成械磨损，这种磨损会导致传感器感应不准确，严重的会导致传感器直接失效，整车仪表无车速显示，而且随着商用车(尤其是非公路运输车辆、如工程机械车辆)对传感器使用要求的提高及汽车电子技术的发展，切换非接触式电子式里程表传感器是市场发展的趋势。\n[0003] 电子式里程表传感器的工作原理一般分为两种，霍尔型感应式和线圈型感应式，两者的工作本质都是通过电磁感应激励出模拟信号，前者需要使用霍尔型敏感元件，这种元件技术门槛低，制造商较多，但目前生产的元件在温度、振动等技术指标上难以满足商用车使用要求；线圈型结构简单，可直接在市场采购或自行加工生产，线圈的生产工艺直接决定了其感应的可靠性及准确性，目前电子式里程表传感器的制造商两种结构都有涉及，但从目前市场反应来看，在商用车上的使用环境上都未达到较好的效果。\n[0004] 目前市场上多为采用霍尔型敏感元件的里程表传感器，这种传感器内的霍尔开关在工作时通过设定好的BOP(Operate Point工作点)和BRP(Release Point释放点)判断场强的变化产生信号的翻转，但由于整车振动、环境温度、电磁干扰等外界扰动因素可能会对敏感元件感应的场强产生扰动，导致传感器感应失效，仪表显示不准确，累计里程有误差。\n发明内容\n[0005] 本发明提出的一种商用车用电子式里程表传感器，基于与法士特变速箱的安装匹配，能够精准判断变速箱内部靶轮转动，提高传感器的抗干扰性能，通过与目前市场主流仪表的匹配测试，可达到良好的使用效果。\n[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种商用车用电子式里程表传感器，包括电源模块和用于感应靶轮转动产生的场强变化的霍尔感应模块，所述电源模块连接霍尔感应模块，霍尔感应模块的输出端连接有信号处理模块，信号处理模块的输出端作为输出驱动模块连接整车仪表；\n[0007] 所述电源模块包括电源VCC，电源VCC连接整流二极管D1的输入端，整流二极管D1的输出端分为三条支路，第一条支路通过电容C1接地，第二条支路连接电阻R1的输入端，电阻R1的输出端分别连接接地电阻C2、接地齐纳稳压二极管D2和三极管射极跟随器Q1的基极，第三条支路连接三极管射极跟随器Q1的集电极，三极管射极跟随器Q1的射极输出端包括三条支路，第一条支路通过电容C3接地，第二条支路作为上拉电源Vout的输出端，第三条支路通过串联的电阻R3和电阻R4接地，电阻R3和电阻R4之间设置有基准参考电压Vref输出端；\n[0008] 所述霍尔感应模块包括上拉电源Vout和霍尔感应IC，所述上拉电源Vout的输出端分为三条支路，第一条支路连霍尔感应IC的接测试引脚，第一条支路上还设置有对输入电压进行滤波去干扰的接地电容C4，第二条支路连接霍 尔感应IC的电源输入引脚，第三条支路连接电阻R2；霍尔感应IC的接地引脚连接地信号，霍尔感应IC的输出端引脚分为两条支路，第一条支路通过电容C5接地，第二条支路连接电阻R2的输出端作为霍尔感应IC输出电压Vhallout的输出端；\n[0009] 所述霍尔感应IC还包括IC内部感应单元Hall和由正向峰值检测单元PDAC、反向峰值检测单元NDAC及逻辑修正单元(logic update)组成的高分辨率场强峰值检测单元，IC内部感应单元Hall输出的原始信号通过运算放大器(Hall Amp)、温度补偿校准单元、低通滤波、基准校准发送给增益调整器DDA，增益调整器DDA的输出端分为两条支路，第一条支路分别连接正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC的输入端，正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC之间连接有逻辑修正单元(logic update)，正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC的输出端连接运行模式门槛选择器的输入端，运行模式门槛选择器的输出端和增益调整器DDA的第二条输出支路均接入施密特触发器的输入端，所述施密特触发器的输出端通过模式控制模块、电流限制模块输出霍尔感应IC输出电压Vhallout。\n[0010] 所述信号处理模块包括霍尔感应IC输出电压Vhallout、基准参考电压Vref、运算放大器U1A和运算放大器U1B，霍尔感应IC输出电压Vhallout分别连接运算放大器U1A的同相输入端和运算放大器U1B的反相输入端，基准参考电压Vref的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C6接地，第二条支路分别连接运算放大器U1A的反相输入端和运算放大器U1B的同相输入端，运算放大器U1A和运算放大器U1B电源输入引脚均与上拉电源Vout连接，运算放大器U1A和运算放大器U1B的接地引脚连接地信号；所述运算放大器U1A的 输出端连接有电阻R5，电阻R5的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C7接地，第二条支路输出信号A给整车仪表；运算放大器U1B连接有电阻R6，电阻R6的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C8接地，第二条支路输出信号B给整车仪表。\n[0011] 所述电源模块的供电范围设计为DC8V～24V。\n[0012] 所述传感器安装在变速箱输出轴轴承盖上。\n[0013] 所述传感器的壳体外螺纹尺寸设计为M18×1.5。\n[0014] 所述霍尔感应IC集成有永磁体。\n[0015] 所述靶轮为8齿或16齿的靶轮。\n[0016] 所述三极管射极跟随器Q1采用NPN结构三极管。\n[0017] 本发明的传感器通过头部最前端的霍尔型感应元件感应靶轮转动产生的场强变化，激励出模拟信号，后端电路对信号进行放大，反向处理，产生输出驱动信号。\n[0018] 本发明针对法士特变速箱匹配的商用车，根据QC/T 783-2007标准结合商用车整车系统要求，设计开发满足商用车用电子式里程表传感器，这种电子式传感器通过实时判断变速箱输出主轴上的靶轮(通常为8齿或16齿)转动从而输出频率信号，仪表接受该频率信号后通过叠加整车后桥速比、轮胎半径等参数计算出当前车速并予以显示。\n[0019] 本发明的传感器具有以下有益效果：在霍尔感应IC电路中设置有高分辨率的场强峰值检测单元，可自适应确定霍尔感应IC的翻转门槛点，保证即使在靶轮偏心状况下霍尔感应IC对齿顶、齿根场强变化的正确感应，提高了传感器的精度和准确率；同时在霍尔感应IC电路中设置有低通滤波器提高了霍 尔感应IC的抗扰性；对电源VCC通过整流二级管D1进行整流、反向短路保护，采用了三极管射级跟随器Q1匹配齐纳稳压二极管D2的稳压电路向后端供电，保证后端电路的供电稳定性。\n[0020] 进一步的，本发明设计有霍尔感应IC输出信号的信号处理模块，对IC信号进行整形和反向处理，提高了本发明的可靠性和稳定性。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的传感器工作示意图。\n[0022] 图2为传感器内部电路模块。\n[0023] 图3为电源模块示意图。\n[0024] 图4为霍尔感应模块结构示意图。\n[0025] 图5为霍尔感应IC内部结构示意图。\n[0026] 图6为场强大于BOP时输出状态开启。\n[0027] 图7为场强小于BRP时输出状态关闭。\n[0028] 图8为运算放大器比较电路结构示意图。\n[0029] 图9为传感器信号输出波形结构示意图。\n[0030] 图10为传感器外形结构示意图。\n[0031] 附图中：1、电源输入引脚，2、输出引脚，3、测试引脚，4、接地引脚。\n具体实施方式\n[0032] 下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。\n[0033] 参见图1，一种商用车用电子式里程表传感器，包括供电范围设计为DC8V～24V的电源VCC和用于感应靶轮转动产生的场强变化的霍尔感应 IC，电源VCC连接霍尔感应IC，霍尔感应IC集成有永磁体。\n[0034] 参见图2，电源模块连接霍尔感应模块，霍尔感应模块的输出端连接有信号处理模块，信号处理模块的输出端作为输出驱动模块连接整车仪表；\n[0035] 参见图3，电源模块包括电源VCC和采用NPN结构的三极管射极跟随器Q1，电源VCC连接整流二极管D1的输入端，整流二极管D1的输出端分为三条支路，第一条支路通过电容C1接地，第二条支路连接电阻R1的输入端，电阻R1的输出端分别连接接地电阻C2、接地齐纳稳压二极管D2和三极管射极跟随器Q1的基极，第三条支路连接三极管射极跟随器Q1的集电极，三极管射极跟随器Q1的射极输出端包括三条支路，第一条支路通过电容C3接地，第二条支路作为上拉电源Vout的输出端，第三条支路通过串联的电阻R3和电阻R4接地，电阻R3和电阻R4之间设置有基准参考电压Vref输出端；对电源VCC通过整流二级管D1进行整流、反向短路保护，采用了三极管射级跟随器Q1匹配齐纳稳压二极管D2的稳压电路向后端供电，保证后端电路的供电稳定性。\n[0036] 参见图4，霍尔感应模块包括上拉电源Vout和霍尔感应IC，所述上拉电源Vout的输出端分为三条支路，第一条支路连霍尔感应IC的接测试引脚3，第一条支路上还设置有对输入电压进行滤波去干扰的接地电容C4，第二条支路连接霍尔感应IC的电源输入引脚1，第三条支路连接电阻R2；霍尔感应IC的接地引脚4连接地信号，霍尔感应IC的输出端引脚2分为两条支路，第一条支路通过电容C5接地，第二条支路连接电阻R2的输出端作为霍尔感应IC输出电压Vhallout的输出端。\n[0037] 参见图5、图6和图7，霍尔感应IC还包括IC内部感应单元Hall和由 正向峰值检测单元PDAC、反向峰值检测单元NDAC及逻辑修正单元(logic update)组成的高分辨率场强峰值检测单元，IC内部感应单元Hall输出的原始信号通过运算放大器(Hall Amp)、温度补偿校准单元、低通滤波、基准校准发送给增益调整器DDA，增益调整器DDA的输出端分为两条支路，第一条支路分别连接正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC的输入端，正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC之间连接有逻辑修正单元(logic update)，正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC的输出端连接运行模式门槛选择器的输入端，运行模式门槛选择器的输出端和增益调整器DDA的第二条输出支路均接入施密特触发器的输入端，所述施密特触发器的输出端通过模式控制模块、电流限制模块输出霍尔感应IC输出电压Vhallout；\n[0038] 高分辨率场强峰值检测单元由正向峰值检测单元PDAC、反向峰值检测单元NDAC及逻辑修正单元(logic update)组成，三者对霍尔感应IC工作过程中的场强变化进行实时跟踪，通过感应过程中累计的数据分析计算得出正向峰值、反向峰值，得出的数据再与DDA当前输出信号进行比较，从而最终判断IC的感应状态。正是基于对场强数据变化的连续、动态实时分析及修正、比较过程从而保证了霍尔感应IC对场强感应的准确、高分辨率判断。\n[0039] 正向峰值检测单元PDAC和反向峰值检测单元NDAC的输出信号在通过施密特触发器进行比较后输出，施密特触发器内部集成了一个预先设定好的磁滞区间(Hysteresis)，触发器的输入信号只有大于BRP(Release point)或小于BOP(Operate point)时触发器的输出状态才会跳变，介于BRP和BOP之间的区间称为磁滞(Hysteresis)，磁滞区间可避免产品在工作过程中由于机械 振动、外部电磁干扰对感应场强值带来的误判断，从而提高产品的抗扰性。\n[0040] 参见图8，信号处理模块包括霍尔感应IC输出电压Vhallout、基准参考电压Vref、运算放大器U1A和运算放大器U1B，霍尔感应IC输出电压Vhallout分别连接运算放大器U1A的同相输入端和运算放大器U1B的反相输入端，基准参考电压Vref的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C6接地，第二条支路分别连接运算放大器U1A的反相输入端和运算放大器U1B的同相输入端，运算放大器U1A和运算放大器U1B电源输入引脚均与上拉电源Vout连接，运算放大器U1A和运算放大器U1B的接地引脚连接地信号；所述运算放大器U1A的输出端连接有电阻R5，电阻R5的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C7接地，第二条支路输出信号A给整车仪表；运算放大器U1B连接有电阻R6，电阻R6的输出端分为两条支路，第一条支路通过电容C8接地，第二条支路输出信号B给整车仪表。\n[0041] 参见图8和图9，采用上述双路运算放大器U1对Vref、VHallout的输入信号进行比较，产生两路输出信号，运算放大器U1A产生输出信号A，运算放大器U1B产生输出信号B，从图中可知这两路信号相位差180°；设计两路输出信号有以下优点：一是满足乘用车对车辆上电初始化里程表传感器的信号要求(用户可根据整车ECU要求接入高电平或低电平)；二是两路输出可为整车提供一路备用信号，或者采用两路信号驱动不同的负载以增加产品的驱动能力，图中，电阻R5、电阻R6的设计为端口短路保护提供保证，本发明通过运算放大器的比较电路对信号进行二次整形输出，提高了本发明的可靠性和稳定性；从图8可知，本产品将VHallout信号通过U1直接输出给负载，采用的运算放大器拉电流ISource可达30mA，灌电流ISink为20mA。\n[0042] 参见图10，传感器的安装位置在变速箱输出轴轴承盖上，壳体外螺纹尺寸设计为M18×1.5以匹配轴承盖安装；根据三维装配仿真及测算传感器安装后其壳体端面至主轴靶轮的间距，壳体头部尺寸设计为35mm，产品接接插件按照ISO 15170《道路车辆——带销和扭锁的四极电连接器》标准设计，靶轮采用8齿或16齿的靶轮。\n[0043] 本发明的霍尔感应IC的可靠工作温度范围为-40°～150°，满足商用车严格的环境温度要求。\n[0044] 根据QC/T783-2007要求，传感器输出特性满足如下要求\n[0045]\n特性项目 输出特性参数 \n(每转)脉冲数 8个、16个 \n周期T 10ms，750r/min时，375r/min时，1000r/min时等 \n占空比D 30％-70％ \n上升时间tR Rise(10％-90％)；15us–30 us \n下降时间tP Fall(90％-10％)；3.5us–20 us \n低电平电压VOL ≤0.5V \n高电平电压VOH ≥5V \n[0046] 表1 传感器输出特性参数。