CN116609541A - 车用轮速信号处理电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用轮速信号处理电路。包括二极管D1、高边供电开关模块、传感器开短路诊断模块、低边接地开关模块、过流保护模块和信号转换模块；轮速传感器分别经高边供电开关模块、低边接地开关模块后和车载电源VBAT、地连接，车载电源VBAT和高边供电开关模块之间经二极管D1连接，轮速传感器和传感器开短路诊断模块连接，同时低边接地开关模块分别和过流保护模块、信号转换模块连接。本发明能对传感器的故障进行诊断及保护，不在需要专用的集成芯片来进行信号处理，降低对专用芯片的依赖度，提高了使用的安全性。

Description

车用轮速信号处理电路和方法

技术领域

本发明公开了一种汽车内部信号处理电路和方法，尤其是涉及了一种车用轮速信号处理电路和方法。

背景技术

乘用车的霍尔轮速传感器的解码都是使用专用的集成芯片，使用集成芯片的缺点是，传感器故障诊断的门限值无法调整，使用上不能覆盖所有传感器的规格，同时集成芯片在某些规格的轮速传感器上不能诊断出所有轮速传感器的故障类型。

即使集成芯片满足应用要求，但会有芯片短缺，无法满足量产使用上的数量需求。其可替代性差。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种车用轮速信号处理电路和方法。

本发明的模块电路能将车用霍尔轮速传感器的电流信号转化为微控制器能够识别的电压信号，并且此轮速信号处理电路模块能够对传感器的故障进行诊断及保护，例如传感器的开路故障，对地短路故障，对电源短路故障，过流保护。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、一种车用轮速信号处理电路：

包括二极管D1、高边供电开关模块、传感器开短路诊断模块、低边接地开关模块、过流保护模块和信号转换模块；轮速传感器分别经高边供电开关模块、低边接地开关模块后和车载电源VBAT、地连接，车载电源VBAT和高边供电开关模块之间经二极管D1连接，轮速传感器和传感器开短路诊断模块连接，同时低边接地开关模块分别和过流保护模块、信号转换模块连接。

所述的高边供电开关模块包括了三极管Q5、电阻R1、电阻R2、三极管Q2、电阻R3、电阻R5和电容C5；

车载电源VBAT连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极经电阻R1后和三极管Q5的基极连接，二极管D1的阴极与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的基极经电阻R2和三极管Q2的集电极连接，三极管Q5的集电极和轮速传感器的正极接口WSP连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R3和自身的集电极连接，三极管Q2的基极经电阻R5和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2连接，用于接收来自MCU的第二电平控制信号；二极管D1的阴极和三极管Q5的集电极和传感器开短路诊断模块连接。

所述的传感器开短路诊断模块包括复合三极管Q23、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；

二极管D1的阴极与复合三极管Q23的4号引脚连接，复合三极管Q23的3号引脚分别经电阻R15、电阻R18后和轮速传感器的负极接口WSS、高边供电开关模块的三极管Q5的集电极相连，复合三极管Q23的5号引脚与6号引脚直接相连，复合三极管Q23的1号引脚接地，2号引脚连接到MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3，用于接收来自MCU的第三电平控制信号；

轮速传感器的正极接口WSP经电容C5接地，轮速传感器的正极接口WSP、轮速传感器的负极接口WSS分别经电阻R16、电阻R19连接MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2，同时MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2分别经电阻R17、电阻R20接地，轮速传感器的负极接口WSS和低边接地开关模块连接。

所述的复合三极管Q23是由两个三极管连接构成，一个三极管的基极和另一个三极管的集电极连接，一个三极管的发射极作为4号引脚，一个三极管的集电极作为3号引脚，一个三极管的基极作为5号引脚，另一个三极管的集电极作为6号引脚，另一个三极管的基极作为2号引脚，另一个三极管的发射极作为1号引脚。

所述的低边接地开关模块包括三极管Q3、电阻R9、电阻R6和电阻R4；轮速传感器的负极接口WSS和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的基极经电阻R9连接到MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1，用于接收来自MCU的第一电平控制信号；三极管Q3的基极和三极管Q4的集电极直接连接，三极管Q3的发射极经电阻R21和MCU的第三模数采样口MCU_ADC3连接，三极管Q3的基极经电阻R6后接地；三极管Q3的基极、发射极和过流保护模块连接，三极管Q3的发射极经电阻R4后和过流保护模块连接，三极管Q3的发射极和信号转换模块连接。

所述的过流保护模块包括电阻R4、电阻R7、电阻R8和三极管Q4；

三极管Q4的发射极经电阻R4和低边接地开关模块的三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的发射极经电阻R7后和三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的发射极经电阻R8后和自身的基极连接。

所述的信号转换模块包括电阻R4、电阻R10、电容C1、电阻R12、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C2和比较器U4；比较器U4的正相输入端依次经电阻R10、电阻R4后接地，同时电阻R10、电阻R4之间引出和低边接地开关模块的三极管Q3的发射极，比较器U4的正相输入端经电容C1接地，比较器U4的反相输入端分别经电容C3、电阻R12接地，比较器U4的反相输入端依次经电阻R11、电容C4后接地，电阻R11和电容C4之间引出接3.3V电源，比较器U4的正极端同时连接3.3V电源和经电容C2接地，比较器U4的负极端连接地，以比较器U4的输出端作为车用轮速信号处理电路的输出端并连接到MCU的轮速信号输入口。

本发明中，低边接地开关模块的电阻R4、过流保护模块的电阻R4、信号转换模块的电阻R4共用一个电阻，即为同一个电阻。

虽然现有技术中很多具有供电、过流保护、开短路诊断、信号转换等功能的电路，但是都是各自独立存在，并没有同时存在于一体的电路中。

而本发明通过上述电路结构创新性地将供电、开短路诊断、过流保护、信号转换等功能巧妙整合实现在同一个电路中，实现了供电、开短路诊断、过流保护、信号转换等功能，而且还实现了高边供电、低边接地的双冗余可控控制。

二、车用轮速信号处理方法：

在轮速传感器工作前，控制MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2均输出高电平，带动轮速传感器两端导通通电，实现对轮速传感器的供电；

在汽车刚点火启动后的一段时间内，通过传感器开短路诊断模块配合MCU对轮速传感器的短路、开路情况进行检测；

在轮速传感器任何通电工作过程中，通过信号转换模块中对轮速传感器输出的轮速信号进行解析进而发送到MCU，并且实时通过过流保护模块进行过流保护。

所述传感器开短路诊断模块中，首先按照以下方式先控制MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1、第二驱动输出端MCU_CTR2输出低电平，且第三驱动输出端MCU_CTR3输出高电平，然后进行以下步骤：

再控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3改为输出低电平，进行判断：

若MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的正极接口WSP对电源VBAT短路；否则轮速传感器的正极接口WSP不对电源VBAT短路；

若MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路；否则轮速传感器的负极接口WSS不对电源VBAT短路；

然后控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3改为输出高电平，进行判断：

若MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的正极接口WSP对地短路；否则轮速传感器的正极接口WSP不对地短路；

若MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的负极接口WSS对地短路；否则轮速传感器的负极接口WSS不对地短路；

然后控制MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1和第二驱动输出端MCU_CTR2君输出高电平，进行判断：

若MCU的第三模数采样口MCU_ADC3采集到的电压小于轮速传感器最低输出电流和电阻R4之间乘积的电压，则轮速传感器开路；否则轮速传感器没有开路。

所述过流保护模块中，按照以下方式进行过流保护：当三极管Q4的基极与发射极间的电压差大于0.7V，使得三极管Q4导通接地，三极管Q3基极接地被关断，轮速传感器的负极接口WSS无法经三极管Q3接地导通，使得轮速传感器所在的回路被过流关断；

所述信号转换模块中，按照以下方式对轮速传感器的轮速信号进行解析进而发送到MCU：

比较器U4反相输入端通过电阻R12、R11在电源和地之间设置阈值电压，

轮速传感器输出的电流流经电阻R4产生的压降电压输入到比较器U4的正相输入端，比较器U4比较压降电压和阈值电压，判断：

当压降电压比阈值电压低时，则轮速传感器输出较低电流，比较器U4的输出端输出低到MCU；

当压降电压比阈值电压高时，则轮速传感器输出较高电流，比较器U4的输出端输出高到MCU。

本发明的有益效果是：

本发明利用一些常用的分立元件构建了对车用霍尔传感器的信号类型的转化，不在需要专用的集成芯片来进行信号处理，降低对专用芯片的依赖度。

本发明的轮速信号处理电路能够对传感器的故障进行诊断及保护，如传感器的开路故障，对地短路故障，对电源短路故障，过流保护故障，提高了使用的安全性。

附图说明

图1为一种车用轮速信号处理电路的电路原理图。

图2为一种车用轮速信号处理方法的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，电路包括二极管D1、高边供电开关模块、传感器开短路诊断模块、低边接地开关模块、过流保护模块和信号转换模块；轮速传感器分别经高边供电开关模块、低边接地开关模块后和车载电源VBAT、地连接，车载电源VBAT和高边供电开关模块之间经二极管D1连接，轮速传感器和传感器开短路诊断模块连接，同时低边接地开关模块分别和过流保护模块、信号转换模块连接。

其中，轮速传感器发出轮速信号到传感器开短路诊断模块被检测是否异常，轮速传感器发出轮速信号到信号转换模块中被解析后输入到MCU中。另外，MCU控制高边供电开关模块、低边接地开关模块的工作进而实现对轮速传感器的供电，MCU控制传感器开短路诊断模块在轮速传感器每次工作前进行自检、在实时工作中进行开路检测以进行轮速信号的报警处理，同时过流保护模块实时监测轮速传感器发出轮速信号的电流以避免过流产生。

高边供电开关模块包括了三极管Q5、电阻R1、电阻R2、三极管Q2、电阻R3、电阻R5和电容C5；

车载电源VBAT连接二极管D1的1端阳极，二极管D1的2端阴极经电阻R1后和三极管Q5的3号基极连接，二极管D1的2端阴极与三极管Q5的1号发射极连接，三极管Q5的3号基极经电阻R2和三极管Q2的3号集电极连接，三极管Q5的2号集电极和轮速传感器的正极接口WSP连接，三极管Q2的1号发射极接地，三极管Q2的2号基极经电阻R3和自身的3号集电极连接，三极管Q2的2号基极经电阻R5和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2连接，用于接收来自MCU的用于控制高边供电开关模块工作的第二电平控制信号；二极管D1的2端阴极和三极管Q5的2号集电极和传感器开短路诊断模块连接。

传感器开短路诊断模块包括复合三极管Q23、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；

二极管D1的2端阴极与复合三极管Q23的4号引脚连接，复合三极管Q23的3号引脚分别经电阻R15、电阻R18后和轮速传感器的负极接口WSS、高边供电开关模块的三极管Q5的2号集电极相连，复合三极管Q23的5号引脚与6号引脚直接相连，复合三极管Q23的1号引脚接地，2号引脚连接到MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3，用于接收来自MCU的用于控制传感器开短路诊断模块工作的第三电平控制信号；

轮速传感器的正极接口WSP经电容C5接地，轮速传感器的正极接口WSP、轮速传感器的负极接口WSS分别经电阻R16、电阻R19连接MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2，同时MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2分别经电阻R17、电阻R20接地，轮速传感器的负极接口WSS和低边接地开关模块连接。

复合三极管Q23是由两个三极管连接构成，一个三极管的基极和另一个三极管的集电极连接，一个三极管的发射极作为4号引脚，一个三极管的集电极作为3号引脚，一个三极管的基极作为5号引脚，另一个三极管的集电极作为6号引脚，另一个三极管的基极作为2号引脚，另一个三极管的发射极作为1号引脚。

低边接地开关模块包括三极管Q3、电阻R9、电阻R6和电阻R4；轮速传感器的负极接口WSS和三极管Q3的3号集电极相连，三极管Q3的2号基极经电阻R9连接到MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1，用于接收来自MCU的用于控制低边接地开关模块工作的第一电平控制信号；三极管Q3的2号基极和三极管Q4的3号集电极直接连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R21和MCU的第三模数采样口MCU_ADC3连接，三极管Q3的2号基极经电阻R6后接地；三极管Q3的2号基极、1号发射极和过流保护模块连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R4后和过流保护模块连接，三极管Q3的1号发射极和信号转换模块连接。

过流保护模块包括电阻R4、电阻R7、电阻R8和三极管Q4；

三极管Q4的1号发射极经电阻R4和低边接地开关模块的三极管Q3的1号发射极连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R7后和三极管Q4的2号基极连接，三极管Q4的1号发射极接地，三极管Q4的1号发射极经电阻R8后和自身的2号基极连接。

信号转换模块包括电阻R4、电阻R10、电容C1、电阻R12、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C2和比较器U4；比较器U4的3号正相输入端依次经电阻R10、电阻R4后接地，同时电阻R10、电阻R4之间引出和低边接地开关模块的三极管Q3的1号发射极，比较器U4的3号正相输入端经电容C1接地，比较器U4的2号反相输入端分别经电容C3、电阻R12接地，比较器U4的2号反相输入端依次经电阻R11、电容C4后接地，电阻R11和电容C4之间引出接3.3V电源，比较器U4的7号正极端同时连接3.3V电源和经电容C2接地，比较器U4的4号负极端连接地，以比较器U4的6号输出端作为车用轮速信号处理电路的输出端并连接到MCU的轮速信号输入口。

并且信号转换模块的比较器U4的6号输出端还经电阻R14接3.3V电源。

如图1所示，车用轮速信号处理电路包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、复合三极管Q23、轮速传感器和比较器U4；以及还有外部的MCU和车载电源VBAT。

车载电源VBAT连接二极管D1的1端阳极，二极管D1的2端阴极经电阻R1后和三极管Q5的3号基极连接，同时二极管D1的2端阴极分别与复合三极管Q23的4号引脚、三极管Q5的1号发射极连接，

三极管Q5的3号基极经电阻R2和三极管Q2的3号集电极连接，三极管Q2的1号发射极接地，三极管Q2的2号基极经电阻R3和自身的3号集电极连接，三极管Q2的2号基极经电阻R5和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2连接，用于接收来自MCU的第二电平控制信号；

三极管Q5的2号集电极和轮速传感器的正极接口WSP连接，轮速传感器的负极接口WSS、三极管Q5的2号集电极分别经电阻R15、电阻R18后和复合三极管Q23的3号引脚相连，复合三极管Q23的5号引脚与6号引脚直接相连，复合三极管Q23的1号引脚接地，2号引脚连接到MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3，用于接收来自MCU的第三电平控制信号；

轮速传感器的正极接口WSP经电容C5接地，轮速传感器的正极接口WSP、轮速传感器的负极接口WSS分别经电阻R16、电阻R19连接MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2，同时MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2分别经电阻R17、电阻R20接地，轮速传感器的负极接口WSS和三极管Q3的3号集电极相连；

三极管Q3的2号基极经电阻R9连接到MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1，用于接收来自MCU的第一电平控制信号；三极管Q3的2号基极和三极管Q4的3号集电极直接连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R21和MCU的第三模数采样口MCU_ADC3连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R4和三极管Q4的1号发射极连接，三极管Q3的1号发射极经电阻R7后和三极管Q4的2号基极连接，三极管Q4的3号集电极经电阻R6后接地，三极管Q4的1号发射极接地，三极管Q4的1号发射极经电阻R8后和自身的2号基极连接；

三极管Q3的1号发射极经电阻R10和比较器U4的3号正相输入端连接，比较器U4的3号正相输入端经电容C1接地，比较器U4的2号反相输入端分别经电容C3、电阻R12接地，比较器U4的2号反相输入端依次经电阻R11、电容C4后接地，电阻R11和电容C4之间引出接3.3V电源，

比较器U4的6号输出端经电阻R14接3.3V电源，以比较器U4的6号输出端作为车用轮速信号处理电路的输出端并连接到MCU的轮速信号输入口。

并且，比较器U4的7号正极端同时连接3.3V电源和经电容C2接地，比较器U4的4号负极端连接地。

其中，三极管Q5、电阻R1、电阻R2、三极管Q2、电阻R3、电阻R5、电容C5器件组成高边供电开关模块。

三极管Q3、电阻R9、电阻R6、电阻R4组成低边接地开关模块。

复合三极管Q23、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21组成传感器开短路诊断模块。

电阻R4、电阻R7、电阻R8、三极管Q4组成过流保护模块。

电阻R4、电阻R10、电容C1、电阻R12、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C2、比较器U4组成信号转换模块。

电阻R14和二极管D1都不属于高边供电开关模块、传感器开短路诊断模块、低边接地开关模块、过流保护模块和信号转换模块。二极管D1的作用为防止电源反接。

轮速传感器为霍尔传感器，具有两种输出电流，分别代表了磁场的强弱，对应轮速的旋转时的不同旋转位置。

MCU为车载电脑中的处理器。

具体实施中，三极管Q2～Q4都是NPN型三极管，三极管Q5是PNP型三极管。比较器U4的信号为LM2903，采样电阻R4的阻值为120Ω。

具体实施中，WSP与WSS分别连接轮速传感器的两端，且所使用的轮速传感器为霍尔型，其能够根据车轮上齿圈的凹凸变化产生7mA与14mA的电流信号。比较器U4型号LM2903。各个元件的参数取值设置为：

三极管Q5型号QNSL12TT1、三极管Q2型号QMJE340、三极管Q3型号QMJE340、复合三极管Q23型号QMJE340，三极管Q4QMJE340。

电阻R1阻值1K、电阻R2阻值10K、电阻R3阻值47K、电阻R5阻值1K、电阻R9阻值5.1K、电阻R6阻值100K、电阻R4阻值120Ω、电阻R15阻值10K、电阻R16阻值30K、电阻R17阻值10K、电阻R18阻值10K、电阻R19阻值30K、电阻R20阻值10K、电阻R21阻值5.1K、电阻R7阻值4K、电阻R8阻值1K、电阻R10阻值5.1K、电阻R12阻值4.7K、电阻R11阻值8.3K、

电容C5容值10nf、电容C1容值10nF、电容C3容值100nF、电容C4容值100nF、电容C2容值100nF。

本发明的具体实施工作过程如下：

1)供电

高边供电开关模块中：

当MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2输出低电平(0V)，则三极管Q2不导通，使得三极管Q5的1号发射极与3号基极的电位一致，之间不产生压差，使得三极管Q5不导通，车载电源VBAT无法经三极管Q5到达轮速传感器的正极接口WSP。

当MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2输出高电平(3.3V)，则三极管Q2导通，使得三极管Q5的1号发射极与3号基极的电位差大于0.7V，而产生压差，使得三极管Q5导通，车载电源VBAT通过二极管D1和三极管Q5到达三极管Q5的2号集电极引脚，进而到达轮速传感器的正极接口WSP。

低边接地开关模块中：

当MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1输出低电平(0V)，则三极管Q3的2号基极与1号基极的电位一致，之间不产生压差，使得三极管Q3不导通，低边接地开关模块断开，轮速传感器的负极接口WSS无法经三极管Q3接地导通。

当MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2输出高电平(3.3V)，则三极管Q3的2号基极与1号发射极的电位之间产生压差，使得三极管Q3导通，低边接地开关模块闭合，轮速传感器的负极接口WSS经三极管Q3接地导通。

在汽车需要轮速传感器工作前，控制MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2均输出高电平(3.3V)，带动轮速传感器两端导通通电，实现对轮速传感器的供电。

2)开短路诊断

通常在汽车刚点火启动后的一段时间内，在传感器开短路诊断模块中，分以下几种情况进行诊断：

情况1：轮速传感器的正极接口WSP对电源VBAT短路

情况2：轮速传感器的正极接口WSP对地短路

情况3：轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路

情况4：轮速传感器的负极接口WSS对地短路

情况5：轮速传感器自身开路故障

以上四种短路诊断前，按照以下方式先控制MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2、MCU_CTR1和MCU_CTR3

首先控制MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2与MCU_CTR1输出低电平(0V)，使得高边供电开关模块的高边三极管Q5与低边接地开关模块的低边三极管Q3均断开；且控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3输出高电位(3.3V)。

针对情况1：轮速传感器的正极接口WSP对电源VBAT短路

控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3输出低电位(0V)，使得复合三极管Q23的4号引脚与3号引脚处于断开状态：

当正常没有轮速传感器的正极接口WSP对车载电源VBAT短路故障下，通过MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为1V以下。

当轮速传感器的正极接口WSP对电源VBAT短路故障产生时，MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为电阻R16与电阻R17两电阻的分压，其值为3V以上，从而实现判断检测。

针对情况2：轮速传感器的正极接口WSP对地短路

在MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3输出高电位(3.3V)，使得复合三极管Q23的4号引脚与3号引脚处于闭开状态，两引脚电位基本一致，为车载电源VBAT减去二极管D1的压降：

当正常无轮速传感器的正极接口WSP对地短路故障下，MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为R15、R16、R17三电阻的分压，其值为3V以上。

当轮速传感器的正极接口WSP对地短路故障产生时，MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压其值为1V以下，从而实现判断检测。

针对情况3：轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路

在MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3输出低电位(0V)，使得复合三极管Q23的4号引脚与3号引脚处于断开状态：

当正常无轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路故障下，通过MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为1V以下。

当轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路故障产生时，MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为R19与R20两电阻的分压，其值为3V以上，从而实现判断检测。

针对情况4：轮速传感器的负极接口WSS对地短路

在MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3输出高电位(3.3V)，使得复合三极管Q23的4号引脚与3号引脚处于闭开状态，两引脚电位基本一致，为VBAT减去二极管的压降。

当正常无轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路故障下，MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为R18、R19、R20三电阻的分压，其值为3V以上。

当轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路故障产生时，MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压其值为1V以下，从而实现判断检测。

针对情况5：轮速传感器开路故障

在MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2输出高电位(3.3V)，高边三极管Q5闭合；同时MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1输出高电位，低边三极管Q3闭合，此时使得轮速传感器处于正常的供电与接地状态。

当在车辆的车轮不动或者车辆行驶下车轮转动时，轮速传感器恒定输出7mA或14mA的电流，这样就会在R4上产生压降，MCU通过第三模数采样口MCU_ADC3读取电阻R4上的电压大于0.8V，轮速传感器则没有开路。

3)过流保护

在轮速传感器任何通电工作过程中，可以在车辆运行过程中，在过流保护模块中按照以下方式进行过流保护：

轮速传感器输出过流的电流，电流流过电阻R4产生压降UR4，电阻R7与电阻R8对压降UR4进行分压，当三极管Q4的2号基极与1号发射极之间的电压差大于0.7V，使得三极管Q4导通接地，此时三极管Q3的2号基极被接地即被下拉到(0V)，三极管Q3关断，轮速传感器的负极接口WSS无法经三极管Q3接地导通，使得轮速传感器所在的回路被过流关断。

4)信号转换

在轮速传感器任何正常工作过程中，在信号转换模块中检测轮速传感器输出的轮速信号进行解析进而发送到MCU：

比较器U4的阈值电压为：3.3V*(4.7K/(4.7K+8.3K))≈1.2V，轮速传感器根据不同轮速检测情况输出7mA电流和14mA电流的两种高低电流，一般情况下代表了不同磁场强弱。

当轮速传感器输出7mA电流，流经电阻R4上的压降为＝120Ω*7mA＝0.84V，由于电阻R4一端接地，电阻R4另一端连接输入到比较器U4的正相输入端的电压则为0.84V，比较器U4比较0.84V和阈值电压，0.84V比阈值电压低，则比较器U4的6号引脚OUT输出低到MCU。

当轮速传感器输出14mA电流，流经电阻R4上的压降为＝120Ω*14mA＝1.68V，由于电阻R4一端接地，电阻R4另一端连接输入到比较器U4的正相输入端的电压则为1.68V，比较器U4比较1.68V和阈值电压，1.68V比阈值电压低，则比较器U4的6号引脚OUT输出高到MCU。

从而到信号转换模块实现不同轮速信号的解析检测，MCU从信号转换模块获得轮速信号的分类结果。

具体实施可按照附图2所记载的流程进行依次处理和检测，实现车辆轮速信号的实时处理和故障检测。

Claims (10)

1.一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

包括二极管D1、高边供电开关模块、传感器开短路诊断模块、低边接地开关模块、过流保护模块和信号转换模块；轮速传感器分别经高边供电开关模块、低边接地开关模块后和车载电源VBAT、地连接，车载电源VBAT和高边供电开关模块之间经二极管D1连接，轮速传感器和传感器开短路诊断模块连接，同时低边接地开关模块分别和过流保护模块、信号转换模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的高边供电开关模块包括了三极管Q5、电阻R1、电阻R2、三极管Q2、电阻R3、电阻R5和电容C5；

车载电源VBAT连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极经电阻R1后和三极管Q5的基极连接，二极管D1的阴极与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的基极经电阻R2和三极管Q2的集电极连接，三极管Q5的集电极和轮速传感器的正极接口WSP连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R3和自身的集电极连接，三极管Q2的基极经电阻R5和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2连接，用于接收来自MCU的第二电平控制信号；二极管D1的阴极和三极管Q5的集电极和传感器开短路诊断模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的传感器开短路诊断模块包括复合三极管Q23、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21；

二极管D1的阴极与复合三极管Q23的4号引脚连接，复合三极管Q23的3号引脚分别经电阻R15、电阻R18后和轮速传感器的负极接口WSS、高边供电开关模块的三极管Q5的集电极相连，复合三极管Q23的5号引脚与6号引脚直接相连，复合三极管Q23的1号引脚接地，2号引脚连接到MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3，用于接收来自MCU的第三电平控制信号；

轮速传感器的正极接口WSP经电容C5接地，轮速传感器的正极接口WSP、轮速传感器的负极接口WSS分别经电阻R16、电阻R19连接MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2，同时MCU的第一模数采样口MCU_ADC1、第二模数采样口MCU_ADC2分别经电阻R17、电阻R20接地，轮速传感器的负极接口WSS和低边接地开关模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的复合三极管Q23是由两个三极管连接构成，一个三极管的基极和另一个三极管的集电极连接，一个三极管的发射极作为4号引脚，一个三极管的集电极作为3号引脚，一个三极管的基极作为5号引脚，另一个三极管的集电极作为6号引脚，另一个三极管的基极作为2号引脚，另一个三极管的发射极作为1号引脚。

5.根据权利要求1所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的低边接地开关模块包括三极管Q3、电阻R9、电阻R6和电阻R4；轮速传感器的负极接口WSS和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的基极经电阻R9连接到MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1，用于接收来自MCU的第一电平控制信号；三极管Q3的基极和三极管Q4的集电极直接连接，三极管Q3的发射极经电阻R21和MCU的第三模数采样口MCU_ADC3连接，三极管Q3的基极经电阻R6后接地；三极管Q3的基极、发射极和过流保护模块连接，三极管Q3的发射极经电阻R4后和过流保护模块连接，三极管Q3的发射极和信号转换模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的过流保护模块包括电阻R4、电阻R7、电阻R8和三极管Q4；

三极管Q4的发射极经电阻R4和低边接地开关模块的三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的发射极经电阻R7后和三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的发射极经电阻R8后和自身的基极连接。

7.根据权利要求1所述的一种车用轮速信号处理电路，其特征在于：

所述的信号转换模块包括电阻R4、电阻R10、电容C1、电阻R12、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C2和比较器U4；比较器U4的正相输入端依次经电阻R10、电阻R4后接地，同时电阻R10、电阻R4之间引出和低边接地开关模块的三极管Q3的发射极，比较器U4的正相输入端经电容C1接地，比较器U4的反相输入端分别经电容C3、电阻R12接地，比较器U4的反相输入端依次经电阻R11、电容C4后接地，电阻R11和电容C4之间引出接3.3V电源，比较器U4的正极端同时连接3.3V电源和经电容C2接地，比较器U4的负极端连接地，以比较器U4的输出端作为车用轮速信号处理电路的输出端并连接到MCU的轮速信号输入口。

8.应用于权利要求1-7任一所述车用轮速信号处理电路的车用轮速信号处理方法，其特征在于：

在轮速传感器工作前，控制MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2和MCU的第二驱动输出端MCU_CTR2均输出高电平，带动轮速传感器两端导通通电，实现对轮速传感器的供电；

在汽车刚点火启动后的一段时间内，通过传感器开短路诊断模块对轮速传感器的短路、开路情况进行检测；

在轮速传感器任何通电工作过程中，通过信号转换模块中对轮速传感器输出的轮速信号进行解析，并且实时通过过流保护模块进行过流保护。

9.根据权利要求8所述的车用轮速信号处理方法，其特征在于：

所述传感器开短路诊断模块中，首先按照以下方式先控制MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1、第二驱动输出端MCU_CTR2输出低电平，且第三驱动输出端MCU_CTR3输出高电平，然后进行以下步骤：

再控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3改为输出低电平，进行判断：

若MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的正极接口WSP对电源VBAT短路；

若MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的负极接口WSS对电源VBAT短路；

然后控制MCU的第三驱动输出端MCU_CTR3改为输出高电平，进行判断：

若MCU的第一模数采样口MCU_ADC1采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的正极接口WSP对地短路；

若MCU的第二模数采样口MCU_ADC2采集到的电压为3V以上，则轮速传感器的负极接口WSS对地短路；

然后控制MCU的第一驱动输出端MCU_CTR1和第二驱动输出端MCU_CTR2君输出高电平，进行判断：

若MCU的第三模数采样口MCU_ADC3采集到的电压小于轮速传感器最低输出电流和电阻R4之间乘积的电压，则轮速传感器开路。

10.根据权利要求8所述的车用轮速信号处理方法，其特征在于：

所述过流保护模块中，按照以下方式进行过流保护：当三极管Q4的基极与发射极间的电压差大于0.7V，使得三极管Q4导通接地，三极管Q3基极接地被关断，轮速传感器的负极接口WSS无法经三极管Q3接地导通，使得轮速传感器所在的回路被过流关断；

所述信号转换模块中，按照以下方式对轮速传感器的轮速信号进行解析进而发送到MCU：

比较器U4反相输入端通过电阻R12、R11在电源和地之间设置阈值电压，

轮速传感器输出的电流流经电阻R4产生的压降电压输入到比较器U4的正相输入端，比较器U4比较压降电压和阈值电压，判断：

当压降电压比阈值电压低时，则轮速传感器输出较低电流，比较器U4的输出端输出低到MCU；

当压降电压比阈值电压高时，则轮速传感器输出较高电流，比较器U4的输出端输出高到MCU。