設計一種智能限速裝置，利用速度傳感器將轉變成的電壓信號輸送給ECU（Electronic Control Unit），來控制速度，速度達到規定值時切斷電路達到限速的目的。本文介紹了限速裝置的工作原理，詳細講述了系統的組成、原理和測試方法。系統采用硬件兼軟件對測量過程及測量結果進行處理。與傳統的限速裝置相比，此限速器具有結構簡單、新穎、易于實現的特點。實驗證明在整個調速范圍內都取得了良好的效果，系統具有良好的穩態精度及動態響應性能，同時也提高了限速裝置的整體性能。

關鍵詞
數據采集；控制裝置；磁電式傳感器；霍爾式傳感器

Design of vehicles speed limiting device

Abstract
One kind of intelligent speed limiting device is designed, using the speed sensor will change into a voltage signal transmission to the ECU (Electronic Control Unit), to control the speed of up to the required duty to cut off the circuit speed purposes. This paper introduced the working principle of speed device, described in detail the composition of the system, principles and testing methods. Hardware and software systems used to measure the process and measurement process. With the traditional speed devices compared to this over speed governor is simple in structure, innovative, easy-to-implement features. Throughout the experiment proved that within the governor have made a good result, the system has a good steady performance of accuracy and dynamic response, but also raise the speed limit device performance.

Keywords
Data collect; Control device; Dyadic sensor of magnetoelectricity; Dyadic sensor of Hall
0 引言
近年來，汽車保有量迅速增加，車輛安全性已成為人們最關心的問題。為了保障人民生命財產安全，政府部門制定了相關的道路交通安全法規，為了滿足安全法規和消費者對車輛安全性的要求，廠商采取了多方面措施來改善車輛的安全性能，其中電子技術起了很大的作用。隨著現代電子技術的發展，車輛電子化的程度越來越高，車輛傳感器成為汽車電子控制系統的重要組成部件，也是車輛電子技術領域研究的核心技術之一。車輛內傳感器的工作環境十分惡劣，因此對傳感器的要求也十分嚴格。這些傳感器必須要經受40℃~+150℃的溫度變化，而且要求精度高、可靠性好、反應快、抗干擾和抗振動能力強，才能準確地實時檢測車輛運行的有關狀態，速度傳感器是列車安全行駛的重要設備，它能否穩定工作，將直接影響到車輛的正常運行。
在現代汽車電子控制中，傳感器廣泛用于發動機控制系統、底盤控制系統、車身控制系統和導航系統中，傳感器的使用數量和技術水平決定了現代車輛控制系統的性能，為汽車性能的改善提供了有力保障。傳感器是汽車電子控制系統的信息源，是促進汽車高檔化、電子化、自動化的關鍵部件，也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。傳感器能及時識別外界和系統本身的變化，對溫度、壓力、位置、轉速、體積流量等信息進行實時、準確的測量，并將信息傳遞給電腦進行處理，從而實現汽車各系統的電子控制[1]。現代社會對車輛性能的要求越來越高，促使汽車傳感器技術不斷發展，今后汽車傳感器的發展趨勢是實現微型化、智能化和多功能化，開發新材料、新工藝和新型傳感器。
1 工作原理
1.1 車輛限速裝置的工作原理
車輛自動強制限速裝置，包括傳感器、控制電路和操控機構。車輛限速器分為兩種：一種是在車輛超速時發出語音警報，提醒駕駛者減速；另一種限速器是在車輛超過限定速度后，通過車載電腦發出指令，強制降低車輛行駛速度。
車輛遙控自動限速器由發射器和接收器組成，采用遙控專用編碼集成塊。通過對遙控限速進行編碼，使每一組編碼對應一種車速限制，并利用設置在路碼表與之刻度同步上的光電傳感器進而控制執行繼電器切斷和接續汽車起動、點火和熄火回路，從而達到控制車速的目的。限速器的發射器包括固定發射器和移動發射器，固定發射器安裝在需限速道路路段的出入口處，移動發射器由執法人員掌握，接收器安裝在各受控車輛的駕駛室內。
車輛智能限速器由汽車傳感器、微電腦速度控制儀和智能機械手組成。 其工作原理是：當車輛速度低于設定值時，控制儀不啟動機械手，車輛行駛如常；當車輛速度臨界設定值時，控制器立即啟動機械手拉起油門，等同于司機放松油門，汽車只能滑行減速不能加速，從而使車速得到控制；當車輛速度低于設定值時，控制器立即反向放松油門，使油門恢復如初。由于它的科學控速原理，車輛限速時呈自然、平穩狀態，不易被站立的乘客察覺。
電子限速的作用是限制車速過高，防止因車速過高造成事故。電子限速器可以實時監測車輛的速度，當車速達到一定值的時候，它就會控制供油系統和發動機的轉速，這時即使踏下油門踏板，供油系統也不會供油。
1.2? 速度傳感器
1.2.1 霍爾式速度傳感器
霍爾效應是一種磁電效應[2]，是德國物理學家霍爾1879年研究載流導體在磁場中受力的性質時發現的。流垂直于外磁場方向通過導體時，在垂直于磁場和電流方向的導體的兩個端面之間出現電勢差的現象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓）。根據霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。
霍爾效應在應用技術中特別重要，如果對位于磁場(B)中的導體(d)施加一個電壓(V)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現象被稱為霍爾效應。好比一條路, 本來大家是均勻的分布在路面上, 往前移動。當有磁場時, 大家可能會被推到靠路的右邊行走。故路(導體)的兩側, 就會產生電壓差。這個就叫“霍爾效應”。其原理圖如下圖1所示。
?
圖1 霍爾效應原理圖

霍爾傳感器常用來檢測車輛上車速和轉速的信號。霍爾傳感器由傳感頭和齒心組成，其傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成。霍爾車速傳感器的工作原理：在齒蹦轉動的過程中，使得通過霍爾元件的磁力線密度發生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準正旋波電壓，此信號由電子電路轉換成表中的脈沖電壓。由霍爾原理可知，霍爾傳感器的輸出電壓與被測物體的運動速度無關，因此它的高、低、速特性都很好，若用其測量物體的轉速，其下限速度可以接近于0，上限速度從理論上講可以不受限制，即它可以滿足工程中各種運行速度的測量。霍爾輪速傳感器還有1000Km/h，以下優點：一是輸出信號電壓幅值不受轉速的影響；二是頻率響應高，其幅頻響應可高達,相當于車速為時所檢測的信號頻率；三是抗電磁波干擾能力強。正因為如此，車輛上的車速傳感器大都采用霍爾式傳感器。
霍爾元件產生的霍爾電壓U的大小為：
式中：
?：控制電流，A；
?：帶電粒子的電荷， = ；
B：磁感應強度，T；
d：半導體的厚度，mm；
n：電子濃度。
當齒圈轉到兩個齒輪都與霍爾元件對正時，永磁體轉到霍爾元件的磁力線分散，磁場較弱，輸出的霍爾電壓較小；當齒圈轉到一個齒與霍爾元件對正時，永磁體轉到霍爾元件的磁力線集中，磁場較強，輸出的霍爾電壓較大。齒輪轉動過程中，使得通過霍爾元件的磁力線密度發生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準正弦波電壓，此信號由電子電路轉換成表中的脈沖電壓。
1.2.2 磁電式速度傳感器
磁電式傳感器與霍爾式傳感器是車輛上常用來檢測車速和轉速的信號[3]。磁電式傳感器是利用電磁感應原理工作的，即：當閉合回路中的磁通量發生變化時，回路中就產生感應電動勢，其大小與磁通量的變化率有關，即? ：
?：感應電動勢；
Ｎ：導電回路中線圈的匝數；
?：穿越線圈磁通量的變化率；
通過改變 就可以改變感應電動勢E的變化，而在實際應用過程當中，改變 的方式有3種，即移動線圈、移動磁鐵或改變磁阻，與之對應的分別稱為動圈式磁電傳感器、動鐵式磁電傳感器及磁阻式磁電傳感器。而在車輛上應用最廣的是磁阻式磁電傳感器。下面以磁阻式磁電傳感器為例來講磁電式傳感器在車輛上的應用情況。磁阻式磁電傳感器在車輛上的應用可以用來檢測發動機轉速和車輪轉速，一般由傳感頭和齒圈組成，而傳感頭主要由永磁體、磁極和感應線圈組成。當齒圈的齒隙與傳感器的極軸端部相對時，極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最大，磁阻也最大，通過感應線圈的磁通量最小。而當齒圈的齒頂與傳感器的極軸端部相對應時，極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最小，磁阻也最小，通過感應線圈的磁通量最大。當齒圈隨同車輪轉動時，齒圈的齒頂和齒隙就交替地與傳感器極軸頂部相對，傳感器感應線圈周圍的磁場隨之發生強弱交替變化，在感應線圈中就會感應出交變電動勢，其頻率與齒圈的齒數和轉速成正比。
磁電式輪速傳感器結構簡單、成本低，缺點是：一是輸出信號的幅值隨轉速的變化而變化。若車速過慢，其輸出信號低于1V，電控單元就無法檢測；二是響應頻率不高。當轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國內外ABS系統的控制速度范圍一般為15km/h～160km/h，今后要求控制速度范圍擴大到8km/h～260km/h以至更大，顯然磁電式輪速傳感器很難適應。