AK协议轮速传感器模拟与解析

龙坪智能科技（常州）有限公司

于 2025-06-26 15:49:51 发布

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文章标签： AK协议

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线控制动系统（Brake-by-Wire，简称BBW）是传统液压制动系统的电子化升级，通过电子信号而非传统液压或机械方式控制制动系统，实现更精确的制动力分配、更快的响应速度和更智能的制动策略（如自动紧急制动AEB、自适应巡航ACC等）。

线控制动系统依赖高精度的传感器数据（如轮速、制动踏板位置、液压压力等），在线控制动系统中，AK协议轮速传感器是实现精准制动控制的核心部件之一。

01 AK协议整体介绍

AK协议定义：

AK协议是一种轮速传感器（WSS）和电子控制单元（ECU）的标准接口，用于数据信号的传输。传感器产生的信号经过信号调制单元处理，产生速度信号和数据信号。在线控制动中直接通过电子信号控制制动压力，替代传统液压系统。

如何测量AK信号：

AK信号是通过改变电流的大小来传输数据,电流分为三级。所以只需要测量电流的大小即可,一般情况下,需要准备一台示波器+一个电流钳即可。

AK帧结构：

一帧AK信号包含速度脉冲(speed pulse)和数据协议位(datta protocol bits),对应着速度信号和数据信号。

每一个速度脉冲表示传感器过一次齿,根据相邻两个速度度脉冲的时间间隔(齿间隙)可以算出轮速。

数据协议位表示其他附加信息,比如旋转方向、场幅度(fieeld amplitude)等内容。

AK波形：

磁环与脉冲关系:1:2

假设实车上磁环的磁对极个数为48齿,那么轮速传感感器每经过一个磁极(齿),就会产生一个脉冲。磁环转一圈共96个脉冲。一个脉冲,为下图中Δt。

02 AK轮速传感器模拟

AK轮速传感器模拟方法：

硬件模拟

（1）磁电式传感器模拟

原理：模拟传感器输出的交流电压信号（如0.5V~5V正弦波），频率与车轮转速成正比。
实现方式：使用函数发生器（如Keysight 33522B）生成可调频率的正弦波；通过运算放大器调整信号幅度和相位，匹配传感器特性。
示例参数：车轮转速 100 km/h → 传感器输出频率 1 kHz（假设齿轮比和传感器参数已知）。

（2）霍尔式传感器模拟

原理：模拟方波信号（如5V TTL电平），占空比固定（50%），频率对应转速。
实现方式：使用单片机（STM32/Arduino）或 FPGA 输出PWM信号;通过可编程电阻/电容调整信号占空比（如模拟传感器故障状态）。

软件模拟

(1) CAN总线模拟

工具：PCAN-USB、Vector VN系列、SocketCAN（Linux）。
实现步骤：定义AK协议的CAN帧格式（如ID、数据长度、字段含义）。编写程序生成轮速数据（如Python + python-can库）通过CAN总线发送模拟数据至ECU。

(2) MATLAB/Simulink建模

适用场景：算法开发阶段，模拟传感器动态响应（如齿隙、噪声）。
方法：1.使用 Simulink的Signal Builder 生成转速曲线。2.通过 CAN Pack/Unpack模块封装/解封装AK协议数据。

03 AK协议轮速数据解析

AK协议中，轮速传感器产生的信号经过信号调理单元处理，产生速度信号和数据信号。速度脉冲反映齿轮的结构，可根据相邻两个速度脉冲的时间间隔算出轮速；数据协议位表示其他额外信息，如旋转方向、场幅度等内容。

轮速数据解析步骤：

信号采集与转换：
模拟信号情况：若传感器输出的是模拟信号（如磁电式传感器的正弦波电压信号），需使用信号调理电路将其转换为适合处理的电压信号。
电流信号转换：AK协议轮速传感器发送的电流信号，需通过特定的电路将其转换成电压信号。
时间戳记录
轮速计算
数据协议位解析

不同运行模式下的解析特点：

根据输入信号的频率不同，发出的AK信号将会有两种状态：低速运行和高速运行。

低速运行：

当输入信号频率较低，距离上次检测到过齿信号的时间已超过T_stop（通常为150ms），则将信号重新发送一遍，但速度脉冲用电流大小为I_CCM的人工速度脉冲代替。

若T_stop后依然未检测到过零输入信号，继续重复发送。如果在1秒内没有检测到过齿信号，或相关迟滞电平在250毫秒内没有通过，系统进入低速模式，协议数据位中的模式位(M)由0变为1。

重复发送信号时，若一帧信号还没发送完时检测到了过齿信号输入，则发送新速度脉冲之前终止重复传输。因存在延时t_d，所以在检测到过齿信号后正在发送的数据单元（不是数据帧，只是当前的一个位）可以正常发送完毕，并且发送新速度脉冲前存在至少t_p/2的时间间隔。如图所示。

高速运行：

当输入信号的频率很高时，速度脉冲后面的9个数据单元并不一定会全部发送，但正在发送的数据单元都可以正常发送完毕，而且每帧数据一定存在一个速度脉冲。这种运行状态和低速运行中重复发送信号的终止方式一致。

04 AK协议在线控制动中的应用

在线控制动系统开发中，提前验证传感器与 ECU 的通信逻辑是缩短周期的关键。

在线控制动系统开发中，AK协议传感器的模拟用于：

轮速数据模拟传输
模拟真实工况：在开发过程中，通过模拟AK协议传感器，能够产生模拟的轮速信号，从而算出轮速。
提供多种输入场景：可以模拟不同的车速、转向方向以及传感器故障等情况，从而全面测试在线控制动系统的性能和可靠性。
制动控制策略验证
ABS防抱死控制测试：通过模拟AK协议传感器，ECU可以根据接收到的模拟轮速信号，计算出每个车轮的角加速度和滑移率，从而提高车辆的制动稳定性和操控性。
ESP电子稳定程序验证：模拟AK协议传感器提供的轮速数据，可以让ESP系统进行准确的计算和判断，及时调整各个车轮的制动力，以恢复车辆的稳定性，确保行车安全。
TCS牵引力控制测试：模拟AK协议传感器传输的轮速数据，可以让ECU及时检测到驱动轮的打滑情况，并通过降低驱动轮的驱动力或对打滑车轮进行制动，使车辆保持稳定的行驶状态
系统集成与调试
传感器与ECU匹配测试：通过模拟AK协议传感器，可以模拟不同型号、不同规格的传感器与ECU之间的通信，检查两者之间的兼容性和数据传输的准确性。
控制算法验证：模拟AK协议传感器可以提供各种不同的输入数据，用于验证控制算法的正确性和有效性，对控制算法进行优化和调整，以提高系统的性能
故障诊断与安全机制测试
故障诊断测试：模拟传感器可以模拟出各种故障信号，通过对这些故障信号的模拟和分析，可以测试ECU的故障诊断能力。
安全机制验证：通过模拟AK协议传感器，可以对这些安全机制进行测试，确保在制动系统中，关键控制指令的安全性和可靠性。