單擊此處編輯母版標題,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*/2,4,汽車電子技術(shù)基礎(chǔ),第一節(jié) 汽車傳感器,傳感器一般是把一個,非電的被測量值,轉(zhuǎn)換成一個,電量值,的裝置現(xiàn)代汽車之所以具有,“,智能,”,，首先要能夠?qū)崟r的,感知,汽車的運行狀態(tài)，,傳感器,就是現(xiàn)代汽車的各類,“,感官,”,根據(jù)各類傳感器感知的物理量和用途可以劃分為：,一、位置,/,角度傳感器,二、速度,/,角速度傳感器,三、加速度傳感器,四、應(yīng)力,/,壓力傳感器,五、氣體傳感器,六、光電傳感器,七、溫度傳感器,第一節(jié) 汽車傳感器,現(xiàn)代汽車各類傳感器的功用及其分布,一、位置,/,角度傳感器,用途：,用于感知加速踏板、制動踏板、懸架位置、節(jié)氣門位置、車頂頂篷位置、車窗位置、液位高度等分類：,1,利用電位計測量的傳感器,2,利用電磁感應(yīng)測量的傳感器,3,利用霍爾效應(yīng)測量的傳感器,一、位置,/,角度傳感器,1,利用電位計測量的傳感器,測量原理是采用電位計的電壓（阻值）的變化反應(yīng)被測量的變化一、位置,/,角度傳感器,2,利用電磁感應(yīng)測量的傳感器,在激勵線圈中通過交變的正弦信號，沿著,E,形導(dǎo)磁體產(chǎn)生交變得磁場，在中間的導(dǎo)磁體部分，磁場分布均勻，形成勻強磁場。

短路環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生巨大的電流，短路環(huán)產(chǎn)生與外部磁場相反的磁場，使得短路環(huán)的感應(yīng)電動勢為零于是短路環(huán)右側(cè)的磁場強度為零，左側(cè)磁場仍然為勻強磁場，整個傳感器的電感值取決于短路環(huán)的位置短路環(huán)的位置越靠左，傳感器的電感值越小，通過監(jiān)測電感知的大小即可以簡潔感知段輪換的位置圖,2-3,電磁感應(yīng)短路測量原理,1-,導(dǎo)磁體；,2-,電流,I,；,3-,短路環(huán)；,4-,激勵線圈,圖,2-4,柴油機齒條位置傳感器,1-,導(dǎo)磁體；,2-,參考線圈；,3-,固定的短路環(huán)；,4-,油泵齒條被測位移；,5-,短路環(huán)；與齒條一起移動；,6-,檢測線圈,一、位置,/,角度傳感器,3,利用霍爾效應(yīng)測量的傳感器,霍爾效應(yīng)傳感器被廣泛應(yīng)用于角度檢測、位置檢測、轉(zhuǎn)速測量等場合,磁場,B,中，存在通有電流,I,的導(dǎo)體，則導(dǎo)體在,垂直于,磁場,B,和電流,I,方向上存在電壓,V,H,：,圖,2-6,霍爾傳感器工作原理,一、位置,/,角度傳感器,3,利用霍爾效應(yīng)測量的傳感器,傳感器輸出電壓,V,H,取決于材料常數(shù),R,H,、檢測材料的厚度,d,、激勵電流,I,和電磁場,B,的大小當(dāng),R,H,、,d,和,I 3,個參數(shù)不變時輸出電壓,V,H,取決于,B,。

當(dāng)永磁體接近霍爾芯片的檢測面時,B,增大,，霍爾傳感器輸出,“,高,”,電平；當(dāng)磁鐵遠離霍爾芯片的檢測面時,B,減小,，霍爾傳感器輸出,“,低,”,電平a,）（,b,）（,c,）（,d,）,圖,2-6,霍爾接近開關(guān)工作原理圖,（,a,），（,b,）平行運動檢測；（,c,），（,d,）垂直運動檢測,一、位置,/,角度傳感器,3,利用霍爾效應(yīng)測量的傳感器,霍爾傳感器還可以用來檢測汽車上的各種轉(zhuǎn)速信號，包括,ABS,控制系統(tǒng)的,輪速傳感器,、發(fā)動機控制系統(tǒng)的,凸輪軸,和,曲軸轉(zhuǎn)速,、變速器控制系統(tǒng)中的,軸速,等二、速度,/,角速度傳感器,在汽車電子控制系統(tǒng)中，,速度,或者,角速度,傳感器是一大類傳感器，尤其是角速度傳感器，是所有車輛必須裝備的傳感器目前轉(zhuǎn)速傳感器從原理上分主要分為,磁電式,和前述的,霍爾式,兩大類從功能上分：,1,直線速度的測量,2,角速度的測量,二、速度,/,角速度傳感器,1,直線速度的測量,與測量位移時的交變激勵電流不同，此時激勵電流,必須為恒值,，,保持不變,，或者可以用,永磁鐵替代激勵線圈,，在,E,形電磁鐵的空隙中產(chǎn)生固定的,勻強磁場,于是在斷路環(huán)（檢測線圈）上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,U,M,為：,二、速度,/,角速度傳感器,1,直線速度的測量,當(dāng)磁場為恒定磁場時，斷路環(huán)的輸出電壓正比于線圈的運動速度。

典型應(yīng)用在柴油機,電磁閥,、,噴油器針閥的升程,測量,二、速度,/,角速度傳感器,2,角速度的測量,角速度的測量方法主要有,磁電式,和,霍爾式,兩種，它們都采用,傳感器,和,測速齒盤,之間的相互作用來測量轉(zhuǎn)速,霍爾傳感器,的輸出電壓取決于磁感應(yīng)強度,B,，因此,不論轉(zhuǎn)速高低，霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出幅值都是標準的電平,跳變信號，,相鄰跳變,（邊沿）的電平之間的,時間間隔,代表了轉(zhuǎn)速信息,葉輪的,形狀,可導(dǎo)致正傳和反轉(zhuǎn)的,占空比,不一致，可利用這一規(guī)律判斷葉輪的正傳和反轉(zhuǎn),二、速度,/,角速度傳感器,2,角速度的測量,磁電式轉(zhuǎn)速傳感器,同樣形狀的齒盤、同一傳感器，在間距不變、不同轉(zhuǎn)速下，盡管轉(zhuǎn)過一個凸齒和缺齒所對應(yīng)的一致，但是由于 不一致，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，由于 變小而導(dǎo)致輸出幅值變大一個齒盤的轉(zhuǎn)速,n,可表示為：,Z,為齒數(shù)；為轉(zhuǎn)過一個齒對應(yīng)的時間；,當(dāng)齒形和齒間距固定不變時，在不,同轉(zhuǎn)速下是不變的，于是磁電式轉(zhuǎn)速傳,感器的輸出電壓為：,二、速度,/,角速度傳感器,2,角速度的測量,磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出幅值將隨著轉(zhuǎn)速的升高而線性增大以發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速傳感器為例，在發(fā)動機起動階段（對應(yīng)發(fā)動機平均轉(zhuǎn)速為,100,200r/min,），磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號幅值只有,0.2,1.0V,；但在發(fā)動機高速工況（對應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速,5000,6000r/min,）時，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號幅值可以超過,50 V,。

因此磁電式轉(zhuǎn)速傳感器在信號處理上，要比霍爾轉(zhuǎn)速傳感器復(fù)雜優(yōu)點：,無需外部供電,結(jié)構(gòu)簡單，線圈加上永磁鐵，其成本低；,齒盤和傳感器之間的安裝間隙，不像霍爾式傳感器要求那么敏感三、加速度傳感器,1,直線加速度的測量,加速傳感器在,車輛的動力學(xué),控制、,被動安全,控制系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,加速度傳感器的工作原理大多采用基于,電容測量,的原理,改變兩個平板之間的距離,d,、改變相對介電常數(shù)，、改變兩個平板之間的,相對,面積,A,，都可以改變電容的容值三、加速度傳感器,1,直線加速度的測量,通過測量電容的大小可以得到相應(yīng)的位移變化,x,2,角速度,陀螺儀的測量原理,3,爆燃傳感器的工作原理,四、應(yīng)力,/,壓力傳感器,1.,基于電容測量的方法，將,壓力,轉(zhuǎn)化為彈性材料的,變形,，再利用電容的方法測量變形量,2.,壓阻效應(yīng)的方法，將壓力所引起的材料變形，轉(zhuǎn)化為,電阻,的變化,五、氣體傳感器,目前由于對發(fā)動機排放的要求越來越高，因此越來越多的車輛上都裝備了檢測,氣體流量,或者成分的傳感器，包括,氧傳感器,（又叫空燃比傳感器）、,NOx,傳感器,、,空氣流量傳感器,和,NH,3,（氨氣）傳感器,等。

1,氧傳感器,氧傳感器的基本工作原理采用了氧化鋯（,ZrO,2,）對氧離子的擴散作用的原理,當(dāng)混合氣較稀時，氧化,鋯產(chǎn)生的電壓低，大約為,100 mV,；反之，當(dāng)混合氣濃,時，氧化鋯組件產(chǎn)生的電壓,就高,(800,900 mV),五、氣體傳感器,當(dāng)混合氣較稀時，氧化鋯產(chǎn)生的電壓低，大約為,100 mV,；反之，當(dāng)混合氣濃時，氧化鋯組件產(chǎn)生的電壓就高,(800,900 mV),上述寬氧傳感器的擴散限制電流的工作原理，也可以用于氮氧化物（,NOx,）的檢測,五、氣體傳感器,2,空氣流量傳感器,熱線式,空氣流量計的工作原理是把通電加熱的鉑絲置于空氣中，使熱線溫度和吸入空氣溫度差保持在,100,左右，鉑絲成為惠斯通電橋電路的一個橋臂熱線電阻因空氣流動的冷卻作用，阻值發(fā)生變化，使電橋失去平衡為了保持電橋平衡，必須提高電橋供電電壓，加大流過熱線的電流，使熱線溫度升高，恢復(fù)到原來的阻值電橋輸出電壓的變化反映了空氣流速的變化五、氣體傳感器,2,空氣流量傳感器,（,1,）主流測量熱線式空氣流量計,該類傳感器把鉑絲和空氣溫度傳感器均放在進氣道中為了減小氣流中臟物沾污鉑絲，降低空氣流量傳感器的靈敏度，在混合集成電路中還設(shè)置燒凈電路，每次停機時，將鉑絲加熱，燒掉鉑絲上的臟物,五、氣體傳感器,2,空氣流量傳感器,（,2,）旁通熱線式空氣流量計,將鉑絲和溫度補償電阻繞在陶瓷繞線管上，安裝在旁通空氣氣道上，從而提高了鉑絲的壽命,。

圖,2-27,旁通熱線式空氣流量計,五、氣體傳感器,2,空氣流量傳感器,（,3,）主流測量熱膜式空氣流量計,這種空氣流量計將,熱線,、,補償電阻,、,精密電阻,等鍍在一塊陶瓷片上或?qū)l(fā)熱金屬鉑固定在樹脂膜上，使制造成本降低，且發(fā)熱體不直接承受氣體流動所產(chǎn)生的作用力，增加了發(fā)熱體的強度，提高了傳感器的可靠性和使用壽命,圖,2-28,主流測量熱模式空氣流量計,六、光電傳感器,在汽車上用到的光電傳感器包括,絕對位置光電編碼器,、,相對位置光電編碼器,（電機控制的相位檢測）、,雨滴傳感器,、,雷達傳感器,等,1,絕對位置光電編碼器,優(yōu)點是精度好，抗干擾能力強；,缺點是需要多個編碼盤的軌道和光電管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本高，目前應(yīng)用較少圖,2-30,絕對位置光電編碼器,六、光電傳感器,2,相對位置光電編碼器,由,光源,、,直線光柵,、,采樣板,和,4,個,光電二極管,組成為了確定傳感器的初始位置，還有一個,參考位置,和,輔助光柵,及,輔助光電管,由于可以精確測量位置和速度，因此這種傳感器在,電機控制,、,機床控制,等領(lǐng)域應(yīng)用很多在汽車工業(yè)中，,轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器,也可以采用光電傳感器圖,2-31,相對位置光電編碼器,六、光電傳感器,3,雨滴傳感器,雨滴傳感器在,前照燈,控制、,遠光燈,控制和,自動刮水器,控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,4,雷達傳感器,實現(xiàn),自適應(yīng)導(dǎo)航,控制和,倒車報警,等功能,圖,2-32,雨滴傳感器工作原理示意圖,第二節(jié) 電子控制單元,電子控制單元（,ECU,）是實現(xiàn)汽車電子控制的核心部件。

ECU,主要由輸入接口、微機（微處理器）和輸出接口等組成,信號輸入：微機接收來自傳感器或控制開關(guān)的電信號，并對傳感器提供基準工作電壓（,2V,、,5V,、,9V,或,12V,）信號處理：采集輸入信息，通過邏輯電路將輸入信號加工成輸出指令存儲：程序指令、車輛參數(shù)、運算數(shù)據(jù)及故障信息等均被存入存儲器指令輸出：,微機將輸入的信,號處理后，調(diào)用,程序指令，向執(zhí),行器發(fā)出控制指,令或?qū)⑿畔⒃趦x,表板上顯示輸出一、輸入接口,輸入接口是把傳感器輸出的,模擬信號,轉(zhuǎn)換成由微機能進行運算的,數(shù)字電路,信號A/D,轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號,數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個,相對,大小，還要經(jīng)過,參考值,的比較才能確定其大小例如，對于一個,2,位的電壓,A/D,轉(zhuǎn)換器，如果將參考設(shè)為,1V,，那么輸出的信號有,00,、,01,、,10,、,11,，,4,種編碼，分別代表輸入電壓在,0V-0.25V,0.26V-0.5V,0.51V-0.75V,0.76V-1V,時的對應(yīng)輸入分為,4,個等級編碼，當(dāng)一個,0.8V,的信號輸入時，,A/D,轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)為,11,二、輸出接口,微機輸出的電信號是,數(shù)字信號,，而有些執(zhí)行器需要用,模擬信號,驅(qū)動，因此，輸出接口需要,D/A,轉(zhuǎn)化器,，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。

微機的輸出指令通常是,微弱電流,，不能直接驅(qū)動,執(zhí)行器,，因此，輸出接口能把微機輸出的微弱電信號通過,大功率晶體管,進行,功率放大,，供給執(zhí)行器較大電流的電路執(zhí)行器有,電磁線圈,、,微型電動機,、,繼電器,、,壓電元器件,及,顯示報警裝置,等三、微機,微機是微型電子計算機的簡稱，主要包括中央處理器（,CPU,）、存儲器、輸入和輸出通道、地址總線和數(shù)據(jù)總線等圖,2-2-2,微機的結(jié)構(gòu)組成,第三節(jié) 汽車電控執(zhí)行器,執(zhí)行器的主要任務(wù)是根據(jù),電子控制器,（,ECU,）輸出的,控制信號,來完成所需的,機械動作,，以實現(xiàn)某一系統(tǒng)的,調(diào)整,和,控制,執(zhí)行器大致可分為,直行式,執(zhí)行器和,旋轉(zhuǎn)式,執(zhí)行器兩大類,從形式上劃分包括：,一、電磁線圈,二、微型電動機,三、繼電器,四、壓電元器件,五、顯示報警裝置,一、電磁線圈式執(zhí)行器,電磁線圈原理是利用通過導(dǎo)線周圍。