汽车电子控制装置

汽车电子控制装置 汽车电子控制装置汽车电子控制装置 课题一课题一 传感器的原理传感器的原理 技能点技能点 ◇ ◇ 正确识别汽车传感器 ◇ ◇汽车传感器的结构 一、任务引入一、任务引入 知识点知识点 ◇ ◇ 传感器的组成及各部分的功能 一、任务引入一、任务引入 汽车传感器广泛应用在发动机、 底盘和车身各个系统中。 例如在发动机电子控制系统中 当发动机的水温较低时，水温传感器输入 ECU 的水温信息使空燃比变浓，从而使发动机工 作稳定，如果此时水温传感器不发出冷机状态信息， 将会使空燃比变稀，导致发动机运转不 正常，同样，如果暖机后发出冷机状态信息，则将使空燃比变浓，发动机工作也不正常。本 课题要求学生能够了解传感器结构，并且熟悉传感器的原理。 二、任务分析二、任务分析 电子控制单元不断地检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可 将错误的信号存人存储器内， 需要时可以通过专用诊断仪或采取人工方法读取故障信息， 再 根据故障码信息内容， 进行维修。 汽车计算机控制系统的性能首先取决于获取的与控制过程 有关的工作变量和参数的精度，传感器或变换器可以将这些物理变量转换为相应的电信号， 传感器可以通过多种方式将被测物理量转换为电信号。 汽车计算机控制系统中普遍测量的物 理量是温度、压力、速度、位置、流量和氧气浓度等。传感器的性能指标包括测定范围、精 度、分辨率、响应特性、可靠性、耐久性、紧凑性、互换性和经济性等。 三、相关知识三、相关知识 （一）温度传感器（一）温度传感器 温度是汽车计算机控制系统的重要输入变量， 特别是在发动机控制系统中， 冷却液温 度和进气温度直接关系到喷油量和点火正时。 温度传感器常用的有热敏电阻型和热电偶型两 类。这里只介绍热敏电阻型， 热敏电阻温度传感器由镍或钴的氧化物等半导体材料制成， 其 电阻值随温度变化会产生可以预期的变化。 当热敏电阻受热时， 半导体中的电子会打破共价 1 / 6 汽车电子控制装置 键成为自由电子，使热敏电阻的电阻值减小，如图7-1a)所示，电阻值随温度的变化关系如 图 7-1b)所示，由于电阻值随着温度的提高而减小，故为负温度系数(NTC)型热敏电阻，温 度变化 1℃电阻值可以变化 5％～10％，电阻值为 10kΩ 的热敏电阻在发动机工作温度范围 内的阻值变化范围为 500—10000Ω 。 尽管热敏电阻在高温范围内的灵敏度有所降低， 但热敏电阻温度传感器仍然具有很高的 灵敏度，可以测量到 0．05℃的温度变化。 图图 7-17-1热敏电阻工作原理热敏电阻工作原理 a）热敏电阻温度传感器；b) 热敏电阻温度传感器的温阻特性 （二）空气流量传感器（二）空气流量传感器 叶板式空气流量传感器叶板式空气流量传感器如图7-2 所示，它的壳体中有一根转轴， 转轴的一端设有螺旋回位弹簧， 在转轴上固 定着传感叶板， 传感叶板由测量叶片和缓冲 叶片构成， 传感叶板的转轴与一个电位计的 滑臂相联， 电位计的陶瓷底板上镀有耐磨的 滑轨。空气通过叶板式空气流量传感器时， 流动的空气将推动测量叶片绕转轴摆动， 空 气流量越大，叶片的摆角越大，同时，与测 量叶片连为一体的缓冲叶片在阻尼室进行 同样的摆动， 它可以对叶板形成平稳的阻尼 力， 使叶板摆动变得较为平稳， 叶板带动电 位计滑臂在滑轨上滑动，电位计的电压输出 图图 7-27-2叶板式空气流量传感器叶板式空气流量传感器 将与叶板摆角成正比。 为使流量传感器具有期望的输出特性， 电位计在陶瓷底板的背部有几 个薄膜电阻，这些薄膜电阻与滑轨相连，使电位计具有微调能力。 由于空气的体积是由进气管中的压力和温度决定的，所以，用间接方法测量进入气缸 的空气质量流量不够精确，要减小进入气缸空气质量的测量与实际进气量的偏差，可以采 用更直接的测量方法。空气流量直接测量方法更为迅速和精确，有助于提高空燃比的控制 精度，改善燃烧过程。 （三）压力传感器（三）压力传感器 进气歧管绝对压力传感器应用在 D 型 EFI 汽油喷射系统中， 它是 D 型汽油喷射系统 的重要部件，相当于 L 型 EFI 汽油喷射系统中的空气流量传感器。 2 / 6 汽车电子控制装置 半导体压敏电阻式压力传感器是利用半导体的压敏效应制成的， 它的特点是尺寸小， 精 度高，响应性好，再现性、抗震性好，且生产成本低，所以得到广泛应用。如美国通用汽车 公司、日本丰田汽车公司、克莱斯勒汽车公司生产的汽车，以及国产桑塔纳 2000GLi 型轿 车等都使用半导体压敏电阻式压力传感器。 该传感器的结构如图 7-3 所示， 它由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的混 合集成电路构成。 图 7-3 压敏电阻式进气歧管压力传感器 （四）位置传感器（四）位置传感器 应用在汽车上的位置传感器有曲轴位置传感器、 节气门位置传感器等。 其中曲轴位置传 感器是发动机电子控制系统的主要部件， 它是控制发动机点火正时、 确认曲轴位置的信号源。 曲轴位置传感器用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速的信号 源。曲轴位置传感器的结构形式有磁脉冲式、光电式和霍尔式三种。它们安装在曲轴前端、 凸轮轴前端、分电器内或飞轮上。节气门位置传感器有线性输出型和开关型两种。 它安装在 节气门体上，它可将节气门开度的变化转换成电信号输入电子控制单元 ECU , ECU 根据节 气门位置信号判定发动机的运转工况。 丰田公司 TCCS 系统使用转子磁脉冲曲轴位置传感器并安装在分电器内，其结构如图 7-4 所示。该传感器分上下两部分，上部分产生 G 信号，下部分产生 Ne 信号。两部分都是 利用带轮齿的转子旋转，使信号发生器内的线圈磁通变化，从而产生交变电势，经放大后， 将该信号输入电子控制单元。 Ne 信号用来检测曲轴转角和发动机转速信号，它相当于轮齿式曲轴位置传感器的1º 信 号。它由固定在分电器内下半部等间隔24 个齿轮的转子(即 Ne 正时转子)及固定在轮齿转 子对面的感应线圈组合而成， 如图 7-4 所示。当转子转动时，轮齿与感应线圈凸缘(即磁头) 的空气间隙变化，使感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。因为轮齿靠近及远离磁头时， 将会产生一次增减磁通的变化。所以，每一个轮齿通过磁头时，都会在感应线圈中产生一 3 / 6 汽车电子控制装置 图 7-7转子磁脉冲式曲轴位置传感器 1. Gl 感应线圈 2.No.2 正时转子 3.No.1 正时转子 4.G2 感应线圈 5.Ne 感应线圈 个完整的交流电压信号。 Ne 正时转子上有 24 个齿，转子 转一圈，即曲轴转两圈(720º)时，感 应线圈产生 24 个交流信号， 即 Ne 信 号。 Ne 信号如图 7-5 所示。 它的一个 周期的 脉冲 相当于30º 曲轴转 角 (720º÷24=30º)。更精确的转角测量 是利用 30º 转角的时间，由 ECU 再均 分 30 等份， 产生 1º 曲轴转角的信号。 同时，检测发动机的转速，是由 ECU 依照 Ne 信号的两个脉冲，即60º 曲轴 图 7-5 Ne 信号发生器结构与波形 转角所经过的时间为基准测量发动机的转速。 G 信号用于辨别气缸及检测活塞上止点位置， 这相当于轮齿磁脉冲式曲