傳感器期末結(jié)課作業(yè)

1、檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)課業(yè)題目：汽車速速度傳感器檢測系統(tǒng)分析設(shè)計學生姓名：學 號：專業(yè)名稱：日 期：汽車速速度傳感器檢測系統(tǒng)分析設(shè)計摘 要 汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計是一種傳感器檢測裝置。利用車速傳感器把檢測到的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成的電壓信號輸送給計算機，計算機通過變頻器來控制電機速度，利用傳感器檢測的速度值與規(guī)定值進行比較，達到對傳感器的檢測目的。本文介紹了車速傳感器檢測系統(tǒng)的工作原理，詳細講述了系統(tǒng)的組成、原理和檢測方法。系統(tǒng)采用硬件兼軟件對測量過程及測量結(jié)果進行處理。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，此種傳感器檢測裝置有結(jié)構(gòu)簡單、新穎、易于實現(xiàn)的特點。實踐證明在檢測，維修范圍內(nèi)都取得了良好的效果，系統(tǒng)具有良好的

2、穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)響應性能，檢測實用性強、準確度高,具有廣闊的應用前景。引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關(guān)的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學量轉(zhuǎn)換成信號的變換器。傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它直接影響汽車的技術(shù)性能的發(fā)揮。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)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(tǒng)的重要組成部件，也是車輛電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心技術(shù)之一。車輛內(nèi)傳感器的工作環(huán)境十分惡劣，因此對傳感器的要求也十

3、分嚴格。這些傳感器必須要經(jīng)受40150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(guān)狀態(tài)，速度傳感器是列車安全行駛的重要設(shè)備，它能否穩(wěn)定工作，將直接影響到車輛的正常運行。作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù),已成為21世紀人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點。在現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導航系統(tǒng)中，傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了現(xiàn)代車輛控制系統(tǒng)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(tǒng)的信息源，是促進汽車高檔化、電子化、自動化的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研

4、究的核心內(nèi)容之一。普通汽車上大約裝有10-20只傳感器，高級豪華轎車則更多。傳感器能及時識別外界和系統(tǒng)本身的變化，對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)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(xiàn)汽車各系統(tǒng)的電子控制?，F(xiàn)代社會對車輛性能的要求越來越高，促使汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，今后汽車傳感器的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)微型化、智能化和多功能化，開發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器。1 工作原理1.1 汽車車速傳感器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(gòu)。車輛限速器分為兩種：一種是在車輛超速時發(fā)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(fā)

5、出指令，強制降低車輛行駛速度。車輛遙控自動限速器由發(fā)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(shè)置在路碼表與之刻度同步上的光電傳感器進而控制執(zhí)行繼電器切斷和接續(xù)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(fā)射器包括固定發(fā)射器和移動發(fā)射器，固定發(fā)射器安裝在需限速道路路段的出入口處，移動發(fā)射器由執(zhí)法人員掌握，接收器安裝在各受控車輛的駕駛室內(nèi)。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(shè)定值時，控制儀不啟動機械手，車輛行駛?cè)绯?；當車輛速度臨界設(shè)定值時，控制器立即啟動機械手拉起油

6、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(shè)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(wěn)狀態(tài)，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(jiān)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(tǒng)和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，這時即使踏下油門踏板，供油系統(tǒng)也不會供油。1.2 汽車車速傳感器 霍爾式車速傳感器霍爾效應是一種磁電效應，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(zhì)時發(fā)現(xiàn)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

7、現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓）。根據(jù)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(jié)構(gòu)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(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應用?；魻栃趹眉夹g(shù)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(chǎn)生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)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

8、行走。故路(導體)的兩側(cè), 就會產(chǎn)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(zhuǎn)速的信號?；魻杺鞲衅饔蓚鞲蓄^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(zhuǎn)動的過程中，使得通過霍爾元件的磁力線密度發(fā)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(zhuǎn)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(guān)，因此它的高、低、速特性都很好，若用其測量物體的轉(zhuǎn)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

9、度的測量?；魻栞喫賯鞲衅鬟€有1000Km/h，以下優(yōu)點：一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)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?；魻栐a(chǎn)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(zhuǎn)到兩個齒輪都與霍爾元件對正時，永磁體轉(zhuǎn)到霍爾元件的磁力線分散，磁場較弱，輸出的霍爾電壓較?。划旪X圈轉(zhuǎn)到一個齒與霍爾元件對正時，永磁體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動過程中，使得通過霍爾元件的磁

10、力線密度發(fā)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(zhuǎn)換成表中的脈沖電壓。 磁電式車速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(zhuǎn)速的信號。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(fā)生變化時，回路中就產(chǎn)生感應電動勢，其大小與磁通量的變化率有關(guān)，即 ：感應電動勢；：導電回路中線圈的匝數(shù)；：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

11、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(fā)動機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fā)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(shù)和轉(zhuǎn)速成正比

12、。磁電式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠,幾乎不受溫度、灰塵等環(huán)境因素的影響，缺點是：一是輸出信號的幅值隨轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)外ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15km/h160km/h，今后要求控制速度范圍擴大到8km/h260km/h以至更大，顯然磁電式輪速傳感器很難適應。 ABS控制原理汽車ABS(Antilock Braking System)是改善汽車主動安全性的重要裝置，通過調(diào)節(jié)制動力，使汽車獲得良好的制動效能并保持較高方向操縱穩(wěn)定性。A

13、BS最重要的功能并不是為了縮短制動距離，而是為了能夠盡量保持制動時汽車的方向穩(wěn)定性。ABS起作用時，車輪與路面的摩擦屬滾動摩擦，它會充分利用車輪與路面之間的最大附著力進行制動，從而提高制動加速度，縮短制動距離，但最重要的還是保證汽車的方向穩(wěn)定性。ABS工作時就相當于以很高的頻率進行點剎。于是，在緊急情況下如果將制動踏板踩到底，肯定會感到制動踏板在顫動，同時也會聽到制動總泵發(fā)出的“噠噠”聲，這便是ABS在正常工作。制動總泵不斷調(diào)整制動壓力，從而對制動踏板產(chǎn)生連續(xù)的反饋力。防抱死制動系統(tǒng)（簡稱ABS）是一種防止制動過程車輪抱死的車輛主動安全裝置。 ABS是改善車輛主動安全性能的重要裝置，

14、其核心是通過調(diào)節(jié)制動車輪滑移率，使得在制動過程中，車輪滑移率盡量在附著系數(shù)相對應的滑移率區(qū)域，從而獲得盡量大的制動效能，并保持較高的方向操縱性能6。為描述車輪制動過程中與道路接觸的狀態(tài)，引入滑移率： （1）式中：為車輪半徑，為車輪制動時轉(zhuǎn)速，輪速，為車速。通常，車輛要經(jīng)過大量的道路試驗，才能獲得ABS制動時車速變化規(guī)律和其相應的控制邏輯。基于輪缸壓力函數(shù)的制動時參考車速計算方法，適合制動時有穩(wěn)定壓力源的液壓制動系統(tǒng)。選擇合適的加速度傳感器可以檢測車輛制動過程的車速。 （2） 制動前根據(jù)制動時傳感器給出的輪速和加速度，用梯形公式計算出不同時刻的速度值。由加速度求車速的表達式為:(3)式中：為采樣

15、周期，、為第、時刻測量的加速度值。ABS系統(tǒng)在制動過程中通過傳感器感知車輪與路面的滑移，由ABS電控單元做出判斷，并通過電磁閥調(diào)整制動力的大小，使輪胎滑移率保持在一個理想的范圍（10%20%），來保證車輛制動時有較大的縱向制動和抗側(cè)向外力的能力，防止可能發(fā)生的后輪側(cè)滑，甩尾，提高車輛在制動過程中的方向穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向操縱的能力，并能提高附著系數(shù)利用率，縮短制動距離，減少輪胎磨損。電子控制防抱死系統(tǒng)是目前提高車輛行駛安全性的有效措施之一。汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR（Automobile dynamic-control system）是在汽車起步和加速時將滑移率控制在一定范圍（5%15%）內(nèi)，防止驅(qū)動輪快速

16、滑動，提高汽車的驅(qū)動力。ASR在控制中，通過輪速傳感器反饋來的信號經(jīng)控制單元處理后發(fā)出指令，調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。目前ASR的裝備大多是在ABS系統(tǒng)增設(shè)一部分部件的方法來實現(xiàn)，可看成是對ABS系統(tǒng)的完善和補充。1.3.2 ECU控制原理車輛電子控制器常稱為ECU，也叫電子控制單元。它是發(fā)動機的一種綜合電子控制裝置。其核心部件是電腦(ECU或電子計算機)，簡稱微處理機或微機。電子控制器包括硬件和軟件兩部分控制裝置是變速器的中央控制單元，該裝置由一個電子控制單元和一個電動液壓控制單元組成，它安裝在變速器內(nèi)并浸在DSG機油中。所有傳感器和其他控制單元的信號都匯集到此，并由它

17、分析后，向各個執(zhí)行器發(fā)出指令并監(jiān)控。2 車輛限速裝置的設(shè)計2.1 控制裝置系統(tǒng)的設(shè)計電子控制器ECU硬件的作用是：根據(jù)電子控制器存儲的程序和數(shù)據(jù)，對發(fā)動機(或汽車)傳感器輸入的各種信息(模擬數(shù)字)進行運算、處理、判斷。然后輸出動作指令，控制各有關(guān)執(zhí)行器進行工作，達到快速、準確、自動地控制發(fā)動機(或汽車)工作的目的5。若系統(tǒng)中采用硬件較多，則處理信息的速度加快，可改善控制系統(tǒng)的性能，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜化；若系統(tǒng)中多采用軟件替代一些硬件，則可減少電器元件數(shù)目，但系統(tǒng)的處理速度減慢，響應度也降低。因而電子控制器合理地選配硬件與軟件兩者的比例是至關(guān)重要的，應按控制系統(tǒng)的具體要求來確定電子控制器的硬件有專

18、用控制微機、電路、輸入與輸出接口等。即主要是集成電路、電子元件與印刷電路板。汽車發(fā)動機電子控制器ECU的組成如圖2所示。主要由輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器(中轉(zhuǎn)換電路)、微型計算機(ECU)和輸出回路等四部分組成。輸入電路的作用是將系統(tǒng)中各傳感器檢測到的信息(號)通過I/O (輸入輸出接口電路)接口送入ECU，完成汽車發(fā)動機在運行過程中對其工況狀態(tài)的實時檢測任務。在檢測過程中，需要檢測與輸入的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種。從傳感器送來的信號，首先進入輸入回路。在輸入回路中，對輸入信號進行預處理。一般是去除雜波和將正弦波變?yōu)榫匦畏讲ê?，再轉(zhuǎn)換成輸入電平，其大致過程如圖3所示。圖2發(fā)動機電子控制的組成從傳感器送出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種，其中的模擬信號ECU不能直接識別與處理，需經(jīng)過相應的A/D中轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入ECU(微機)。從傳感器送出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種，其中的模擬信號ECU不能直接識別與處理，需經(jīng)過相應的A/D中轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入ECU(微機)。輸入的模擬信號有吸入空氣流量、空氣溫度、發(fā)動機冷卻水溫度、發(fā)動機負荷(轉(zhuǎn)速)、電源電壓等多個信號。這幾個信號分別經(jīng)過相應的處理電路后，再經(jīng)過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后，才以數(shù)