高檔汽車傳感器及控制技術(shù)

高檔汽車傳感器及控制技術(shù)汽車傳感器1、應(yīng)用現(xiàn)狀汽車正朝著電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。電子產(chǎn)品目前在整車成本中所占比例普遍為23％～30％，在高檔豪華轎車上更是占到50%～60％，電子技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用更為突出。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源、電子眼，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。我國傳感器技術(shù)水平較低，還沒形成系列化、配套化，尚未形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。外國，尤其美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家，汽車傳感器技術(shù)起步早，規(guī)模大、水平高，發(fā)展比較均衡。汽車傳感器2、發(fā)展趨勢智能化多功能化集成化微型化高精度汽車傳感器3、工作原理傳感器是指能感受規(guī)定的物理量(非電量)，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。汽車傳感器(1)磁電效應(yīng)

(2)霍耳效應(yīng)

(3)壓電效應(yīng)

(4)光電效應(yīng)

(5)熱電效應(yīng)傳感器的工作機(jī)理不外乎運(yùn)用了下列幾種：汽車傳感器的應(yīng)用分類汽車傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器體現(xiàn)著汽車傳感器最先進(jìn)的技術(shù)，也是市場上所占比例最大的部件。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。檢測氣缸負(fù)壓、大氣壓、氣缸內(nèi)壓、油壓等。檢測發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度和車速等。測量進(jìn)氣流量和燃料流量。檢測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管廢氣濃度。根據(jù)所檢測的信號，通過調(diào)整點(diǎn)火提前角或減小缸壓來抑制發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。溫度傳感器溫度傳感器主要有三種類型：繞線電阻式：精度高、響應(yīng)特性差熱敏電阻式：靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低熱偶電阻式：精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。壓力傳感器汽車用壓力傳感器主要有：電容式：主要用于檢測負(fù)壓、液壓、氣壓，測量范圍20~100kPa，具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。壓組式：受溫度影響較大，需另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適于大量生產(chǎn)。差動(dòng)變壓器式(LVDT)：易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差。表面彈性波式(SAW)：體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點(diǎn)，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較為理想的傳感器。位置和速度傳感器汽車使用得位置和速度傳感器主要有：交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等。新產(chǎn)品：大陸集團(tuán)研發(fā)的方向檢測的曲軸位置傳感器（CPDD），應(yīng)用經(jīng)過充分驗(yàn)證的霍爾傳感技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠適應(yīng)更加嚴(yán)苛的環(huán)境狀況以及電磁兼容的要求，靈敏度高氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器主要應(yīng)用于汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的監(jiān)測，常見的就是氧傳感器。氧傳感器爆震傳感器爆震傳感器常見的有壓電式和瓷質(zhì)伸縮式兩種。爆震傳感器一般有三條線，其中兩條是爆震信號線，一條是屏蔽線。爆震傳感器壓電元件產(chǎn)生的電壓很微弱，屏蔽線的作用是防止因外界和汽車本身其它電器產(chǎn)生的電磁干擾對信號的影響，防止ＥＣＵ得不到信號或得到錯(cuò)誤信號。發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)：線性寬域氧傳感器傳統(tǒng)氧傳感器氧傳感器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油反饋控制系統(tǒng)的重要部件，在空燃比控制中有著非常重要的作用。氧化鋯型氧傳感器的工作范圍是在λ=1附近產(chǎn)生一個(gè)跳躍性的輸出電壓變化，一旦超出此范圍，其反應(yīng)性能便降低。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要作稀混合或濃混合控制時(shí)，傳統(tǒng)的氧傳感器便無法勝任了。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日漸加深和對汽車尾氣排放要求的不斷提高，傳統(tǒng)的開關(guān)型氧傳感器已不能滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因?yàn)樗荒芏ㄐ缘闹罋怏w的濃稀，而不知道濃稀的程度；且應(yīng)用開關(guān)型氧傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)，只能以當(dāng)量空燃比值為目標(biāo)進(jìn)行反饋，線性寬域氧傳感器UEGO就在這種情況下誕生了。寬域氧傳感器通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放中的氧含量，并向電子控制單元輸送相應(yīng)的電壓信號，反映空氣燃油混合比的稀濃。電控單元根據(jù)氧傳感器傳送的實(shí)際混合汽濃稀反饋信號而相應(yīng)調(diào)節(jié)噴油脈寬，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳空燃(λ=1)狀態(tài)，從而為催化轉(zhuǎn)換器的尾氣處理創(chuàng)造理想的條件。如果混合汽太濃(λ<1)，必須減少噴油量，如果混合汽太稀(λ>1)，則要增加噴油量。它可以在很寬的空燃比范圍內(nèi)（λ=0.65--2.4）提供準(zhǔn)確的空燃比值，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的控制精度，最大限度發(fā)揮三元催化器的作用，降低廢氣中的有害成分。稀燃狀態(tài)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)燃燒為稀燃，即空燃比較大時(shí)，廢氣中氧的含量較高，大于理論值，這時(shí)感應(yīng)電壓Us小于0.45V，差值電壓Verr大于零，經(jīng)過PID控制器后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大于零的泵電流Ip。泵電流流經(jīng)泵電池后，就產(chǎn)生一個(gè)把氧從擴(kuò)散室里抽出來的機(jī)制，以使擴(kuò)散室里面的氧含量恢復(fù)理論值，將Us維持在0.45V富燃狀態(tài)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)燃燒為富燃，即空燃比較小的時(shí)候，廢氣中氧的含量較少，小于理論值，感應(yīng)電壓Us大于0.45V，差值電壓信號Verr小于零，經(jīng)過PID控制器后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小于零的泵電流（即方向與稀燃時(shí)相反）。該泵電流能把氧從外面泵入擴(kuò)散室，以使擴(kuò)散室的氧的含量恢復(fù)理論值，將Us維持在0.45V。發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)：燃油系統(tǒng)控制

燃油噴射系統(tǒng)的控制方式分類機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)電子控制式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械式汽油噴射系統(tǒng)早在五十年代就開始運(yùn)用于汽車上，其空氣計(jì)量器與燃油分配器組合在一起，見下圖為博世K-Jetronic機(jī)械式汽油噴射控制系統(tǒng)?？諝庥?jì)量器檢測空氣流量的大小后，靠連接桿傳動(dòng)操縱燃油分配器的柱塞動(dòng)作，以燃油計(jì)量槽開度的大小控制噴油量，以達(dá)到控制混合比的目的。1-燃油箱；2-電子燃油泵；3-燃油蓄壓器；4-燃油濾清器；5-暖機(jī)調(diào)節(jié)器；6-噴油器；7-進(jìn)氣歧管；8-冷起動(dòng)噴油器；9-燃油分配器；10-空氣流量傳感器；11-正時(shí)閥；12-λ傳感器；13-熱限時(shí)開關(guān)；14-分電器；15-怠速空氣調(diào)整器；16-節(jié)流閥位置開關(guān)；17-ECU；18-點(diǎn)火開關(guān)；19-蓄電池電子控制式燃油噴射系統(tǒng)電控式汽油噴射系統(tǒng)在六七十年代大多只控制汽油噴射，80年代開始與點(diǎn)火控制一起構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)電子集中控制系統(tǒng)。它根據(jù)各種傳感器送至電腦的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的信號，由電腦運(yùn)算后，發(fā)出控制噴油量和點(diǎn)火時(shí)刻等多種執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)了多種機(jī)能的控制，下圖為豐田TCCS電控式汽油噴射系統(tǒng)布置圖。發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌系統(tǒng)（CommonRailSystem）高壓共軌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)高噴射壓力；可變噴射時(shí)間；多級預(yù)噴射和后噴射功能；可變噴射壓力（噴射壓力可以在23～200MPa的范圍內(nèi)變化）。高壓共軌系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)簡化了系統(tǒng)對每缸的適應(yīng)性。控制怎樣進(jìn)行的呢？控制核心部件：ECU（ElectronicControlUnit）ECU電子控制單元，又稱“行車電腦”。由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM、、RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。一言以概之：“ECU就是汽車的大腦”。汽車上多個(gè)ECU之間的信息傳遞采用一種稱為多路復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整車的ECU形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是CAN數(shù)據(jù)總線。ECU結(jié)構(gòu)車速傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器加速器踏板傳感器離合器位置傳感器水溫傳感器檔位選擇器桿節(jié)氣門開關(guān)加速器踏板開關(guān)空調(diào)開關(guān)制動(dòng)開關(guān)巡航開關(guān)照明開關(guān)脈沖輸入電路模擬輸入電路接盤輸入電路中央處理機(jī)CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM多路轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)器ROM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路指示器驅(qū)動(dòng)電路電磁閥驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)器禁止器節(jié)氣門離合器變速器HSA指示器起動(dòng)器繼電器電源ON輸入處理電路5V0VONOFF5V0V5V0Vt5V0V+12V0VOFF0V+_t5V0V-46V0V輸入電壓突變正負(fù)交替電壓噪聲信號電涌電壓輸入信號的處理電涌：微秒量級的異常大的電流脈沖微處理器5VONOFF0V0V14VONOFF噴射信號噴射器電壓波形噴射器功率放大輸出功率驅(qū)動(dòng)信號噴射器電弧抑制電路+B燃油噴射驅(qū)動(dòng)電路輸出信號的處理CPUClockROM(程序)RAM(數(shù)據(jù))特殊功能I/OTimer/CounterA/DPWMInterruptSIO地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線輸入端口輸出端口I/O端口單片機(jī)典型結(jié)構(gòu)框圖SerialInterfaceI/O串行輸入輸出。通信使用3根線完成：地線、發(fā)送、接收。通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。行業(yè)背景高壓共軌系統(tǒng)是節(jié)能減排未來發(fā)展的趨勢。然而，核心技術(shù)卻被德國博世、美國德爾福、和日本電裝等幾家企業(yè)所壟斷博世博世BOSCH是德國最大的工業(yè)企業(yè)之一，從事汽車技術(shù)、工業(yè)技術(shù)和消費(fèi)品及建筑技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。博世汽車是全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商，主要從事：汽油系統(tǒng)，柴油系統(tǒng)，車身電子，底盤控制系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)中國總部在上海聯(lián)合汽車電子、力士樂日本電裝日本株式會(huì)社電裝，豐田