汽車電控新技術(shù)-杜丹豐-主編第一章11

汽車電控新技術(shù)——汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ)Part01/汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概述Part02/傳感器Part03/電子控制器目錄Part04/執(zhí)行機構(gòu)Part05/總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用PART01

汽車電子技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新極大地推動了汽車工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，對提高汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性，改善汽車行駛穩(wěn)定性、舒適性，降低汽車排放污染、燃料消耗起到了非常關(guān)鍵的作用，同時也使汽車具備了娛樂、辦公和通信等豐富功能。汽車電子技術(shù)已成為現(xiàn)代汽車技術(shù)的核心技術(shù)，汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平對一個國家汽車工業(yè)的市場競爭力有著舉足輕重的影響。汽車電子技術(shù)的應(yīng)用水平已成為衡量汽車檔次水平的主要標(biāo)志，其應(yīng)用程度的提高是汽車生產(chǎn)企業(yè)提高市場競爭力的重要手段。汽車電子技術(shù)的作用與地位汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概況現(xiàn)代汽車電子集電子技術(shù)、汽車技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等于一體，包括基礎(chǔ)技術(shù)層、電控系統(tǒng)層和人車環(huán)境交互層三個層面，經(jīng)歷了分立電子元器件控制、部件獨立控制及智能化、網(wǎng)絡(luò)化集成控制應(yīng)用三個發(fā)展階段。目前汽車電子產(chǎn)品可以分為車體電子控制系統(tǒng)和車載電子裝置兩大類。汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概況分類控制項目車體電子控制系統(tǒng)動力控制系統(tǒng)點火控制、燃油噴射控制、怠速控制、進(jìn)氣控制、排放控制、故障自診斷等底盤控制系統(tǒng)電子控制自動變速器（ECAT）、電控懸架（TEMS）、驅(qū)動防滑/牽引力控制（ASR/TRC）、巡航控制（CCS）、自動防抱死（ABS）、四輪轉(zhuǎn)向控制等車身電子控制系統(tǒng)安全氣囊（SRS）、安全帶控制、燈光控制、電子儀表、自動空調(diào)、電動座椅、電動車窗、中控門鎖等車載電子裝置汽車信息系統(tǒng)車輛行駛自身系統(tǒng)顯示、車載通訊系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備、語音信息、新能源汽車電池管理系統(tǒng)等導(dǎo)航系統(tǒng)電子導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)娛樂系統(tǒng)數(shù)字視頻系統(tǒng)、數(shù)字音響等汽車電子行業(yè)特點重視安全、環(huán)保和節(jié)能傳感器性能不斷提高、數(shù)量不斷增加車用微處理器不斷升級換代數(shù)據(jù)總線技術(shù)應(yīng)用日益普及智能汽車及智能交通系統(tǒng)（ITS）開始應(yīng)用新技術(shù)在汽車電子產(chǎn)品中不斷得到應(yīng)用汽車電子行業(yè)特點汽車電子行業(yè)未來發(fā)展方向和趨勢安全系統(tǒng)電子技術(shù)

車載電子系統(tǒng)技術(shù)汽車電子系統(tǒng)趨勢：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化安全系統(tǒng)電子技術(shù)主動安全：能夠預(yù)防事故發(fā)生的技術(shù)被動安全：用于事故發(fā)生后為駕駛者和乘客提供保護(hù)，避免或降低傷亡程度的技術(shù)汽車電子行業(yè)未來發(fā)展方向和趨勢防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制和汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC），而ESC更是核心所在，該系統(tǒng)的普及推廣和市場前景高于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）和自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）等。值得一提的是，ESC也是一體式汽車底盤控制系統(tǒng)的核心和集成基礎(chǔ)，系統(tǒng)的集成都是圍繞ESC來實現(xiàn)的。輪胎氣壓監(jiān)測和報警系統(tǒng)（TPMS）；駕駛員輔助系統(tǒng)如（碰撞報警和防撞避免系統(tǒng)）、車道保持系統(tǒng)、盲點預(yù)警系統(tǒng)、車尾監(jiān)視系統(tǒng)，用于車道保持和碰撞避免；自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS）、電子燈光控制系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、線控制動、線控轉(zhuǎn)向等車身電子安全系統(tǒng)主動安全技術(shù)安全系統(tǒng)電子技術(shù)被動安全技術(shù)電控/智能自動收緊安全帶、電控/智能安全氣囊、主動頭部保護(hù)系統(tǒng)、側(cè)翻乘客保護(hù)系統(tǒng)、事故安全助手等被動安全電子技術(shù)。汽車電子行業(yè)未來發(fā)展方向和趨勢車載電子系統(tǒng)技術(shù)智能導(dǎo)航系統(tǒng)車載信息系統(tǒng)自動汽車空調(diào)控制汽車電子行業(yè)未來發(fā)展方向和趨勢汽車電子系統(tǒng)趨勢：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化智能化：信息輸入輸出網(wǎng)絡(luò)化：總線信息共享集成化：跨系統(tǒng)一體化汽車電子控制系統(tǒng)的基本組成圖1-1汽車電子控制系統(tǒng)基本組成傳感器的作用是將發(fā)動機的工況及狀態(tài)、汽車的行駛工況和狀態(tài)等物理參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，輸送給電子控制器。傳感器是電子控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”。電子控制器的作用是對各傳感器輸入的電信號進(jìn)行綜合的處理，作出實時的判斷，并輸出控制信號。電子控制器是電子控制系統(tǒng)的“大腦”。執(zhí)行器則是根據(jù)控制器的控制信號作出相應(yīng)的控制動作，將控制參量迅速調(diào)整到設(shè)定的值，使控制對象工作在設(shè)定的狀態(tài)。PART02傳感器傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測量電路組成。敏感元件是指能直接感受被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指能將非電量轉(zhuǎn)換成電量的部分。有些敏感元件可以直接輸入電量。測量電路是指將轉(zhuǎn)換元件輸入的電量經(jīng)過處理，以便進(jìn)行顯示、記錄和控制的部分。傳感器傳感器的特征參數(shù)靈敏度

靈敏度是指溫態(tài)時傳感器輸出量y與輸入量x之比，或者是傳感器輸出量y的增量與輸入量x的增量之比。靈敏度用K表示為K=dy/dx，線性傳感器的靈敏度為一常數(shù)，而非線性的傳感器的靈敏度是隨輸入量變化的。分辨率

傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)能夠檢測出的被測量的最小變化量。測量范圍和量程

在允許的誤差范圍內(nèi)，被測量的下限到上限之間的范圍稱為測量范圍。上限值與下限值之差稱為量程。線性度（非線性誤差）

在規(guī)定的條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬和直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比，稱為線性度或非線性度誤差。遲滯

遲滯是指在相同的條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。零漂和溫漂

零漂是指在無輸入或輸入為某一定值時，每隔一段時間，其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比。溫漂是指溫度每升高1度，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比。傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器磁感應(yīng)式光電式霍爾效應(yīng)式傳感器磁感應(yīng)式導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)結(jié)構(gòu)形式安裝于飛輪處的磁感應(yīng)式傳感器導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)結(jié)構(gòu)形式圖1-2在分電器內(nèi)的磁感應(yīng)式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器

上下安裝的導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子Ne和G均由分電器軸驅(qū)動，分別觸發(fā)Ne、G1及G2線圈產(chǎn)生交變的感應(yīng)電壓信號。Ne感應(yīng)線圈用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號，G1和G2感應(yīng)線圈用于產(chǎn)生曲軸位置信號。G轉(zhuǎn)子與四缸發(fā)動機曲軸的對應(yīng)關(guān)系使G1和G2分別在第一缸上止點和第四缸上止點時產(chǎn)生電壓脈沖。因此，電子控制器根據(jù)感應(yīng)線圈G1和G2的電壓脈沖信號就可確定發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)角參數(shù)，作出點火正時和噴油正時控制。電子控制器根據(jù)Ne線圈的脈沖數(shù)及脈沖的頻率可確定點火控制脈沖及燃油噴射控制脈沖的間隔，根據(jù)Ne線圈的脈沖頻率計算得到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速參數(shù)。對于無分電器的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)，則有專門的傳感器裝置，由傳感器軸來驅(qū)動Ne和G轉(zhuǎn)子，傳感器一般安裝在凸輪軸前端或曲軸的前端。

導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)結(jié)構(gòu)形式圖1-3磁感應(yīng)式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器的不同形式

不同車型，電子控制器采用的計算方法不盡相同，因此G轉(zhuǎn)子和Ne轉(zhuǎn)子突齒的齒數(shù)以及G感應(yīng)線圈的個數(shù)也不同。圖1-3列出了幾種常見的形式。安裝于飛輪處的磁感應(yīng)式傳感器圖1-4安裝于飛輪處的磁感應(yīng)式傳感器a)安裝位置b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-曲軸位置傳感器；2-轉(zhuǎn)速傳感器；3-飛輪齒圈；4-曲軸位置標(biāo)記

圖1-4所示的是利用飛輪的齒圈和飛輪上的正記號來觸發(fā)感應(yīng)電壓信號的磁感應(yīng)式發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸位置傳感器。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，飛輪的輪齒和飛輪上的正時記號使傳感器內(nèi)部的磁路空氣隙變化，磁阻隨之變化，導(dǎo)致通過感應(yīng)線圈的磁通量的變化，從而使兩傳感器的感應(yīng)線圈產(chǎn)生相應(yīng)的電壓脈沖信號。安裝于飛輪處的磁感應(yīng)式傳感器圖1-5富康轎車用發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器a）傳感器組成b）傳感器信號電壓波形

安裝于飛輪處的磁感應(yīng)式傳感器另一種形式如圖1-5所示。在飛輪上另裝有60-2個齒的傳感器信號觸發(fā)齒圈，齒圈的兩個缺齒位于1、4缸上止點后114°。飛輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的信號電壓波形如圖1-5b所示。電子控制器根據(jù)此信號頻率的變化可計算得到發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置參數(shù)。光電式圖1-6光電式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器a）原理簡圖b）遮光盤1-發(fā)光管；2-分火頭；3-密封蓋；4-遮光盤；5-整形電路；6-光敏管；7-第一缸180°信號口；8-1°信號缺口；9-180°信號缺口

光電式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器多安裝在分電器內(nèi)，如圖1-6所示。傳感器部分主要由發(fā)光管、光敏管、遮光轉(zhuǎn)子等組成，其基本工作原理與光電式點火信號發(fā)生器相同。信號波形整形電路是將光敏管產(chǎn)生的脈沖信號轉(zhuǎn)變成控制器容易接收的矩形波。由分電器軸驅(qū)動的遮光轉(zhuǎn)子的外圓均布有360道缺口(很細(xì)的縫)，內(nèi)圓有與發(fā)動機缸數(shù)相對應(yīng)的缺口。相應(yīng)的發(fā)光管和光敏管也有兩組，由遮光轉(zhuǎn)子將其隔開。發(fā)動機工作時，一組發(fā)光——光敏管通過轉(zhuǎn)子外圓的缺口透光，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生360個脈沖信號；另一組發(fā)光——光敏管則通過內(nèi)圓的缺口，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生與氣缸數(shù)相對應(yīng)的脈沖信號。兩光敏管產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)整形電路整形后輸入電子控制器，用以確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角。傳感器霍爾效應(yīng)式導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)的霍爾效應(yīng)式傳感器安裝于飛輪處的霍爾效應(yīng)式傳感器導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)的霍爾效應(yīng)式傳感器圖1-7安裝于分電器內(nèi)的霍爾效應(yīng)式傳感器1-導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子；2-帶導(dǎo)磁板的永久磁鐵；3-霍爾元件及集成電路4-信號觸發(fā)開關(guān)；5-分電器殼；6-信號觸發(fā)開關(guān)托盤；7-分火頭圖1-8所示的美國GM公司霍爾效應(yīng)式傳感器兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子則是內(nèi)外布置，在內(nèi)外導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子的側(cè)面各設(shè)置一個信號觸發(fā)開關(guān)。傳感器安裝在曲軸的前端，導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子由曲軸驅(qū)動。安裝于飛輪處的霍爾效應(yīng)式傳感器圖1-9安裝于飛輪處的霍爾效應(yīng)式傳感器a）傳感器原理b）傳感器信號電壓波形1-槽；2-信號觸發(fā)開關(guān)；3-飛輪

在北京切諾基4缸發(fā)動機上使用的霍爾效應(yīng)式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器如圖1-9所示。傳感器安裝于飛輪殼處，在飛輪齒圈與驅(qū)動盤的緣有對稱的2組(6缸發(fā)動機為3組)槽，每組均布有4個槽。當(dāng)槽對準(zhǔn)信號觸發(fā)開關(guān)下方時，傳感器輸出高電平（5V）；而當(dāng)無槽面對準(zhǔn)信號觸發(fā)開關(guān)下方時，傳感器輸出低電平（0.3V）。發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)槽通過時，傳感器就輸出一個脈沖電壓。一個工作循環(huán)，傳感器輸出4組(每組4個)脈沖信號。槽的分布及傳感器的安裝位置使傳感器產(chǎn)生的第4個脈沖的下降沿對應(yīng)為活塞上止點前4°曲軸轉(zhuǎn)角。電子控制器根據(jù)此脈沖信號可確定噴油順序和點火時間及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)結(jié)構(gòu)形式

空氣流量傳感器向電子控制器提供反映進(jìn)氣流量的電信號，在電子控制汽油噴射系統(tǒng)中是電子控制器計算基本噴油時間的重要參數(shù)，而在微機控制點火時刻系統(tǒng)中則是作為發(fā)動機負(fù)荷的間接參數(shù)，用于確定最佳的基本點火提前角。空氣流量傳感器有量板式、熱絲(膜)式、卡門渦旋式等不同的形式。空氣流量傳感器量板式空氣流量傳感器卡門渦旋式空氣流量傳感器熱式空氣流量傳感器導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子觸發(fā)結(jié)構(gòu)形式

量板式空氣流量傳感器主要由流量計和電位計兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示，原理如圖1-11所示。圖1-10量板式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)1-進(jìn)氣溫度傳感器；2-燃油泵觸點；3-回位彈簧；4-調(diào)節(jié)齒輪；5-電位器滑片6-印制電路板；7-插接器；8-怠速；CO調(diào)整螺釘；9-流量計量板圖1-11量板式空氣流量傳感器原理1-回位彈簧；2-電位器電阻；3-電位器滑片；4-流量計量板量板式空氣流量傳感器圖1-12空氣流量計旁通道的作用a）怠速時b）大負(fù)荷時1-量板；2-轉(zhuǎn)軸；3-緩沖室；4-阻尼板；5-進(jìn)氣主通道；6-怠速旁通道；7-怠速CO調(diào)整螺釘

在發(fā)動機怠速時，空氣流量很小，這時空氣主要從旁通道進(jìn)入氣缸(圖1-12a)。這部分空氣不經(jīng)量板測量，使量板實際的轉(zhuǎn)動量減少，傳感器輸出的信號電壓使電子控制器控制的噴油量相對較少，混合氣的空燃比與怠速工況相適應(yīng)。通過怠速CO調(diào)整螺釘可調(diào)整旁通道的空氣流量，使怠速時的混合氣空燃比改變。當(dāng)發(fā)動機怠速時廢氣中CO的含量過高時，可適當(dāng)旋出調(diào)整螺釘，使旁通道的空氣流量適當(dāng)增大，以使怠速時的混合氣濃度適當(dāng)減小。當(dāng)發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速或大負(fù)荷時，空氣流量大，旁通道兩端的壓差很小，通過旁通道的空氣很少(圖1-12b)，量板的轉(zhuǎn)動基本上反映了實際的空氣流量。這時，空氣流量傳感器輸出相應(yīng)的電壓信號使電子控制器控制的噴油量滿足工況所需的空燃比。量板式空氣流量傳感器圖1-13量板式空氣流量傳感器內(nèi)部電路1-燃油泵開關(guān)；2-電位計滑片；3-電位計電阻；4-進(jìn)氣溫度傳感器

量板式空氣流量傳感器典型的內(nèi)部電路及其輸出特性如圖1-13所示。用相對電壓US/UB表示空氣流量，是為了消除電位計電源電壓波動對傳感器測量精度的影響。如果以絕對電壓US直接表示空氣流量，當(dāng)電源UB變化時，US也將隨之改變。而相對電壓法檢測空氣流量，在電源電壓波動時，US、UB同時成比例地變化，其比值仍然保持不變。因此，量板式空氣流量傳感器一般都采用相對電壓法檢測空氣流量。量板式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、具有良好的工作可靠性，在發(fā)動機空氣流量的變化范圍內(nèi)其測量精度穩(wěn)定。其缺點是進(jìn)氣阻力大、信號的反應(yīng)比較遲緩，由于測量的是體積流量，需要對大氣壓力及進(jìn)氣溫度的變化進(jìn)行修正。

在進(jìn)氣通道中設(shè)置一錐形渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣通過時，渦流發(fā)生器的后面便會產(chǎn)生兩列并排的旋渦，此旋渦被稱之為卡門渦旋?？ㄩT渦旋的頻率f與空氣流速v有如下關(guān)系：（1-1）式中：d——渦流發(fā)生器外徑；St——斯特羅巴爾數(shù)。合理地設(shè)計進(jìn)氣通道截面積和渦流發(fā)生器的尺寸，使發(fā)動機進(jìn)氣流速范圍內(nèi)的St為一常數(shù)。這樣，只要測出卡門渦旋的頻率f，就可以知道空氣的流速v，乘以空氣通道的截面積便可獲得空氣的體積流量。測量原理卡門渦旋式空氣流量傳感器①反光鏡檢測式。此種檢測方式利用渦流發(fā)生器產(chǎn)生卡門渦旋時，其兩側(cè)的壓力會發(fā)生變化的這一特點，用導(dǎo)壓孔將渦流發(fā)生器的壓力振動引向用薄金屬制成的反光鏡表面，使反光鏡產(chǎn)生振動。反光鏡將發(fā)光管投射的光反射給光電管，反光鏡振動時，光電管便產(chǎn)生與渦旋頻率相對應(yīng)的電信號。②超聲波檢測式。此檢測方式利用卡門渦旋會引起空氣疏密變化的特點，用超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，并通過發(fā)射器向渦旋的垂直方向發(fā)射超聲波。另一側(cè)的超聲波接收器接收到隨空氣的疏密變化而變化的超聲波，經(jīng)接收信號處理電路濾波和整形后，便成了與渦旋頻率相對應(yīng)的矩形脈沖信號。結(jié)構(gòu)與工作原理卡門渦旋式空氣流量傳感器卡門渦旋式空氣流量傳感器

根據(jù)卡門渦旋頻率的檢測方法不同分，卡門渦旋式空氣流量傳感器有反光鏡檢測式和超聲波檢測式兩種，其原理如圖1-14、1-15所示。圖1-14反光鏡式卡門渦旋空氣流量傳感器原理1-支撐片；2-鏡片；-發(fā)光二極管；4-光電管；5-板簧；6-卡門渦旋；7-導(dǎo)壓孔；8-渦流發(fā)生器圖1-15超聲波檢測式卡門渦旋空氣流量傳感器原理1-整流器；2-渦旋發(fā)生器；3-渦流穩(wěn)定板；4-信號發(fā)射器；5-超聲波發(fā)生器；6-送往進(jìn)氣管的空氣；7-超聲波信號接收處理電路；8-濾波及整形后矩形波；9-接收器；10-卡門渦旋；11-接電子控制器；12-空氣旁通管路熱式空氣流量傳感器圖1-16熱絲主流式空氣流量傳感器1-金屬網(wǎng)；2-取樣管；3-熱絲；4-溫度傳感器；5-控制電路；6-接線端子

在空氣通道中放置一電熱體，通電后使電熱體保持一定的溫度，空氣通過時，空氣將會帶走熱量而使電熱體的溫度下降，電熱體的電阻下降。這時，必須增大通過電熱體的電流以維持電熱體的溫度?？諝饬髁看螅瑤ё叩臒崃烤投?，維持電熱體溫度所需的電流也就大。熱式空氣流量傳感器就是利用空氣流量與電熱體電流之間這樣一種對應(yīng)關(guān)系來檢測空氣流量，其基本原理如圖1-16所示。電熱體電阻RH、空氣溫度補償電阻RK及常值電阻RA、RB組成惠斯登電橋。工作時，控制電路使電熱體與進(jìn)氣溫度差保持在一定值。當(dāng)進(jìn)氣量增大時，電熱體的冷卻作用加劇而使其電阻減小，控制電路立即增大通過RH的電流IH，并通過電阻RA上電壓降的上升輸出相應(yīng)的空氣流量增大信號。測量原理熱式空氣流量傳感器圖1-17熱絲旁通式空氣流量傳感器1-冷絲或熱絲；2-陶瓷螺線管；3-控制回路；4-冷絲；5-熱絲

熱式空氣流量傳感器有熱絲式和熱膜式之分，根據(jù)電熱體放置的位置不同又有主流式和旁通式兩種形式。熱絲主流式空氣流量傳感器的電熱體是用鉑絲制成，熱絲的工作溫度一般在100～120℃。為防止進(jìn)氣氣流的沖擊和發(fā)動機回火對熱絲造成損壞，在其兩端都有金屬網(wǎng)加以保護(hù)。由于熱絲上有任何沉積物都會對傳感器的測量精度有很大的影響，因此這種傳感器必須具有自潔功能，即在每次發(fā)動機熄火后約5s，控制電路產(chǎn)生較大的控制電流，將熱絲迅速加熱到1000℃左右的高溫約1s，以燒掉熱絲上的沉積物。圖1-17為熱絲旁通式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。冷絲(空氣溫度補償電阻)和熱絲均繞在螺線管上，安裝在旁空氣通道上，熱絲的工作溫度一般在200℃左右。這種旁通的結(jié)構(gòu)形式可以進(jìn)一步減小主空氣通道的進(jìn)氣阻力。結(jié)構(gòu)類型

進(jìn)氣管壓力傳感器是用于監(jiān)測發(fā)動機負(fù)荷狀況的另一種形式，其作用如同空氣流量傳感器，是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)計算基本噴油時間和確定最佳的基本點火提前角的重要參數(shù)之一。進(jìn)氣管壓力傳感器有多種形式，根據(jù)其信號產(chǎn)生的原理可分為壓電式、半導(dǎo)體壓敏電阻式、電容式、差動變壓器式(真空膜盒傳動)及表面彈性波式等，但目前汽車電子控制系統(tǒng)中使用最多的是半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器。進(jìn)氣管壓力傳感器半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器圖1-18壓敏電阻式傳感器原理a)半導(dǎo)體應(yīng)變片貼片位置b)傳感器電路1-硅膜片；2-集成放大電路；R1、R2、R3、R4-半導(dǎo)體應(yīng)變片

半導(dǎo)體壓敏電阻式傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，其原理如圖1-18所示。在硅膜片上布置有應(yīng)變片叢并連接成惠斯登電橋，當(dāng)硅膜片受力變形時，各應(yīng)變片受拉或受壓而其電阻發(fā)生變化，電橋就會有相應(yīng)的電壓輸出。電橋輸出的信號較弱，需經(jīng)集成放大電路放大后輸出。測量原理半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器圖1-19半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器a)結(jié)構(gòu)示意圖b)工作特性1-濾波器；2-混合集成放大電路；3-壓力轉(zhuǎn)換元件；4-進(jìn)氣管壓力；5-濾清器；6-外殼

半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)與原理如圖1-19所示。硅膜片的一面是真空，另一面導(dǎo)入進(jìn)氣管壓力，當(dāng)進(jìn)氣管壓力變化時，硅膜片的變形量就會隨之改變，并產(chǎn)生與進(jìn)氣管壓力相對應(yīng)的電壓信號。進(jìn)氣管壓力越大，硅膜片的變形量也越大，傳感器的輸出壓力也就越大。半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器的線性度好，且具有結(jié)構(gòu)尺寸小、精度高、響應(yīng)特性好、安裝位置靈活等優(yōu)點，應(yīng)用較為廣泛。傳感器結(jié)構(gòu)與特性電容式進(jìn)氣管壓力傳感器圖1-20電容式壓力傳感器原理a)頻率檢測式b)電壓檢測式1-電容式壓力敏感元件；2-振蕩電路；3-整流電路；4-放大器5-濾波電路；6-檢波電路；7-載波與交流放大電路；8-振蕩器

電容式進(jìn)氣管壓力傳感器利用膜片構(gòu)成一個電容值可變的壓力敏感元件，并連接于振蕩電路。組成電容的膜片受力變形后其電容值改變，經(jīng)傳感器測量電路處理后，輸出與壓力變化相對應(yīng)的電信號。根據(jù)測量電路的不同，電容式傳感器輸出電信號的形式也不同，典型的電路形式如圖1-20所示。測量原理半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器圖1-21電容式進(jìn)氣管壓力傳感器1、4-電極引線；2-厚膜電極；3-絕緣介質(zhì)；5-氧化鋁膜片；6-進(jìn)氣管壓力

電容式進(jìn)氣管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-21所示。氧化鋁膜片與中空的絕緣介質(zhì)構(gòu)成一個內(nèi)部為真空的電容式壓力敏感元件，并連接傳感器混合集成電路。傳感器導(dǎo)入進(jìn)氣管壓力后，氧化鋁膜片在進(jìn)氣管壓力的作用下產(chǎn)生變形，使其電容值發(fā)生改變，經(jīng)混合集成電路處理后，輸出頻率變化與進(jìn)氣管壓力變化成正比的脈沖信號。電子控制器根據(jù)傳感器的信號頻率得到進(jìn)氣管的絕對壓力參數(shù)。傳感器結(jié)構(gòu)

溫度傳感器一般是通過其溫度敏感元件將被測對象溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，并由電阻值的改變，轉(zhuǎn)變成電壓或電流信號向電子控制器輸出。汽車電子控制系統(tǒng)中使用的溫度傳感器有多種形式，根據(jù)其結(jié)構(gòu)與工作原理分有熱敏電阻式、線繞式、半導(dǎo)體擴散電阻式、半導(dǎo)體晶體管式、金屬芯式和熱電偶式等。目前在汽車電子控制系統(tǒng)中使用最多的是熱敏電阻式溫度傳感器。汽車電子控制系統(tǒng)主要的溫度傳感器及其作用如表1-2所示。溫度傳感器溫度傳感器傳感器名稱主要作用發(fā)動機冷卻液溫度傳感器檢測發(fā)動機冷卻液的溫度，用于點火時間和噴油量的修正控制；怠速穩(wěn)定、自動變速器變矩器鎖止控制；發(fā)動機排放等控制進(jìn)氣溫度傳感器檢測進(jìn)氣的溫度，用于點火時間和噴油量修正控制燃油溫度傳感器檢測燃油箱中燃油的溫度，用于噴油量修正控制自動變速器油溫度傳感器檢測變速器油箱中自動變速器油的溫度，用于變速器換檔、自動變速器油循環(huán)控制車廂溫度傳感器檢測車廂內(nèi)的溫度，用于汽車空調(diào)溫度自動控制車外溫度傳感器檢測車廂外的溫度，用于汽車空調(diào)溫度自動控制蒸發(fā)器溫度傳感器檢測汽車空調(diào)蒸發(fā)器處的制冷劑溫度，用于空調(diào)溫度自動控制排氣溫度傳感器檢測三元催化反應(yīng)器的溫度，用于排氣溫度報警表1-2汽車電子控制系統(tǒng)用溫度傳感器熱敏電阻式溫度傳感器圖1-22熱敏電阻的溫度特性

半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而改變，其對溫度的靈敏度比金屬材料高，變化也比較復(fù)雜，可歸為三種情況：電阻隨溫度的上升而增大，電阻隨溫度的上升而減小，在某一臨界溫度下電阻躍變(圖1-22)。熱敏電阻就是利用半導(dǎo)體的這種溫度特性，制成正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)和電阻突變的熱敏電阻(CTR)。測量原理熱敏電阻式溫度傳感器圖1-23熱敏電阻式溫度傳感器1-接線端子；2-引線；3-熱敏元件

熱敏電阻式溫度傳感器的核心元件為熱敏電阻，其結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。從熱敏電阻的溫度特性中可知，使熱敏電阻式傳感器具有較高靈敏度和線性度的溫度變化范圍都是有限的。汽車電子控制系統(tǒng)中各溫度傳感器的工作溫度是不同的，比如：發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的工作溫度為-20～130℃，而排氣溫度傳感器的工作溫度則為600～1000℃。選擇不同的氧化物、控制摻入氧化物的比例和燒結(jié)溫度等就可得到適用于不同工作溫度的熱敏電阻。與線繞式溫度傳感器相比，熱敏電阻式溫度傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)特性好的優(yōu)點，因此在汽車電子控制系統(tǒng)中被廣泛使用。傳感器結(jié)構(gòu)線繞式溫度傳感器利用金屬絲電阻隨溫度變化而改變的特性，將金屬絲(鎳、銅、鉑、銀等)繞制在絕緣繞線架上，再罩上適當(dāng)?shù)耐鈿?gòu)成。在一定的溫度變化范圍內(nèi)，線繞電阻的溫度特性可近似地表示為：Rt=R0(1+αT)（1-2）式中：T——測量溫度(℃)；α——電阻絲的溫度系數(shù)；R0——電阻絲在0℃時的電阻值；Rt——電阻絲在T℃時的電阻值。各種金屬的溫度系數(shù)如表1-3所示。線繞式溫度傳感器線繞式溫度傳感器表1-3不同金屬的溫度系數(shù)材料銅銀鉑鎳溫度系數(shù)α0.00430.00410.00390.0068線繞式溫度傳感器其精度在±1%以內(nèi)，響應(yīng)特性較差，響應(yīng)時間約為15s。其它類型溫度傳感器在硅半導(dǎo)體上形成電阻電極，當(dāng)電極上施加電壓時，產(chǎn)生的擴散電阻隨溫度變化。擴散電阻式溫度傳感器就是利用這一特性并應(yīng)用半導(dǎo)體刨平技術(shù)制成。利用集成電路所采用的金屬芯底板，在底板上涂敷陶瓷燒結(jié)成多孔材料，形成表面上象鎳一樣的電阻體，其電阻范圍為1～1000Ω，導(dǎo)熱性和響應(yīng)特性優(yōu)良。

利用硅晶體管在一定的電流作用下，其基極和發(fā)射極之間的偏置電壓隨溫度而變化這一特性，制成了半導(dǎo)體晶體管式溫度傳感器。擴散電阻式溫度傳感器地址信息控制信息

節(jié)氣門位置傳感器將節(jié)氣門的開度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，輸送給電子控制器。點火控制系統(tǒng)、燃油噴射控制系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、自動變速器控制系統(tǒng)等都需從節(jié)氣門位置傳感器信號中獲得節(jié)氣門開度、節(jié)氣門開啟速度、怠速狀態(tài)等信息。節(jié)氣門位置傳感器大致可分為線性式和開關(guān)式兩種類型。節(jié)氣門位置傳感器熱敏電阻式溫度傳感器圖1-24線性式節(jié)氣門位置傳感器a)結(jié)構(gòu)b)內(nèi)部電路1-滑片電阻；2-測節(jié)氣門位置滑片；3-測節(jié)氣門全關(guān)滑片；VC-電源VTA-節(jié)氣門位置輸出信號；IDL-怠速觸點；E-接地

線性式節(jié)氣門位置傳感器的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部電路如圖1-24所示。線性式節(jié)氣門位置傳感器相當(dāng)于一個加設(shè)了怠速觸點的滑片式電位器，測節(jié)氣門位置滑片和測節(jié)氣門全關(guān)(怠速)滑片都與節(jié)氣門聯(lián)動。節(jié)氣門開度變化時，節(jié)氣門位置滑片在電阻體上作相應(yīng)的滑動，電位器輸出與節(jié)氣門位置相對應(yīng)的電壓信號VTA。在節(jié)氣門關(guān)閉時，節(jié)氣門關(guān)閉滑片使怠速觸點IDL處于接通狀態(tài)。線性式節(jié)氣門位置傳感器熱敏電阻式溫度傳感器圖1-25開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器1-導(dǎo)向凸輪；2-節(jié)氣門軸；3-控制桿；4-移動觸點；5-怠速觸點；6-節(jié)氣門全開觸點7-線路連接器；8-導(dǎo)向槽

開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)有節(jié)氣門全開和全閉兩對觸點(圖1-25)，發(fā)動機處于怠速工況時，全閉(怠速)觸點接通；發(fā)動機處于高速或大負(fù)荷(節(jié)氣門開度大于50°)時，全開觸點接通。開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器無節(jié)氣門中間開度信號輸出，其檢測性較差。開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器

在使用三元催化反應(yīng)器的汽車發(fā)動機上，當(dāng)混合氣的濃度偏離理論空燃比時，三元催化反應(yīng)器對發(fā)動機排氣中HC、CO、NOX等有害成分的凈化效果會急劇下降。因此，必需使用氧傳感器，通過檢測排氣管中氧的含量，向電子控制器提供混合氣空燃比反饋信號，使電子控制器及時修正噴油量，將混合氣濃度控制在理論空燃比附近。目前在汽車上應(yīng)用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種。氧傳感器

氧化鋯(ZrO2)具有這樣的特性：在高溫下，如果氧化鋯的兩側(cè)的氣體氧含量有較大的差異時，氧離子會從氧含量高的一側(cè)向氧含量低的一側(cè)擴散，使兩側(cè)電極間產(chǎn)生電動勢。電動勢E的大小可由式1-3表示：（1-3）式中R——氣體常數(shù)(J/mol·K)；T——絕對溫度(K)；F——法拉第常數(shù)(c/mol)；P1、P2——兩側(cè)氣體氧含量高、低側(cè)氧氣分壓(Pa)。氧化鋯型氧傳感器就是利用了氧化鋯的這一特性，將氧敏感元件(ZrO2)制成試管狀，使其內(nèi)側(cè)通大氣(氧含量高)，外側(cè)通過發(fā)動機的排氣(氧含量低)?；旌蠚馄珴鈺r，排氣中的氧含量極少，氧化鋯內(nèi)外側(cè)氧的濃度差大，因而產(chǎn)生一個較高的電壓；混合氣偏稀時，排氣中含有較多的氧，氧化鋯內(nèi)外側(cè)的氧濃度差較小，產(chǎn)生的電壓較低。測量原理氧化鋯型氧傳感器氧化鋯型氧傳感器

氧化鋯型氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-26所示。氧化鋯的內(nèi)外表面都涂有鉑，鉑的外表面有一層陶瓷，起保護(hù)鉑電極的作用。氧化鋯表面涂鉑的作用是催化排氣中的O2與CO反應(yīng)，使混合氣偏濃時的氧含量幾乎為零，以提高氧傳感器的靈敏度。氧化鋯型氧傳感器的輸出特性如圖1-27所示。圖1-26氧化鋯型氧傳感器1-鋯管；2-電極；3-彈簧；4-絕緣支架；5-接線端子；6-排氣管壁；7-導(dǎo)入排氣孔罩圖1-27氧化鋯型氧傳感器輸出特性a)無鉑催化作用b)有鉑催化作用1-氧傳感器輸出的電動勢；2-氧傳感器表面的O2濃度；λ-過量空氣系數(shù)

二氧化鈦(TiO2)在室溫下具有高電阻性，但當(dāng)其周圍氣體氧含量少時，TiO2中的氧分子將逃逸而使其晶格出現(xiàn)缺陷，電阻隨之下降。二氧化鈦電阻R的變化可由下式表示：（1-3）式中：A——常數(shù)；E——活化能；K——玻茲曼常數(shù)(J/K)；T——絕對溫度(K)；Po2——氧分壓(Pa)；1/m——取決于晶格缺陷性質(zhì)的指數(shù)。氧化鈦型氧傳感器就是利用二氧化鈦的電阻隨周圍氣體中氧含量變化而相應(yīng)改變的這一特性制成。將二氧化鈦敏感元件置于排氣管中，當(dāng)混合氣偏稀時，排氣中氧含量較高，傳感器的電阻較大；而當(dāng)混合氣偏濃時，排氣中氧的含量很低，傳感器的電阻相應(yīng)減小。這一電阻的變化通過傳感器內(nèi)部電路轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電壓信號輸出。測量原理氧化鈦型氧傳感器氧化鈦型氧傳感器

氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-28所示。由于氧化鈦型氧傳感器是電阻型傳感器，需要有電流輸入，將其電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵?。因此，與氧化鋯型氧傳感器相比，多了一個基準(zhǔn)電壓輸入端子。此外，由于二氧化鈦的電阻會隨溫度的變化而改變，為消除溫度變化對測量精度的影響，在傳感器內(nèi)還設(shè)有溫度系數(shù)與二氧化鈦相似的溫度補償電阻。氧化鈦型氧傳感器的輸出特性如圖1-29所示。圖1-28氧化鈦型氧傳感器a)結(jié)構(gòu)b)電路連接1-二氧化鈦元件；2-金屬殼；3-瓷體；4-接線端子；5-陶瓷粘結(jié)；6-引線；7-熱敏元件圖1-29氧化鈦型氧傳感器輸出特性

爆燃傳感器用于監(jiān)測發(fā)動機是否爆燃，當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)爆燃時，傳感器便產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，并輸送給電子控制器，電子控制器通過點火推遲的方法消除發(fā)動機爆燃。爆燃是由于后期燃燒的混合氣自燃所引起。因此在爆燃時，自燃區(qū)局部壓力突升，并以極高的速度向周圍傳播，這種壓力波強迫氣缸壁等零件振動，并產(chǎn)生高頻的金屬敲擊聲。根據(jù)爆燃的這些特點，可以通過測氣缸壓力、發(fā)動機振動、發(fā)動機噪聲三種方法判別發(fā)動機是否產(chǎn)生了爆燃。根據(jù)行駛汽車發(fā)動機的檢測條件及對測量精度的要求，普遍采用測發(fā)動機振動的方法監(jiān)測爆燃。用于監(jiān)測發(fā)動機爆燃的測振動傳感器主要有壓電式和磁電式兩類。爆燃傳感器

由石英晶體、鈦酸鈉等晶片制成的壓電元件在受力變形時，因內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象而在其兩個表面分別產(chǎn)生正負(fù)兩種電荷。受力消失時，元件變形恢復(fù)，電荷也立即消失。從正、負(fù)電荷的兩個表面可引出電壓信號，電壓的大小與所受力成正比。在壓電式傳感器內(nèi)設(shè)置一個振子，用以在傳感器隨被測物體振動時給壓電元件施力。被測物體振動越大，傳感器振子的振動也越大，壓電元件產(chǎn)生的電壓信號幅值也就越大。壓電式爆震傳感器就是依據(jù)這樣的原理制成的。測量原理壓電式爆燃傳感器壓電式爆燃傳感器圖1-30壓電式爆燃傳感器a)共振型b)非共振型1-壓電元件；2-振蕩片；3-基座；4、6-O形環(huán)；5-連接器；7-接線端子；8-密封劑；9-外殼；10-引線；11-配重

壓電式爆燃傳感器有共振型和非共振型兩種，其結(jié)構(gòu)如圖1-30所示。共振型傳感器的自振頻率在發(fā)動機爆燃的特征頻帶內(nèi)，當(dāng)發(fā)動機產(chǎn)生爆燃時，振蕩片2產(chǎn)生共振而使緊貼的壓電元件變形加劇，產(chǎn)生的電壓信號比非爆燃時發(fā)動機振動產(chǎn)生的信號大許多倍，提高了信噪比，檢測電路對爆燃信號的識別和處理比較容易。非共振型傳感器由振子11隨發(fā)動機的振動而對壓電元件施加壓力，使壓電元件產(chǎn)生電壓。非共振型傳感器在發(fā)動機爆燃時產(chǎn)生的電壓信號并無特別明顯的增大。因此，需要有專門的濾波器來鑒別爆燃信號。壓電式爆燃傳感器具有測試頻率高、靈敏度高等特點，得到了廣泛的使用。結(jié)構(gòu)與工作特性

磁電式爆燃傳感器感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓的方式有變磁路磁阻、移動鐵心、移動（或轉(zhuǎn)動）線圈三種，磁電式爆燃傳感器采用移動鐵心式。移動鐵心式測振動傳感器由永久磁鐵和繞有感應(yīng)線圈的鐵心組成，其鐵心兩端由彈簧定位，在外部振動的激勵下振動時，感應(yīng)線圈就會因磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的頻率和幅值與被測對象的振動情況相對應(yīng)。測量原理磁電式爆燃傳感器磁電式爆燃傳感器圖1-31磁電式爆燃傳感器結(jié)構(gòu)1-感應(yīng)線圈；2-鐵心；3-外殼；4-永久磁鐵

磁電式爆燃傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-31所示。傳感器的固有頻率與發(fā)動機爆燃特征頻率相符，當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)爆燃時，傳感器產(chǎn)生共振，使傳感器輸出的信號電壓顯著增大，電子控制器根據(jù)此信號識別發(fā)動機的爆燃。結(jié)構(gòu)與工作特性車速/車輪轉(zhuǎn)速傳感器圖1-32舌簧開關(guān)式車速傳感器1-磁鐵轉(zhuǎn)子；2-接轉(zhuǎn)速表；3-舌簧開關(guān)

車速傳感器通過檢測變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，向電子控制器提供汽車行駛速度電信號。車速傳感器信號在自動變速器、懸架、巡航、點火、燃油噴射等電子控制系統(tǒng)中是重要控制參數(shù)或輔助控制參數(shù)。按產(chǎn)生信號的原理不同分，車速傳感器有磁感應(yīng)式、光電式、霍爾效應(yīng)式、舌簧開關(guān)式、磁阻式等多種類型，其中磁感應(yīng)式、光電式、霍爾效應(yīng)式等車速傳感器其組成及工作原理與同類型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速/曲軸位置傳感器相同，但車速傳感器軸由變速器輸出軸通過齒輪驅(qū)動或直接用變速器輸出軸上的某一齒輪為信號觸發(fā)齒輪。舌簧開關(guān)式車速傳感器(圖1-32)一般裝在里程表內(nèi)，它由通過軟軸驅(qū)動的磁鐵和舌簧開關(guān)構(gòu)成。當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)子在軟軸的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動時，磁鐵對舌簧的磁力呈周期性變化，在此磁力的作用下，舌簧開關(guān)不斷地開閉，產(chǎn)生與車速相對應(yīng)的脈沖電壓。車速傳感器車輪轉(zhuǎn)速傳感器向電子控制器提供反映車輪轉(zhuǎn)速電信號，在防抱死制動控制(ABS)系統(tǒng)和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)控制(ASR)系統(tǒng)中，電子控制器根據(jù)此信號計算車輪角加速度或滑移率、滑轉(zhuǎn)率，并據(jù)此參數(shù)實現(xiàn)車輪防抱死、防滑轉(zhuǎn)控制。車輪轉(zhuǎn)速傳感器多為磁感應(yīng)式，其基本組成與工作原理參見磁感應(yīng)式發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器，傳感器的信號觸發(fā)齒輪或齒圈一般安裝在輪轂內(nèi)。在有的自動變速器電子控制系統(tǒng)中，還裝有變速器輸入軸(渦輪)轉(zhuǎn)速傳感器，用于監(jiān)測變速器的輸入轉(zhuǎn)速，電子控制器根據(jù)此信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器及變速器輸出軸(車速)轉(zhuǎn)速傳感器信號，可對變矩器和變速器換檔執(zhí)行機構(gòu)的工作狀況進(jìn)行實時監(jiān)測。變速器輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器往往與同車裝用的變速器輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器采用相同的結(jié)構(gòu)形式。車輪轉(zhuǎn)速傳感器車速/車輪轉(zhuǎn)速傳感器

車身位移傳感器也稱為車身高度傳感器，用于監(jiān)測車身相對于車橋的位移，電子控制器根據(jù)車身位移傳感器輸入的信號可計算得到車身的位移和振動參數(shù)。光電式車身位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點，因此在汽車上被廣泛使用。車身位移傳感器光電式位移傳感器的原理圖1-33光電式車身位移傳感器原理a)結(jié)構(gòu)b)傳感器電路1-連接桿；2-軸；3-發(fā)光元件；4-光敏元件；5-遮光盤

如圖1-33所示，布置在遮光轉(zhuǎn)子兩邊的四個發(fā)光二極管和光敏三極管組成了四對光電耦合器。遮光轉(zhuǎn)子上分布有透光槽，轉(zhuǎn)子在某一位置時，有的光電耦合器透過光線，光敏三極管受光而輸出通路(ON)信號，有的光電耦合器不透過光線，輸出不通路(OFF)信號。遮光轉(zhuǎn)子透光槽的長度和位置分布使得遮光轉(zhuǎn)子在每一個小的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，都有與之對應(yīng)的一組“ON”、“OFF”光電信號輸出。光電信號產(chǎn)生原理

通過連接桿，將車身的移動變成遮光轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。比如某一車身位移傳感器在車身高度變化范圍內(nèi)有16組信號輸出，每一組信號都代表某一車身的位置（表1-4），于是電子控制器根據(jù)傳感器輸入的一組信號就得到了車身位移信息。電子控制器根據(jù)信號的變化情況，得到了車身高度變化的幅度和振動的頻率，可判斷車身的振動情況；控制器根據(jù)一段時間(一般為1ms)內(nèi)車身高度在某一區(qū)間的頻度來判斷車身的高度。車身高度與振動情況的確定光電式位移傳感器的原理車身高度與振動情況的確定傳感器信號

車身高度區(qū)間NO.1NO.2NO.3NO.4

OFFONOFF15OFFOFFONON14..............................OFFONOFFON2OFFOFFOFFON1OFFOFFOFFOFF0表1-4傳感器信號與車身高度區(qū)間對應(yīng)關(guān)系車身位移傳感器圖1-34光電式車身位移傳感器結(jié)構(gòu)1-光電耦合器；2-遮光盤；3-傳感器蓋；4-導(dǎo)線；5-金屬油封；6-傳感器；7-軸

光電式車身位移傳感器的結(jié)構(gòu)與安裝位置如圖1-34所示。傳感器被固定在車身上，傳感器通過連接桿和拉桿與懸架臂(或車橋)連接。當(dāng)車身的高度發(fā)生變化時，拉桿就會推拉連接桿擺動，并通過傳感器遮光轉(zhuǎn)子軸使遮光轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而使傳感器輸出隨車身高度變化的信號。光電式車身位移傳感器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器圖1-35光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器a)結(jié)構(gòu)簡圖b)原理1-遮光盤；2-光電耦合元件；3-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；4-轉(zhuǎn)向器軸；5-轉(zhuǎn)向柱

光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器原理如圖1-35所示。傳感器的遮光盤上有尺寸相同且均布的透光槽，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動而帶動遮光盤轉(zhuǎn)動時，兩對光電耦合器便產(chǎn)生脈沖電壓。電子控制器根據(jù)傳感器輸出的脈沖個數(shù)就可判斷轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度。光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器圖1-36轉(zhuǎn)動方向判斷原理

為了能辨別轉(zhuǎn)動方向，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器需要同時產(chǎn)生兩組信號。電子控制器根據(jù)傳感器的信號判斷轉(zhuǎn)動方向的原理如圖1-36所示。A、B兩個光電耦合器產(chǎn)生的信號脈沖其脈寬相同，但相位上相差90°，電子控制器可根據(jù)A信號從高電平轉(zhuǎn)為低電平(下降沿)時，B信號是高電平還是低電平來判斷轉(zhuǎn)向。如果A信號在下降沿時，B信號是高電平，則為右轉(zhuǎn)向；如果A信號在下降沿時，B信號為低電平，則為左轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向的判斷原理轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器圖1-37電感式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器基本組成與原理a)結(jié)構(gòu)簡圖b)原理圖1-輸出軸；2-扭力桿；3-輸入軸；M1-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩；M2-轉(zhuǎn)向盤阻力矩

電感式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器的基本組成與原理如圖1-37所示。傳感器的輸入軸端連接轉(zhuǎn)向盤，輸出軸連接轉(zhuǎn)向器，輸入軸與輸出軸間用扭力桿連接，在輸出軸的4個極靴上各繞有相同的線圈，并連接成電感式電橋。無轉(zhuǎn)向力矩時，輸出軸（定子）與輸入軸（轉(zhuǎn)子）的相對轉(zhuǎn)角為0，每個極靴上的磁通量均相等，電橋處于平衡狀態(tài)，V、W兩端的電位差U0為0。轉(zhuǎn)向時駕駛?cè)俗饔糜谵D(zhuǎn)向盤的力矩使扭力桿扭轉(zhuǎn)變形，定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生角位移θ。這時，極靴A、D間的磁阻增大，B、C間的磁阻減小，各極靴的磁通量產(chǎn)生了差別，電橋失去平衡而輸出電壓U0。與扭力桿的轉(zhuǎn)角θ成正比（U0=kθUi，k為比例系數(shù)），而扭轉(zhuǎn)角θ與作用于扭力桿的轉(zhuǎn)矩又成比例，因此，U0值就反映了轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大小。電感式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器圖1-38電位器式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)1-轉(zhuǎn)向器主動小齒輪；2-滑環(huán)；3-轉(zhuǎn)向軸；4-扭力桿；5-輸出軸；6-外殼；7-電位器

電位器式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-38所示。

汽車轉(zhuǎn)向時，扭力桿的扭矩變形使電位器滑片與電阻有相對的轉(zhuǎn)動，電位器的電阻應(yīng)改變，通過滑環(huán)輸出相應(yīng)的電壓信號。電位器式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器減速度傳感器圖1-39差動變壓器式減速度傳感器a）結(jié)構(gòu)簡圖b）輸出特性1-鐵心；2-變壓器繞組；3-印制電路；4-彈簧；5-變速器油

差動式傳感器利用電磁感應(yīng)原理工作。傳感器由固定的線圈和可移動的鐵芯構(gòu)成，鐵芯在制動減速慣性力的作用下沿線圈軸向移動，可導(dǎo)致傳感器電路中感應(yīng)電量的連續(xù)變化，其結(jié)構(gòu)與輸出特性如圖1-39所示。差動變壓器式減速度傳感器減速度傳感器圖1-40水銀式減速度傳感器a)減速度較低時b)減速度較高時1-玻璃管；2-水銀

水銀式減速度傳感器為開關(guān)式傳感器，其主要部件是帶常開觸點的玻璃管和可在玻璃管內(nèi)移動的水銀，水銀式減速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1-40所示。

汽車在低附著系數(shù)路面上緊急制動時，汽車的減速度減小，玻璃管內(nèi)水銀的慣性力較小，雖移動但夠不到觸點處，觸點仍處于斷開狀態(tài)（圖1-40a）；當(dāng)在高附著系數(shù)路面制動時，汽車的減速度較大，玻璃管內(nèi)的水銀在較大慣性力的作用下移動至觸點處，使觸點處于接通狀態(tài)（1-40b）。ABS控制器根據(jù)傳感器輸入的通、斷信號就可判斷路面情況。水銀式減速度傳感器碰撞傳感器也被稱為氣囊傳感器，用于檢測汽車發(fā)生碰撞時的汽車減速度，安全氣囊控制器根據(jù)此傳感器的信號判斷汽車碰撞的強度。開關(guān)式碰撞傳感器也被用作安全傳感器，串聯(lián)在氣囊點火器電源電路中，只是在汽車發(fā)生嚴(yán)重碰撞時才接通氣囊點火器的電源電路，以避免汽車檢修時氣囊產(chǎn)生誤爆。碰撞傳感器可分為機械觸點式和電子式兩大類。機械觸點式碰撞傳感器有偏心錘式、滾球式、滾柱式水銀開關(guān)式等多種結(jié)構(gòu)形式，傳感器內(nèi)部的觸點平時斷開，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，傳感器內(nèi)部機械裝置在慣性力的作用下使觸點閉合，發(fā)出汽車碰撞信號或接通氣囊點火器電源電路；電子式碰撞傳感器主要有壓電式和壓敏電阻式，傳感器可將汽車的減速度參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。碰撞傳感器碰撞傳感器圖1-41偏心錘式碰撞傳感器1-心軸；2-扭力彈簧；3-重塊；4-轉(zhuǎn)盤；5-觸橋；6、12、14-活動觸點；7、11、13-固定觸點；8-外殼；9-插頭；10-止位塊

偏心錘式碰撞傳感器是一種開關(guān)式減速度傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1-41所示。

扭力彈簧彈力是重塊、轉(zhuǎn)盤動觸點臂等停留在觸點斷開的位置。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，重塊在慣性力作用下克服彈簧的扭力而移動，并通過轉(zhuǎn)盤帶動活動觸點臂轉(zhuǎn)動而使觸點閉合，向安全氣囊控制器發(fā)出汽車碰撞電信號，或?qū)饽尹c火器的電源電路接通。偏心錘式碰撞傳感器碰撞傳感器圖1-42滾球式碰撞傳感器1-傳感器殼；2-O形密封圈；3-鋼球；4-永久磁鐵；5-固定板；6-觸點；7-滾筒

滾球式碰撞傳感器也是一種開關(guān)式減速度傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1-42所示。

汽車正常行駛時，鋼球被永久磁鐵吸引，觸點處于斷開狀態(tài)。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，鋼球在慣性力作用下，擺脫磁鐵的吸引力滾向觸點端，將觸點接通，向安全氣囊控制器發(fā)出汽車碰撞電信號，或?qū)饽尹c火器的電源電路接通。滾球式碰撞傳感器碰撞傳感器圖1-43壓敏電阻式碰撞傳感器a)傳感器結(jié)構(gòu)b)傳感器測量電路1-集成電路；2-測量懸臂；3-電阻應(yīng)變片；4-懸架臂

壓敏電阻式碰撞傳感器的結(jié)構(gòu)和測量原理如圖1-43所示。

傳感器的敏感元件是受力變形后其電阻值會相應(yīng)改變的電阻應(yīng)變片，被固定在傳感器測量懸臂端部。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，測量懸臂受減速慣性力的作用而使其端部變形，使布置在測量懸臂端部的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生形變，其電阻值相應(yīng)改變，通過測量電路產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號（Us）。壓敏電阻式碰撞傳感器光照度傳感器在日光或燈光的照射下產(chǎn)生電信號，用于空調(diào)系統(tǒng)的自動控制或前照燈自動變光控制。用于檢測日光照度的傳感器也被稱為日光傳感器或陽光傳感器。光照度傳感器有光電池式和光敏電阻式兩種類型。光照度傳感器光照度傳感器圖1-44半導(dǎo)體光敏電阻式光照度傳感器a)傳感器結(jié)構(gòu)b)測量電路1-玻璃罩；2-金屬蓋；3-金屬底板；4-電極引線；5-陶瓷基片；6-硫化鎘（CdS）；7-電極

半導(dǎo)體光敏電阻式光照度傳感器的敏感元件為半導(dǎo)體元件，此類光照度傳感器一例如圖1-44所示。硫化鎘（CdS）半導(dǎo)體材料的電阻率隨光照度增強而下降，將其連接到圖1-44b所示的測量電路中，CdS在燈光照射下其電阻值改變時，就會輸出相應(yīng)的電壓U0，控制電路或電子控制器根據(jù)此電壓信號判斷光強度，進(jìn)行相關(guān)的自動控制。半導(dǎo)體光敏電阻式光照度傳感器光照度傳感器圖1-45二極管光敏電阻式光照度傳感器a)傳感器結(jié)構(gòu)b)測量電路1-濾波器；2-光敏二極管

二極管光敏電阻式光照度傳感器以二極管為敏感元件，此類光照度傳感器一例如圖1-45所示。光敏二極管的PN結(jié)與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?，但在陽光照射下，其反向電阻會明顯減小。陽光越強，光敏二極管的反向電阻就越小，將其連接到圖1-45b所示的測量電路中，當(dāng)光敏二極管受到陽光照射而其反向電阻下降時，測量電路就會有與日光量相對應(yīng)的電流產(chǎn)生，并可輸出電壓U0。空調(diào)控制器可根據(jù)光敏傳感器輸出的U0判斷車外陽光的照射強度，并進(jìn)行相關(guān)的控制。二極管光敏電阻式光照度傳感器角速度傳感器圖1-46振動型角速度傳感器a)構(gòu)成b)無旋轉(zhuǎn)時c)旋轉(zhuǎn)時1-壓電元件；2-振子振動部分；3-電流檢測；4-振動信號；5-哥氏力成分；6-輸入信號；7-哥氏力信號

振動型角速度傳感器的工作原理如圖1-46所示。在作為振子的四方體的相鄰兩面上，粘貼有兼起驅(qū)動和檢測作用的壓電元件，當(dāng)對壓電元件施加交流電壓時，就會在負(fù)壓電效應(yīng)的作用下，是振子振動。當(dāng)振動著的振子又旋轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的哥氏力。哥氏力是指旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)內(nèi)具有速度的物體所受到的力，力的方向既與旋轉(zhuǎn)軸垂直，也與物體的速度方向垂直，而力的大小與物體的速度與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)車輛旋轉(zhuǎn)時，傳感器振子隨之轉(zhuǎn)動，這時，測出的壓電元件電流包含有振動和哥氏力兩部分。傳感器內(nèi)部信號處理電路是相鄰兩壓電元件輸出信號的相減，這樣，就消除了振動部分同頻又同相的兩個信號（圖1-46b），只剩下反映哥氏力的信號（圖1-46c）。將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，就可得到與旋轉(zhuǎn)角速度成一一對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。振動型角速度傳感器角速度傳感器圖1-47音叉式角速度傳感器1-緩沖器；2、4-傳感器本體；3-壓電元件；5-專用集成電路（IC）

音叉式角速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-47所示。傳感器的本體為音叉形，振子由振動（激振）檢測兩部分構(gòu)成，兩者互成90°。在音叉上粘貼有壓電陶瓷片（PTZ）。音叉式角速度傳感器的工作原理如圖1-47所示。當(dāng)交流電壓加于激振PTZ時，檢測PTZ也總是在左右方向（V方向）振動。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎（方向）時，哥氏力作用于檢測PTZ，在與激振方向垂直的F方向的力，使檢測PTZ產(chǎn)生交流電壓信號。此信號包含有激振PTZ產(chǎn)生的震蕩波，經(jīng)放大后進(jìn)入檢波電路，檢波后輸出反應(yīng)旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度的信號，再經(jīng)整形電路整形后，輸出與車輛旋轉(zhuǎn)角速度呈線性關(guān)系的電壓信號。音叉式角速度傳感器的優(yōu)點是：兩個振子是反方向運動的，其產(chǎn)生的哥氏力的方向也相反，因此，車輛前后、左右方向加速度所形成的撓曲變形可以互相抵消，從而提高了測量的精度。音叉式角速度傳感器PART03電子控制器通常被簡稱為ECU(ElectricControlUnit)，其基本組成如圖1-48所示。圖1-48電子控制器(ECU)的基本組成電子控制器輸入電路微機輸出電路電子控制器輸入電路數(shù)字信號輸入電路模擬信號輸入電路傳感器電源圖1-49數(shù)字信號輸人電路工作過程

數(shù)字信號只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，信息由矩形波的個數(shù)或疏密來表示。它通過輸入接口就可以輸送給微機。在汽車電子控制系統(tǒng)中，有許多以脈沖數(shù)為計量參數(shù)的脈沖信號(如矩形波信號、正弦波信號等)和開關(guān)信號，這些信號還不是微處理器能夠接受的數(shù)字信號，一般需要通過輸入電路的預(yù)處理才能輸入微處理器。對于可能包含有雜波的脈沖信號，需經(jīng)過輸入電路的濾波、整形和電平轉(zhuǎn)換等預(yù)處理（圖1-49）。磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器其信號電壓隨轉(zhuǎn)速而變，輸入電路可能還包括信號放大和穩(wěn)壓電路。對于已由傳感器內(nèi)部測量電路預(yù)處理的矩形波和開關(guān)信號，輸入電路通常只需對其進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換即可。數(shù)字信號輸入電路圖1-50A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程

模擬信號是一個連續(xù)變化的電量，往往用信號電壓的幅值來表示信息的量值。如發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、葉片式和熱式空氣流量傳感器等輸出的就是模擬信號。模擬信號則需經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信息后才能被微機接受。A/D轉(zhuǎn)換過程包括了采樣、量化、編碼。采樣過程是A/D轉(zhuǎn)換器以一固定的時間間隔對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行掃描，取得一系列離散的采樣幅值。量化過程是通過舍入或去尾的方法將采樣幅值變?yōu)橐粋€有限有效數(shù)字的數(shù)。編碼就是將這些代表各采樣幅值的有效數(shù)字變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程如圖1-50所示。比如，輸入的模擬信號某一個采樣幅值量化后的數(shù)為5，A/D便會輸出“0101”這樣一個微機可接受的二進(jìn)制代碼。模擬信號輸入電路圖1-51傳感器電源a)熱敏電阻式傳感器b)電位計式傳感器

除了磁感應(yīng)式傳感器、氧化鋯型氧傳感器等傳感器外，許多傳感器需要有一個電壓穩(wěn)定的電源。各傳感器所需用的電源電壓一般為5V，由電子控制器內(nèi)的穩(wěn)壓電路提供。對于象熱敏電阻式傳感器(如發(fā)動機溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等)、電位計式傳感器(如節(jié)氣門位置傳感器、量板式空氣流量傳感器等)，電子控制器提供的電源電壓還是信號的基準(zhǔn)電壓(圖1-51)。因此，電源電壓的波動將直接影響信號的準(zhǔn)確性。傳感器電源電子控制器微機中央微處理器存儲器輸入/輸出接口中央微處理器

中央微處理器(CentralPro-cessingUnit)簡稱CPU，它是控制器的核心，包含有運算器、控制器、寄存器等(圖1-53)。其具體功能如下。①運算器：用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算。②控制器：按事先編排的程序發(fā)出控制脈沖，控制計算機系統(tǒng)各部自動協(xié)調(diào)地工作。③寄存器：用于暫時存儲運算器的中間運算數(shù)據(jù)。CPU在控制器控制脈沖的控制下，按其時鐘脈沖的節(jié)拍自動協(xié)調(diào)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的運算、寄存、傳送等操作。圖1-52微機的基本組成圖1-53CPU的基本組成存儲器存儲器只讀存儲器(ROM)隨機存儲器(RAM)

輸入/輸出接口(Input/Output)簡稱I/O，它是CPU與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的紐帶，在CPU與外圍設(shè)備之間起著數(shù)據(jù)的緩沖、電平和時序的匹配等多種作用。傳感器經(jīng)輸入電路后通過輸入接口與CPU連接，將信息傳遞給CPU；CPU通過輸出接口經(jīng)輸出電路與執(zhí)行器連接，實現(xiàn)對執(zhí)行器的控制。輸入/輸出接口圖1-54控制器的輸出電路a)向執(zhí)行器提供接地通路b)向執(zhí)行器提供電壓脈沖1-CPU輸出的控制信號；2-執(zhí)行器

微機經(jīng)輸出接口輸出的控制信號一般不能直接控制執(zhí)行器，輸出電路的作用就是根據(jù)微機的控制信號工作，使執(zhí)行器按微機的指令動作。一些執(zhí)行器的電源是蓄電池，使其工作的驅(qū)動電路就是將其搭鐵電路接通。因此，電子控制器中的輸出電路通常是由大功率三極管組成的驅(qū)動電路。通常的輸出電路工作原理如圖1-54所示。輸出電路PART04執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)電動機類執(zhí)行機構(gòu)電磁閥類執(zhí)行機構(gòu)電動機類執(zhí)行機構(gòu)電動機類執(zhí)行機構(gòu)普通直流電動機步進(jìn)電動機圖1-55并激式直流電動機電路原理1-電動機電樞；2-電動機磁極繞組

普通直流電動機通電后產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，通過機械傳動帶動執(zhí)行機構(gòu)工作。普通直流電動機的組成與起動機中的直流電動機相似，電樞與磁極繞組通常采用并聯(lián)方式，如圖1-55所示。普通直流電動機

步進(jìn)電動機可控制其轉(zhuǎn)動的角度和轉(zhuǎn)向，通過機械傳動實現(xiàn)各種參量調(diào)節(jié)和定位控制。在不同車型，不同執(zhí)行器上使用的步進(jìn)電動機其結(jié)構(gòu)形式可能不同，但基本組成及原理相同。步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，有8對磁極，其N極和S極在圓周上相間排列，定子有A、B兩個(圖1-56)，每個定子由具有8對爪極的鐵心和兩組繞向相反的線圈組成。當(dāng)一個線圈通電后，A、B兩定子便形成16對(32個)磁極。步進(jìn)電動機的工作過程如下。當(dāng)定子的一個線圈通電時，定子的32個磁極與轉(zhuǎn)子磁極同性相斥、異性相吸，在此磁力的作用下，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)子的N、S極與定子的異性磁極相對應(yīng)的位置(圖1-57)。定子的4個線圈按1、2、3、4的順序逐個通電，就可使電動機正向轉(zhuǎn)動。其中，每次通電，定子磁極改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一步(1/32圈)。如果要使電動機反轉(zhuǎn)，則使4個線圈按4、3、2、1的順序通電即可。步進(jìn)電動機步進(jìn)電動機圖1-56步進(jìn)電動機定子的組成與原理a)定子結(jié)構(gòu)b)定子線圈1-轉(zhuǎn)子；2-定子；A3-定子；B4-爪極；5-定子線圈；6-定子極性分布圖1-57步進(jìn)電動機的工作過程a)轉(zhuǎn)動—步前b)開始轉(zhuǎn)動c)轉(zhuǎn)動—步后電動機類執(zhí)行機構(gòu)電磁閥類執(zhí)行機構(gòu)直動式電磁閥旋轉(zhuǎn)式電磁閥

直動式電磁閥主要由線圈、鐵心和彈簧等組成(圖1-58)。線圈通電后產(chǎn)生電磁力，鐵心在電磁力的作用下克服彈簧力而軸向移動，帶動閥芯、滑閥等作出相應(yīng)的控制動作。直動式電磁閥根據(jù)其工作方式的不同分，有開關(guān)式、三位式和脈動式等幾種。①開關(guān)式直動電磁閥。電磁閥只有通電和不通電兩個工作狀態(tài)。對于常開型電磁閥，由彈簧保持其閥開的狀態(tài)，通電時由線圈電磁力吸動鐵心，使閥保持在關(guān)的狀態(tài)。對常閉型電磁閥通、斷電時閥的狀態(tài)則正好相反。②三位式直動電磁閥。電磁閥有全通電、半通電和不通電三個工作狀態(tài)，分別完成不同的控制動作。③脈動式電磁閥。電磁閥由占空比脈沖信號來控制閥的開、關(guān)比率，以實現(xiàn)對控制參量的控制。占空比脈沖信號是一種頻率固定不變，脈沖寬度可變的電壓或電流脈沖，如圖1-59所示。直動式電磁閥直動式電磁閥圖1-58直動式電磁閥1-接線端子；2-彈簧；3-線圈；4-鐵心；5-連接閥芯或滑閥圖1-59占空比脈沖信號圖1-60旋轉(zhuǎn)式電磁閥電路原理1、3-定子；2-轉(zhuǎn)子(永久磁鐵)；4-控制信號(占空比信號)；5-反相器

旋轉(zhuǎn)式電磁閥通電后產(chǎn)生角位移，其主要部件是帶動閥轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和定子。旋轉(zhuǎn)式電磁閥有兩種形式；一種是轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，電磁線圈繞在定子上；另一種定子為永久磁鐵，轉(zhuǎn)子上繞有電磁線圈，通過電刷和滑片將電流引入電磁線圈。圖1-60所示的是轉(zhuǎn)子為永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)式電磁閥電路原理。旋轉(zhuǎn)式電磁閥

對稱布置的定子通入相同的電流時，兩線圈L1、L2產(chǎn)生的磁場對轉(zhuǎn)子的作用力使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向是相反的。由于ECU產(chǎn)生的控制信號到V1基極經(jīng)反相器反相，因此從三極管V1、V2集電極輸出的是相位相反的控制脈沖。當(dāng)控制信號占空比為50%時，一個信號周期中V1、V2的導(dǎo)通相位相反，但導(dǎo)通時間相同。L1、L2的通電時間各占一半，兩線圈的平均電流相同，產(chǎn)生的磁場強度也相同，對轉(zhuǎn)子的作用力互相抵消，故轉(zhuǎn)子保持在原來的位置(圖1-61a)。當(dāng)控制信號占空比大于50%時，L2通電時間大于L1，兩線圈產(chǎn)生的磁場合力使轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動(圖1-61b)。當(dāng)控制信號占空比小于50%時，L1的通電時間大于L2，兩線圈產(chǎn)生的磁場合力則使轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動(圖1-61c)。如此，ECU通過輸出不同占空比的控制信號來控制電磁閥轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動方向。定子是永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)式電磁閥原理如圖1-62所示。繞在轉(zhuǎn)子鐵心上的線圈L1、L2繞向相反，因此兩線圈通電后使轉(zhuǎn)子受力偏轉(zhuǎn)方向相反。其控制原理與轉(zhuǎn)子為永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)電磁閥相同。旋轉(zhuǎn)式電磁閥旋轉(zhuǎn)式電磁閥圖1-61旋轉(zhuǎn)式電磁閥轉(zhuǎn)動過程a)占空比=50%b)占空比>50%c)占空比<50%圖1-62定子為永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)式電磁閥1、3-定子(永久磁鐵)；2-轉(zhuǎn)子；4-控制信號(占空比信號)；5-反相器PART05總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)在汽車上的應(yīng)用LIN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用MOST總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork簡稱CAN）是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，1993年，CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用），為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化鋪平了道路。CAN是一種多主總線，每個節(jié)點機均可成為主機，且節(jié)點機之間也可以進(jìn)行通信。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mb/s，距離可達(dá)10km。CAN總線系統(tǒng)的一個最大特點使廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，適合高干擾環(huán)境，因而具有突出的可靠性和較遠(yuǎn)的傳輸距離。另外，CAN總線還具有實時性、靈活性和開放性等特點，因此，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、豐田、本田等多家汽車公司都采用了CAN總線技術(shù)。目前，汽車網(wǎng)絡(luò)主要用2根CAN總線組成。其中一根使應(yīng)用于各電子控制器和組合儀表信息傳輸?shù)母咚貱AN總線（速率達(dá)500kb/s），另一根是用于連接中控門鎖、電動門窗、電動后視鏡、車燈等電器的低速CAN（速率100kb/s）。有些高檔車輛有第三條CAN總線，用于衛(wèi)星導(dǎo)航及智能通信系統(tǒng)。CAN總線系統(tǒng)概述控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)在汽車上的應(yīng)用汽車CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有的優(yōu)點將傳感器信號線減至最少，使更多的傳感器信號進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞。電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間。組網(wǎng)自由，擴展性強。如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。各電控單元可對所連接的CAN總線進(jìn)行實時監(jiān)測，如果出現(xiàn)故障該電控單元會存儲故障碼。CAN數(shù)據(jù)總線符合國際標(biāo)準(zhǔn)，以便于一輛車上不同廠家的電控單元間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？偩€利用率高，數(shù)據(jù)傳輸距離較長（長達(dá)10km），數(shù)據(jù)傳輸速率高（高達(dá)1Mbit/s）。成本相對較低。CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1-63典型的CAN總線接口

CAN總線采用雙線串行通信方式，具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN接口掛在總線上，CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，每個模塊的內(nèi)部都有一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器；每個模塊的外部均連接兩條CAN數(shù)據(jù)總線。在系統(tǒng)中作為終端的兩個模塊，其內(nèi)部還裝有一個數(shù)據(jù)傳遞終端（有時數(shù)據(jù)傳遞終端安裝在模塊外部）。典型的CAN總線接口如圖1-63所示。CAN總線接口CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1-64典型的CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CAN數(shù)據(jù)總線是用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線，分為CAN高位（CAN-high）和低位（CAN-low）數(shù)據(jù)線。汽車CAN數(shù)據(jù)總線的通信介質(zhì)多采用雙絞線，通常將兩條線纏繞在一起，兩條線上的電位是相反的，如果一條線的電壓是5V，另一條就是0V，兩條線的電壓和總等于常值。通過該種辦法，CAN總線得到保護(hù)而面授外界電磁場干擾，同時CAN總線向外輻射也保持中性，即無輻射。典型的CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-64所示。CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸特點CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。利用這一點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)。CAN網(wǎng)絡(luò)上地節(jié)點信息分成不同優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級地數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。CAN采用非破壞性總線性仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級地節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重地情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓地情況。CAN只需通過幀濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps）：通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時通信距離最長為40m）CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線的驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個；標(biāo)示符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）地標(biāo)示符幾乎不受限制。采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好地檢錯效果。CAN的每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。LIN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

LIN總線是針對低成本應(yīng)用而開發(fā)的汽車串行協(xié)議。它對現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了補充，支持車內(nèi)的分層式網(wǎng)絡(luò)。本協(xié)議是簡單的主/從配置，主要流程在主節(jié)點上完成。為了減少本成本，從節(jié)點應(yīng)當(dāng)盡量簡單。LIN總線是主從協(xié)議，總線中的所有數(shù)據(jù)傳輸都由主節(jié)點發(fā)起?，F(xiàn)在有兩種完全不同的方法可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇墓?jié)點，即主-從傳輸（主節(jié)點中的從任務(wù)傳輸數(shù)據(jù)）或從-從傳輸（主節(jié)點發(fā)送幀頭，從某個從節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，然戶另一從節(jié)點接收該數(shù)據(jù)）。這兩種方法具有不同的優(yōu)勢和劣勢。使用LIN協(xié)議的信息傳輸定時是可以預(yù)測的。該協(xié)議是時間觸發(fā)型，不需要總線仲裁，同樣可以計算每條信息幀在最差環(huán)境的定時。每條信息幀的傳輸都由主節(jié)點上執(zhí)行的調(diào)度表控制。調(diào)度表在既定時間傳輸信息幀幀頭。LIN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

汽車網(wǎng)絡(luò)是指能使用電氣或電子媒介發(fā)送或接收信息的控制模塊和接線。有多種網(wǎng)絡(luò)可用于滿足數(shù)目日益增長的車輛電子模塊間通信的要求。節(jié)點數(shù)持續(xù)的增加，技術(shù)復(fù)雜性的提高以及保持低成本的要求，使得A類總線——局域互連網(wǎng)LIN(LocalInterconnectNetwork)總線應(yīng)運而生。開放的LIN總線標(biāo)準(zhǔn)于1997年產(chǎn)生，該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸媒體規(guī)范、開發(fā)工具接口和應(yīng)用編程接口。LIN協(xié)議作為一個成本低、距離短、速度慢的串行通訊網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，能夠連接車輛內(nèi)各種子系統(tǒng)，增強子系統(tǒng)之間的通訊效率，提高可靠性。同時，在帶寬要求不高、功能簡單、性能指標(biāo)較低的情況下，使用更低成本的解決方案補充類似CAN的高端汽車總線的不足。局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN總線在車輛上的應(yīng)用控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

目前有多種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其側(cè)重的功能有所不同，為方便研究與開發(fā)，SAE車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C三類。局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN總線在車輛上的應(yīng)用A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常只有1～10Kb/s，主要應(yīng)用于電動門窗、座椅調(diào)節(jié)器、燈光照明等控制。B類面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位數(shù)率一般為10～100Kb/s，主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示和安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其他電子部件。C類面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達(dá)1Mb/s，主要用于懸架系統(tǒng)控制、牽引控制、發(fā)動機控制和ABS等系統(tǒng)，以簡化分布式控制和進(jìn)一步減少線束。LIN協(xié)議及其支持器件LIN的通信過程LIN協(xié)議LIN的通訊規(guī)則LIN的典型應(yīng)用LIN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用圖1-66節(jié)點結(jié)構(gòu)

以LIN總線為基礎(chǔ)的車身控制系統(tǒng)的設(shè)計如圖1-66所示。為將汽車上各類原始信號轉(zhuǎn)換為可在LIN總線上進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)字量信號，同時為提高系統(tǒng)的可靠性，在LIN總線上設(shè)置了節(jié)點.節(jié)點的功能是：接收傳感器輸出的模擬信號、數(shù)字信號或開關(guān)信號，經(jīng)ECU進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為可在LIN總線上通訊的數(shù)據(jù)報文格式，經(jīng)ECU內(nèi)的L