STT 智能節(jié)油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-職業(yè)學(xué)院汽車制造與轉(zhuǎn)配畢業(yè)設(shè)計(jì)

1 安徽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 課題：課題：STT 智能節(jié)油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)智能節(jié)油系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)：汽車制造與轉(zhuǎn)配技術(shù)專業(yè)：汽車制造與轉(zhuǎn)配技術(shù) 班級(jí)：班級(jí)：10-08 姓名：許世偉姓名：許世偉 指導(dǎo)老師：黃波指導(dǎo)老師：黃波 2 摘要摘要 越來越多的人開始關(guān)注城市大氣污染“PM2.5顆粒”這個(gè)新詞。在北京這樣機(jī) 動(dòng)車數(shù)量超過500萬輛的城市，PM2.5顆粒污染大多數(shù)來自汽車尾氣排放。尤其 在怠速狀態(tài)下，PM2.5污染物的排放是順暢行駛時(shí)的五倍以上。針對(duì)怠速時(shí)的尾 氣污染和燃油浪費(fèi)， 一些歐洲汽車廠家如奔馳寶馬開始研發(fā)采用“怠速停車”智能 節(jié)油系統(tǒng)，在消除怠速等待時(shí)的有害氣體排放以及節(jié)油效果取得了不錯(cuò)的成效。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大城市一般道路的怠速停車時(shí)間比例達(dá)到10%，主干道甚至高達(dá) 50%以上。 運(yùn)用“怠速啟停智能節(jié)油系統(tǒng)”在一般路況條件下可節(jié)約8%的燃油， 而 在擁堵路段中最高可以節(jié)約15%左右的燃油，對(duì)消費(fèi)者來說意義重大。 本文論述了智能節(jié)油系統(tǒng)的功能、 特性、 主要結(jié)構(gòu)、 工作原理和日常的使用， 通過對(duì)智能節(jié)油系統(tǒng)部分部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其更好的適應(yīng)日常的使用，同時(shí)論 述了智能節(jié)油系統(tǒng)的系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，以及智能節(jié)油系統(tǒng)的智能控制， 并舉例做出簡單介紹。 關(guān)鍵詞：PM2.5 顆粒智能節(jié)油系統(tǒng)怠速啟停智能節(jié)油系統(tǒng)的智能控制 ABSTRACT More and more people begin to pay close attention to urban atmospheric pollution “PM2.5 particles“ the new word. Such vehicles in Beijing more than 5 million cars city, PM2.5 particle pollution, most from automobile emission. Especially in the idle state, PM2.5 emissions of pollutants is smooth driving more than five times. In idling process of tail gas pollution and fuel waste, some European auto makers such as Benz BMW started developing the “idle stop“ intelligent fuel system, eliminate idle while waiting in the harmful gas emissions and oil saving effect achieved good results. According to statistics, in the big cities of China general road 3 idle speed stopping time ratio reached 10%, main road even as high as 50% above. Using the “idle start-stop intelligent oil saving system“ in general traffic conditions can save 8% of the fuel, but in the congestion in the section of the highest can save about 15% of fuel, is of great significance for consumers. This paper discusses the intelligent oil saving system functions, characteristics, main structure, working principle and daily use, through to the intelligence of the fuel system parts design improvement, make it better adapt to the day-to-day use, at the same time, this paper discusses the intelligent oil saving system of systematic, modular design method, and intelligent oil saving system of intelligent control, and an example is introduced to make simple. Keywords: PM2.5particlesintelligent oil saving systemidle start-stopintelligent oil saving system of intelligent control 4 目錄目錄 摘要摘要（3） ABSTRACT（3） 第一章第一章 智能節(jié)油系統(tǒng)的概述智能節(jié)油系統(tǒng)的概述（5） 第一節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的特點(diǎn)（5） 第二節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展（5） 第二章第二章 智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理（6） 第一節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的控制圖（6） 第二節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理（6） 第三節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的限制條件（7） 第三章第三章 傳感器的設(shè)計(jì)傳感器的設(shè)計(jì)（7） 第一節(jié) 車速傳感器（7） 第二節(jié) 檔位傳感器（10） 第三節(jié) 加速度傳感器（11） 第四節(jié) 離合器傳感器（14） 第四章第四章 執(zhí)行器的設(shè)計(jì)執(zhí)行器的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 專用發(fā)動(dòng)機(jī)（15） 第二節(jié) 噴油器（15） 第三節(jié) 加強(qiáng)啟動(dòng)機(jī)（17） 第五章第五章 ECU 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)（18） 第六章第六章 動(dòng)力電池組動(dòng)力電池組（19） 總結(jié)總結(jié)（19） 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)（21） 5 第一章第一章 智能節(jié)油系統(tǒng)的概述智能節(jié)油系統(tǒng)的概述 第一節(jié)第一節(jié)智能節(jié)油系統(tǒng)的特點(diǎn)智能節(jié)油系統(tǒng)的特點(diǎn) STT(start-stop)智能節(jié)油系統(tǒng)通過電腦判斷車輛的狀態(tài)，例如車輛在紅 燈、堵塞等停滯狀態(tài)，電腦可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行，并且停止運(yùn)行階段， 并不影響車內(nèi)空調(diào)、音響等設(shè)備的使用。當(dāng)綠燈亮起時(shí)，踩下離合發(fā)動(dòng)機(jī)則自動(dòng)啟動(dòng)。 另外， 裝備 STT 的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)有適應(yīng)性改動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)不會(huì)對(duì)壽命產(chǎn)生影 響。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下： 1、切換自如：當(dāng)車輛怠速，掛空擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火，起步換擋后自動(dòng) 點(diǎn)火，自動(dòng)切換，靈敏快捷。 2、瞬時(shí)啟動(dòng)：起步換擋，同步點(diǎn)火。 3、靜音設(shè)計(jì)：起步換擋后噪音小于傳統(tǒng)啟動(dòng)方式。 4、超長壽命：耐久性為 25 萬次 5、節(jié)油：城市工況下，最高可節(jié)省 15%油耗。 6、節(jié)能減排：減少二氧化碳和廢氣的排放，更綠色環(huán)保。 7、高可靠性：系統(tǒng)成熟穩(wěn)定，集成度高，故障率小。 第二節(jié)第二節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展 一、國外智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展一、國外智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展 智能節(jié)油系統(tǒng)這項(xiàng)技術(shù)早在上世紀(jì)七十年代中就已經(jīng)出現(xiàn)。 當(dāng)時(shí)豐田在皇冠 轎車上對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行過實(shí)用性測(cè)試，只要車輛停穩(wěn)后 1.5 秒，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)自動(dòng) 斷油熄火，而這也成為日后自動(dòng)啟停發(fā)展的理論及設(shè)計(jì)雛形。這臺(tái)皇冠在東京的 城市交通中進(jìn)行了長時(shí)間的測(cè)試，證明這一技術(shù)能帶來 10%左右的節(jié)油效果。而 在此之后，大眾、菲亞特、雪鐵龍等眾多品牌都開始涉足這一技術(shù)，但直到 2006 年自動(dòng)啟停功能才開始了普及之路。 一、國內(nèi)智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展一、國內(nèi)智能節(jié)油系統(tǒng)的發(fā)展 國內(nèi)長安汽車率先與德國博世合作開發(fā)智能節(jié)油系統(tǒng)，并在旗下 CX30 車型 裝備了此裝置，且最近上市的長安重量級(jí)車型逸動(dòng)，也搭載了這套“怠速啟 停智能節(jié)油系統(tǒng)”。隨后，一些自主品牌車型也開始紛紛搭載該系統(tǒng)，如吉利帝 豪 EC7、長城 C30 等。 6 第二章第二章 智能節(jié)油系統(tǒng)的控制圖和工作原理智能節(jié)油系統(tǒng)的控制圖和工作原理 第一節(jié)第一節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)智能節(jié)油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)如圖 2-1 所示，智能節(jié)油系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括：ECU、專用起動(dòng)機(jī)、 發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池組、車速傳感器、離合器開關(guān)、檔位傳感器等。為了車輛更好 的適應(yīng)城市擁堵路況，本設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中增加了加速度傳感器。 圖 2-1 智能節(jié)油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第二節(jié)第二節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理 智能節(jié)油系統(tǒng)的工作原理即電腦通過各傳感器輸送的信息判斷車輛的狀態(tài)， 以此控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停運(yùn)行。當(dāng)遇到紅燈停車，駕駛員將擋位推進(jìn)空擋，ECU 接收到車速傳感器和檔位傳感器的信號(hào)，判斷車輛停止，并控制噴油器斷油，發(fā) 動(dòng)機(jī)即刻自動(dòng)熄火；當(dāng)綠燈亮起時(shí)踩下離合踏板，ECU 控制加強(qiáng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā) 動(dòng)機(jī)則自動(dòng)啟動(dòng)。整套系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間和平時(shí)駕駛習(xí)慣沒有任何不同。其控制方 框圖如圖2-2. 在城市擁堵的道路上行駛時(shí)， 若加速度傳感器測(cè)得汽車起步后10秒內(nèi)加速度 未達(dá)到某一預(yù)設(shè)加速度數(shù)值，則 ECE 在下一次停車時(shí)不會(huì)控制噴油器斷油。若 加速度傳感器測(cè)得汽車起步后 5 秒內(nèi)加速度大于該預(yù)設(shè)加速度數(shù)值，則 ECU 在 下一次停車時(shí)控制噴油器斷油，是發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。該設(shè)計(jì)避免汽車在擁堵的道 路上造成頻繁熄火和啟動(dòng)， 從而， 減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損， 延長了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 7 第第三三節(jié)節(jié) 智能節(jié)油系統(tǒng)的限制條件智能節(jié)油系統(tǒng)的限制條件 啟停系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)是不能以犧牲車輛其他系統(tǒng)正常工作為代價(jià)的， 比如 在蓄電池電量低于限定值、車輛空調(diào)系統(tǒng)在進(jìn)行除霧工作、剎車系統(tǒng)內(nèi)壓力下降 到某一點(diǎn)之下、車輛出現(xiàn)向前或者向后“溜車”等情況時(shí)，啟停系統(tǒng)不會(huì)熄滅發(fā) 動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后也會(huì)毫無延遲地重新啟動(dòng)。 第三章第三章 傳感器的設(shè)計(jì)傳感器的設(shè)計(jì) 第一節(jié)第一節(jié) 車速傳感器車速傳感器 現(xiàn)代汽車上，都裝有發(fā)動(dòng)機(jī)電控、自動(dòng)駕駛、ABS、TRC、STT、自動(dòng)鎖車 門、導(dǎo)向系統(tǒng)、電子儀表等裝置，這些裝置都需要汽車車速信號(hào)，車速傳感器就 可以產(chǎn)生所需的信號(hào)。帶齒轉(zhuǎn)子就設(shè)置在傳感器的旋轉(zhuǎn)體上，與齒形的凹凸相應(yīng) 產(chǎn)生輸出信號(hào)，由此可以測(cè)出回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速、加減速狀態(tài)等。 一、光電式車速傳感器一、光電式車速傳感器 8 光電式車速傳感器的外觀如圖 3-1 所示。傳感器上有遮光板 1、光耦合部件 2（發(fā)光二極管、光敏元件）以及速度表電纜。光電式車速的工作原理可用圖 3-2 來加以說明。當(dāng)遮光盤沒有遮光時(shí)，發(fā)光二極管的光射到光敏晶體管上，光敏晶 體管的集電極中有電流通過，該管導(dǎo)通，這時(shí)晶體管 VT1 也導(dǎo)通，因此在 Si 端 子上就有 5V 的電壓輸出。脈沖頻率取決于車速，在車速為 60km/h 時(shí)，儀表電 纜的轉(zhuǎn)速為 637r/h，儀表電纜每轉(zhuǎn)一圈，車速傳感器就有與擋光板對(duì)應(yīng)的 20 個(gè) 脈沖輸出。當(dāng)車速為 0km/h 時(shí)，儀表電纜的轉(zhuǎn)速為 0r/h，此時(shí)無脈沖信號(hào)產(chǎn)生。 采用了車速傳感器的數(shù)字式速度表主要是由熒光管、 微型計(jì)算機(jī)及集成電路構(gòu)成 的。 熒光管根據(jù)車速傳感器輸出的脈沖信號(hào)顯示車速，并把其他信息輸入到里程 表、燃油表。 速度表的電路方框圖如圖 3-3 所示， 傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)整形后輸入到 計(jì)數(shù)電路中，在記憶電路中被記下來。而定時(shí)電路輸出信號(hào)決定計(jì)數(shù)電路的計(jì)測(cè) 時(shí)間和記憶電路的記憶時(shí)間。記憶電路的輸出信號(hào)加到顯示電路上，熒光管根據(jù) 速度傳感器輸出的脈沖數(shù)顯示車速。 速度表的顯示分解能力為 1km/h；當(dāng)車輛停止時(shí)，儀表電纜的轉(zhuǎn)速為 0r/h， 傳感器無脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)電路中，速度表顯示 0km/h，速度判斷回路輸出信 9 號(hào)，為智能節(jié)油系統(tǒng)提供控制噴油器斷油熄火的依據(jù)。 電路中還有 1/5 分頻電路部分，它產(chǎn)生相當(dāng)于笛簧開關(guān)輸出的車速信號(hào)（4 個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)） ，輸入到自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)和恒速控制計(jì)算機(jī)中。 二、二、磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器 如圖 3-4 所示，為車速傳感器的外觀。圖 3-5 所示，磁電式車速傳感器安 裝在車輪內(nèi)側(cè)靠近齒輪的支架上，車速傳感器是由永磁鐵、鐵芯以及線圈所組成 的，傳感器的磁頭靠近齒圈的齒頂。 磁電式車速傳感器的工作原理如圖 3-6 所示，齒輪 1 與車輪同軸，具有與車 輪相同的轉(zhuǎn)速，當(dāng)汽車行駛帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器磁頭與齒輪之間的磁通量是 圖 3-6 磁電式車速傳感器的工作原理 1、齒輪2、線圈3、永磁鐵 變化的，齒輪上的逐個(gè)齒將產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)的系列脈沖，其形狀是一樣的。輸出信 圖 3-4 傳感器的外觀 圖 3-5 車速傳感器的結(jié)構(gòu)和安裝位置 10 號(hào)的振幅與齒輪的轉(zhuǎn)速成正比(車速)，信號(hào)的頻率大小表現(xiàn)于齒輪的轉(zhuǎn)速大小。 若智能節(jié)油系統(tǒng)裝配該鐘傳感器，當(dāng)車輛停止時(shí)，磁電式車速傳感器脈沖信 號(hào)產(chǎn)生，ECU 接收到此信號(hào)后，向噴油器發(fā)出指令，為其斷油熄火提供可靠依 據(jù)。 第二節(jié)第二節(jié) 檔位傳感器檔位傳感器 一、一、位置開關(guān)方式位置開關(guān)方式檔位傳感器檔位傳感器 位置開關(guān)方式采用與傳統(tǒng)手動(dòng)變速器相似的常開、 常閉傳感器通過檢測(cè)撥叉 桿的位置來判斷變速器檔位。 如圖 3-7 中三、四檔傳感機(jī)構(gòu)所示，現(xiàn)處于三、四檔的空檔位置。此時(shí)，常 閉傳感器 1 處于自由狀態(tài)，即給出空檔信號(hào)；常開傳感器 2、3 處于自由狀態(tài)， 給出不在檔及四檔的信號(hào)，結(jié)合三個(gè)傳感器的信號(hào)，判斷此時(shí)處于空檔位置。 當(dāng)撥叉桿向左移動(dòng)至直接檔位置時(shí)，撥叉桿推動(dòng)鋼球 1 向上運(yùn)動(dòng)，常閉傳 感器 1 處于壓縮狀態(tài)，其傳出非空檔信號(hào)；常開傳感器 2 處于壓縮狀態(tài)，傳出在 四檔信號(hào)常開傳感器 3 處于自由狀態(tài)傳出非檔信號(hào)；結(jié)合三個(gè)傳感器的信號(hào)， 判斷此時(shí)處于直接檔（即四檔）位置。 當(dāng)撥叉桿向右運(yùn)動(dòng)至檔位置時(shí)，結(jié)合三個(gè)傳感器的信號(hào)，可判斷出變速器 處于檔位置。 圖 3-7 位置開關(guān)檔位傳感器方案 二、二、角位移傳感角位移傳感器器 由于位置開關(guān)傳感器易損壞，考慮到 STT 智能節(jié)油系統(tǒng)的可靠性及耐久性， 設(shè)計(jì)了另一種檔位檢測(cè)機(jī)構(gòu)，即角位移傳感器方案。如圖 3-8 中所示，角位移傳 感器通過一套機(jī)構(gòu)將將撥叉桿的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為可被傳感器測(cè)量的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 從而確定撥叉或撥叉桿的軸向位置，進(jìn)而判斷變速器檔位。 整個(gè)角位移傳感器機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)裝在撥叉或撥叉桿上的撥桿、 固定連接于 角位移傳感器的 U 型槽撥頭以及一個(gè)可接收并檢測(cè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角信號(hào)的角位移傳感 11 器組成。 圖 3-8 角位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 其中，U 型槽撥頭與角位移傳感器的旋轉(zhuǎn)端子通過柱銷連成一體，當(dāng)撥頭轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)可將角度變化傳遞到傳感器。撥桿與撥叉或撥叉桿連接在一起。如圖中 3-9 所示， 三維圖中可顯示各機(jī)構(gòu)及部件的具體裝配方式，根據(jù)該圖可判斷出各部件 移動(dòng)時(shí)其他部件的連鎖運(yùn)動(dòng)及檢測(cè)狀態(tài)。 當(dāng)進(jìn)行換檔動(dòng)作時(shí)，撥叉桿帶動(dòng)撥叉軸向移動(dòng)，撥桿也隨之軸向運(yùn)動(dòng)，U 型槽撥頭的內(nèi)端面受撥桿作用力旋轉(zhuǎn)，而撥桿沿?fù)茴^ U 型槽運(yùn)動(dòng)，從而將撥叉桿 軸 向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過角位移傳感器得到變速器檔位信號(hào)。 圖 3-9 角位移傳感器 通過對(duì)檔位傳感器的設(shè)計(jì)， 使檔位傳感器為智能節(jié)油系統(tǒng)提供變速箱準(zhǔn)確的 檔位信息，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟停。 第三節(jié)第三節(jié) 加速度傳感器加速度傳感器 加速度傳感器是利用物體慣性系數(shù)在不同加速度下產(chǎn)生不同壓力的原理， 運(yùn) 用不同的電阻來區(qū)分不同的加速度。下面介紹鋼球式加速度傳感器。 在一般行車狀態(tài)下，急加速時(shí)車身前后方向的加速度小于 0.5g。車輛前后 方向能夠產(chǎn)生的最大加速度是 1.1g，橫向最大加速度是 0.8g，上下方向最大加 速度是 2g，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以看出，加速度的檢測(cè)范圍達(dá)到-1.5g+1.5g。 撥叉 撥桿 撥叉桿 U 型槽撥頭 角度位移傳感器 12 鋼球式加速度傳感器由加速度檢測(cè)部分和檢測(cè)電路組成，它們被集中在 30.5mmx32mmx36mm 的外殼內(nèi)。 （1）檢測(cè)部分的結(jié)構(gòu)。傳感器的剖面 圖如圖 3-10 所示，作為慣性質(zhì)量的精 密鋼球置于兼起線圈骨架作用的耐熱 樹脂的球套中，為保證鋼球的防銹及 潤滑，球套中有硅油；線圈是分成兩 部分繞制的，為測(cè)得鋼球的位置與移 動(dòng)方向，采用的是差動(dòng)變壓器工作方 式，在線圈的外側(cè)、與球套軸垂直的 方向上，設(shè)置了一對(duì)圓盤形永磁鐵， 在這一對(duì)永磁鐵的外側(cè)，還覆蓋著軛 鐵，通過軛鐵，在有效地形成磁路的 同時(shí)可防止磁通的泄漏。傳感器的檢 測(cè)部分是由鋼球、一對(duì)永磁鐵、差動(dòng) 變壓器線圈及軛鐵構(gòu)成，利用一對(duì)永 磁鐵支撐的鋼球按照球套的軸向加速 度改變位置，利用線圈將鋼球位置的 變化檢測(cè)出來，并以此作為測(cè)得的加 速度。 圖 3-10 傳感器的剖面圖 1、線束；2 墊圈；3、骨架；4 軛 鐵；5、注塑件； 6 信號(hào)處理電路；7、 外殼；8 永磁鐵；9、檢測(cè)線圈；10 鋼 球 （2）鋼球的磁場力支撐。在磁場強(qiáng)度H中，作用在某一方向（如 y 軸方向） 上磁性材料球體的力Fy可用下式表示： )/(yHyKHyFy 式中，K 為由材料的導(dǎo)磁率及鋼球直徑?jīng)Q定的常數(shù)；Hy 為該方向上的磁場強(qiáng)度； yHy /為該方向的磁場梯度。 圖 3-11 骨架的軸向磁場力 13 線圈骨架的軸向磁場力。假定骨架的軸為 y，則一對(duì)永久磁鐵在骨架軸方向 上鎖形成的磁場強(qiáng)度如圖 3-11（a）所示，磁場梯度如圖 3-11（b）所示。由此 可出軸向磁場力 Fy 如圖 3-11（c）所示。在軸方向上，按距離軸中間偏差量的 大小，有軸向中央回復(fù)力作用在鋼球上，如圖 3-11（d）所示。 當(dāng)加速度作用到傳感器外殼上時(shí)，處于軸向中央位置的鋼球，在加速度的方 向上， 會(huì)受到反向慣性力的作用，鋼球?qū)⒁苿?dòng)至慣性力與軸向磁場力平衡的位置 處， 鋼球位置與加在傳感器外殼上的加速度相應(yīng)， 因此， 當(dāng)掌握了鋼球移動(dòng)位置、 方向之后，就可以測(cè)出加速度的大小與方向。 假設(shè)有相當(dāng)大的加速度加到軸向上，這是鋼球移動(dòng)到球套的兩端處，沖擊之 后，在永磁鐵的作用下回到中間位置，不會(huì)出現(xiàn)不可逆變化。因此，形成了鋼球 式加速度傳感器耐沖擊的特點(diǎn)。 （3）差動(dòng)變壓器，差動(dòng)變壓器的原理如圖 3-12 所示。差動(dòng)變壓器是由激磁 方的初級(jí)線圈組與檢測(cè)方的次級(jí)繞組組成的，因次級(jí)繞組的連接極性不同，所以 其兩端形成了差動(dòng)輸出，與次級(jí)繞組交鏈的磁通隨鋼球位置而變化，由此可以檢 測(cè)出鋼球的位置與移動(dòng)方向。 （4）檢測(cè)電路。檢測(cè)電路的方框圖如圖 3-13 所示。檢測(cè)電路應(yīng)用了可減小 傳感器體積的表面封裝技術(shù)，而且采用專用的集成電路片，其上包括了大部分的 電子元件。 1基準(zhǔn)電壓電路。該部分由調(diào)節(jié)器和運(yùn)算放大器構(gòu)成，其作用是產(chǎn)生基準(zhǔn) 電壓。 2振蕩電路。振蕩電路由振蕩器與振蕩振幅溫度修正電路構(gòu)成，其作用是 對(duì)初級(jí)繞組激磁。 3AC 放大電路。這部分電路是指用差動(dòng)放大器對(duì)次級(jí)繞組的輸出加以放 大， 與下一級(jí)的同步整流電路通過電容器實(shí)現(xiàn)交流耦合，消除因電路元件引起的 直流偏移。 4同步整流電路。利用初期激磁信號(hào)形成同步信號(hào)，對(duì)來自 AC 放大器的 信號(hào)進(jìn)行同步整流。 5輸出信號(hào)的濾波電路。濾波電路是由次級(jí)的低通濾波器構(gòu)成，輸出電壓 14 的中間值為 2.5V。 圖 3-13 檢測(cè)電路的方框圖 第四節(jié)第四節(jié) 離合器傳感器離合器傳感器 通常離合器開關(guān)是一個(gè)常閉開關(guān)， 向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元提供 12 伏的電壓,當(dāng)踩 下離合器時(shí)開關(guān)斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元沒有離合器的信號(hào)。離合器開關(guān)位置如圖 3-14 所示。 圖 3-14 離合器位置圖 3-15 離合器開關(guān)控制圖 本設(shè)計(jì)對(duì)離合器開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，使之成為一種常開開關(guān)，如圖 3-15 所示。 離合器一端接蓄電池，另一端通過 ECU 搭鐵， 并在離合器下端與 ECU 并聯(lián)一 個(gè)離合器燈，當(dāng)踩下離合器帶動(dòng)離合器開關(guān)，使離合器開關(guān)由斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合 狀態(tài)。離合器開關(guān)閉合使 ECU 通入 12V 的電壓，ECU 便可通過此信號(hào)來判斷離 合器分離，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出中斷，ECU 也將此信號(hào)作為使噴油器斷油熄火的依 據(jù)。此時(shí)離合器燈也點(diǎn)亮，告知駕駛員離合器開關(guān)正常。 當(dāng)松下離合器踏板，離合器開關(guān)在回位彈簧的作用下斷開，ECU 中無電壓 信號(hào)，判斷離合器即將結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)需要?jiǎng)恿敵鋈ィ瑸榧訌?qiáng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供必 要信息。此刻離合器燈也隨之熄滅。 15 第四章第四章 執(zhí)行器的設(shè)計(jì)執(zhí)行器的設(shè)計(jì) 第一節(jié)第一節(jié) 專用發(fā)動(dòng)機(jī)專用發(fā)動(dòng)機(jī) 具有智能節(jié)油系統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)與一般的發(fā)動(dòng)機(jī)不同， 該發(fā)動(dòng)機(jī)為避免因反 復(fù)啟停帶來的啟動(dòng)延遲，采用發(fā)動(dòng)機(jī)直噴技術(shù)。由于直噴發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過噴 油器霧化汽油，原理上可以在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)完成啟動(dòng)，而一般的進(jìn)氣管噴射發(fā) 動(dòng)機(jī)，需要進(jìn)氣氣流霧化氣流再攜帶進(jìn)氣缸，啟動(dòng)時(shí)間比直噴慢不少。 一般發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損有一半以上來自于冷啟動(dòng)， 而啟停系統(tǒng)的工作也是有一些 條件限制的。為了保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和相應(yīng)零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度 60 至 90 攝氏度的范圍內(nèi)工作，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫以及機(jī)油溫度沒有 達(dá)到正常值時(shí)，即使該功能被激活，發(fā)動(dòng)機(jī)也是不會(huì)自動(dòng)啟停的。 而在熱啟動(dòng)的時(shí)候， 由于發(fā)動(dòng)機(jī)零件之間的配合間隙和機(jī)油潤滑都進(jìn)入了理 想狀態(tài)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損是極小的，而此時(shí)機(jī)油所起到的作用就十分重要，對(duì) 于搭載智能節(jié)油系統(tǒng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該使用更高等級(jí)的機(jī)油。 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系 統(tǒng)加以改進(jìn)，在活塞處增加機(jī)油孔道或機(jī)油噴嘴等，以達(dá)到在啟動(dòng)的瞬間為發(fā)動(dòng) 機(jī)充分潤滑的目的，使發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命變得更長。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)本身允許進(jìn)行 230,000 次節(jié)能自動(dòng)啟停式起步和 50,000 次常規(guī)起步 。 第二節(jié)第二節(jié) 噴油器噴油器 本設(shè)計(jì)所研究的噴油器是電磁式噴油器,如圖 4-1 所示。其作用是在 ECU 的 控制下，把霧化好的汽油噴入氣缸。根據(jù)噴油器電磁線圈阻值大小，可以分為低 阻噴油器和高阻噴油器兩種類型。 一、低阻噴油器一、低阻噴油器 16 低阻噴油器電磁線圈的線徑較粗、匝數(shù)較少、電阻值較小，一般為 0.63 。在端電壓相同的情況下，由于線圈的電阻小，因此流過線圈的電流較大，能 產(chǎn)生較大的電磁吸引力，是噴油器具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在采用低阻噴油器 的電控汽油噴射系統(tǒng)中，低阻噴油器的驅(qū)動(dòng)可采用電壓驅(qū)動(dòng)或電流驅(qū)動(dòng)方式。 采用電壓驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，由于線圈的電阻很小，長時(shí)間大電流流過線圈，可能 導(dǎo)致電磁線圈過熱損壞。因此，當(dāng)?shù)妥鑷娪推麟妷候?qū)動(dòng)方式時(shí)，必須在驅(qū)動(dòng)回路 中串入起限流作用的附加電阻，以減小流過線圈的電流，如圖 4-2 所示。但這樣 做會(huì)使電磁線圈產(chǎn)生的電磁力減小， 低阻噴油器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好的優(yōu)點(diǎn)不能得到 充分的發(fā)揮。 采用電流驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，為了防止電磁線圈過熱，在控制電路中增加了對(duì)電流 進(jìn)行檢測(cè)的電路，ECU 根據(jù)檢測(cè)回路輸出的電壓信號(hào)，對(duì)流過電磁線圈的電流進(jìn) 行控制，如圖 4-3 所示。 電路驅(qū)動(dòng)方式回路中阻抗很小，功率晶體管 VT1 剛開始導(dǎo)通時(shí)，電磁線圈通 過電流在極短的時(shí)間內(nèi)迅速增大，針閥以最快的速度升起，使開啟延遲時(shí)間大大 縮短。當(dāng)針閥上升至全開位置時(shí)，線圈中流過的電流達(dá)到最大峰值 Ip（一般為 4-8A） ，在線圈流過電流迅速增大的同時(shí)，電流檢測(cè)電阻 A 點(diǎn)的電壓也在迅速增 大。當(dāng) A 點(diǎn)的電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)（此時(shí)針閥恰好全開） ，ECU 控制大功率晶體管 VT1 以 20MHz 的頻率交替導(dǎo)通截止，使流過線圈的電流快速下降至維持針閥最大 開度所需要的保持電流 In，保持電流平均值一般為 12A。該電流不僅足以使針 閥保持在全開位置，同時(shí)具有防止線圈發(fā)熱、減小電能無效損耗等優(yōu)點(diǎn)。 二、高阻噴油器二、高阻噴油器 高電阻噴油器采用線徑較細(xì)、 匝數(shù)較多的電磁線圈， 電阻值較大， 約為 12 17，高阻噴油器只能采用電壓驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電路與圖 4-2 相似，由于本身的 電阻較大， 不需要在電路中串聯(lián)附加電阻， 因此電路及控制簡單是其突出的優(yōu)點(diǎn)。 但高阻噴油器存在開啟延遲時(shí)間較長，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性差的不足，所以在 STT 智能 節(jié)油系統(tǒng)中不采用該種噴油器。 17 三、低阻噴油器電流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)三、低阻噴油器電流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 為了使電磁式噴油器能夠更好地響應(yīng) STT 智能節(jié)油系統(tǒng)的斷油控制，本設(shè) 計(jì)對(duì)低阻噴油器電流驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)電路圖如圖 4-4 所示。 在原有低阻噴油器電流驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)電磁繼電器， 該繼電器 在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)是接通的，并不影響大功率晶體管 VT1 的工作，當(dāng) ECU 綜 合車速傳感器、檔位傳感器、離合器傳感器的信號(hào)判斷車輛停止，而輸出斷油信 號(hào)給該繼電器， 此時(shí)繼電器通電產(chǎn)生電磁力把開關(guān)斷開， 無論有無輸入脈沖信號(hào)， 大功率晶體管 VT1 都無法導(dǎo)通，因此噴油器就停止工作，發(fā)動(dòng)機(jī)則斷油熄火。 第三節(jié)第三節(jié) 加強(qiáng)起動(dòng)機(jī)加強(qiáng)起動(dòng)機(jī) 汽車起動(dòng)機(jī)是為發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)提供動(dòng)力支持，起動(dòng)機(jī)如何為發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng) 力。首先要看汽車起動(dòng)機(jī)的組成。汽車起動(dòng)機(jī)是由直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制 裝置三部分組成。 直流電動(dòng)機(jī)引入來自蓄電池的電流并且使起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪產(chǎn) 生機(jī)械運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合入飛輪齒圈，同時(shí)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后自 動(dòng)脫開；起動(dòng)機(jī)電路的通斷則由一個(gè)電磁開關(guān)來控制。 電動(dòng)機(jī)是起動(dòng)機(jī)內(nèi)部的主要部件，它的工作原理就是以安培定律為基礎(chǔ)的 能量的轉(zhuǎn)化過程，即通電導(dǎo)體在磁場中受力的作用。電動(dòng)機(jī)包括必要的電樞、換 向器、磁極、電刷、軸承和外殼等部件。而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，使 起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給飛輪；發(fā)動(dòng)機(jī)起 動(dòng)后，自動(dòng)切斷動(dòng)力傳遞，防止電動(dòng)機(jī)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，超速旋轉(zhuǎn)而破壞。起動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)齒輪與曲軸飛輪齒環(huán)之間的傳動(dòng)比很大，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置了單向離合器。 對(duì)于裝載了智能節(jié)油系統(tǒng)的車輛，啟動(dòng)電機(jī)應(yīng)能承受大的電流脈沖，因?yàn)樾?要頻繁的啟停，所以其性能需要加強(qiáng)，尤其是啟動(dòng)齒輪的金屬強(qiáng)度，應(yīng)能承載較 強(qiáng)的沖擊。并且能夠迅速響應(yīng) ECU 的啟動(dòng)指令，當(dāng) ECU 檢測(cè)到離合器開關(guān)信號(hào) 和一檔信號(hào)時(shí)，此時(shí) ECU 向發(fā)動(dòng)機(jī)啟停電機(jī)輸入啟動(dòng)信號(hào)使電磁繼電器通電， 啟動(dòng)電機(jī)形成閉合回路，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。 18 第五章第五章 ECUECU 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) ECU（electronic control unit，電子控制單元）由把來自傳感器的信號(hào)加 以變化的輸入接口、 根據(jù)所決定的步驟進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的計(jì) 算機(jī)和將其結(jié)果變換為驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)的輸出接口所構(gòu)成，如圖 5-1 所示。 圖 5-1 ECU 的構(gòu)成 1、輸入接口 來自傳感器的信息因傳感器的種類而有各種各樣的形狀。輸入接口就是 將其輸出信號(hào)變換為計(jì)算機(jī)可以處理值的電路。 （1）A/D 轉(zhuǎn)換器由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字， 所以輸出模擬信號(hào)值的傳 感器信號(hào)必須通過 A/D 轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字值。例如，車速傳感器所輸出的正 弦電壓即為模擬信號(hào)， 需要A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制代碼。 （2）數(shù)字輸入緩沖器雖然說計(jì)算機(jī)處理數(shù)字值，但也不能直接輸入 來自傳感器的數(shù)字信號(hào)。汽車用的計(jì)算機(jī)室依靠置于 ECU 內(nèi)部的穩(wěn)定+5V 電 源操作的，必須圖 5-1 的 B-E 的各種形狀的輸入信號(hào)進(jìn)行整形，才能使計(jì)算 機(jī)可以處理。B 是超過計(jì)算機(jī)電源范圍的信號(hào)；C 是電壓正負(fù)振蕩的信號(hào)；D 是因機(jī)械式電氣接點(diǎn)的振動(dòng)或噪聲而產(chǎn)生不需要電壓的信號(hào)；E 是包括高沖 擊電壓的信號(hào)。 2、計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)由 CPU、存儲(chǔ)裝置、輸入端口、輸出端口四部分所構(gòu)成，是不通過人 手而進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理裝置。 CPU 是計(jì)算機(jī)的核心部分，它執(zhí)行預(yù)先寫入存儲(chǔ)裝置的程序；輸入輸出端口 具有接口的作用，它根據(jù) CPU 的命令讀入來自特定輸入裝置的數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)輸 出到特定的輸出裝置。CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出端口用地址總線、數(shù)據(jù)總線和控 制信號(hào)線連接起來，頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。在存儲(chǔ)器中所有數(shù)據(jù)的容納場所均設(shè) 定為地址，CPU 通過調(diào)用這一地址可以取得該數(shù)據(jù)。 19 3、輸出接口 輸出接口的作用是將來自計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)放大，以使驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作，計(jì)算機(jī) 的輸出是一種微弱的電流，不能直接驅(qū)動(dòng)很大的驅(qū)動(dòng)器。輸出接口是將計(jì)算機(jī)的 微弱信號(hào)經(jīng)功率晶體管進(jìn)行功率放大以向驅(qū)動(dòng)器供給電力的電路。 第六章第六章 動(dòng)力電池組動(dòng)力電池組 對(duì)于安裝了 STT 智能節(jié)油系統(tǒng)的汽車不能使用普通標(biāo)準(zhǔn)電池， 因?yàn)槠胀?biāo)準(zhǔn) 電池不能承受充電時(shí)比一般電流強(qiáng)度大得多的電流， 特別是在減速和剎車時(shí)進(jìn)行 的，此時(shí)電池承受的電流強(qiáng)度就更大了。在模仿城市駕駛的情況下，普通電池可 以充電 2 萬至 2.5 萬次