汽車電子控制裝置

1、汽車電子控制裝置汽車電子控制裝置一、任務(wù)引入汽車傳感器廣泛應(yīng)用在發(fā)動機(jī)、底盤和車身各個系統(tǒng)中。例如在發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)動機(jī)的水溫較低時，水溫傳感器輸入ECU的水溫信息使空燃比變濃，從而使發(fā)動機(jī)工作穩(wěn)定，如果此時水溫傳感器不發(fā)出冷機(jī)狀態(tài)信息，將會使空燃比變稀，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，同樣，如果暖機(jī)后發(fā)出冷機(jī)狀態(tài)信息，則將使空燃比變濃，發(fā)動機(jī)工作也不正常。本課題要求學(xué)生能夠了解傳感器結(jié)構(gòu)，并且熟悉傳感器的原理。二、任務(wù)分析電子控制單元不斷地檢測各個傳感器的信號，一旦檢測出某個輸入信號不正常，就可將錯誤的信號存人存儲器內(nèi)，需要時可以通過專用診斷儀或采取人工方法讀取故障信息，再根據(jù)故障碼信息內(nèi)容，

2、進(jìn)行維修。汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取的與控制過程有關(guān)的工作變量和參數(shù)的精度，傳感器或變換器可以將這些物理變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，傳感器可以通過多種方式將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號。汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)中普遍測量的物理量是溫度、壓力、速度、位置、流量和氧氣濃度等。傳感器的性能指標(biāo)包括測定范圍、精度、分辨率、響應(yīng)特性、可靠性、耐久性、緊湊性、互換性和經(jīng)濟(jì)性等。三、相關(guān)知識（一）溫度傳感器溫度是汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)的重要輸入變量，特別是在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中，冷卻液溫度和進(jìn)氣溫度直接關(guān)系到噴油量和點(diǎn)火正時。溫度傳感器常用的有熱敏電阻型和熱電偶型兩類。這里只介紹熱敏電阻型，熱敏電阻溫度傳感器由鐐或鉆的

3、氧化物等半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度變化會產(chǎn)生可以預(yù)期的變化。當(dāng)熱敏電阻受熱時，半導(dǎo)體中的電子會打破共價鍵成為自由電子，使熱敏電阻的電阻值減小，如圖7-1a）所示,電阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖7-1b）所示，由于電阻值隨著溫度的提高而減小，故為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）型熱敏電阻，溫度變化1C電阻值可以變化5%10%，電阻值為10kQ的熱敏電阻在發(fā)動機(jī)工作溫度范圍內(nèi)的阻值變化范圍為500一10000Q。盡管熱敏電阻在高溫范圍內(nèi)的靈敏度有所降低，但熱敏電阻溫度傳感器仍然具有很高的靈敏度，可以測量到0.05C的溫度變化。-20fiolib沮度（XJ圖7-1熱敏電阻工作原理a）熱敏電阻溫度傳感器；b）熱敏

4、電阻溫度傳感器的溫阻特性（二）空氣流量傳感器葉板式空氣流量傳感器葉板式空氣流量傳感器如圖7-2所示，它的殼體中有一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)有螺旋回位彈簧，在轉(zhuǎn)軸上固定著傳感葉板，傳感葉板由測量葉片和緩沖葉片構(gòu)成，傳感葉板的轉(zhuǎn)軸與一個電位計的滑臂相聯(lián)，電位計的陶瓷底板上鍍有耐磨的滑軌。空氣通過葉板式空氣流量傳感器時，流動的空氣將推動測量葉片繞轉(zhuǎn)軸擺動，空氣流量越大，葉片的擺角越大，同時，與測量葉片連為一體的緩沖葉片在阻尼室進(jìn)行同樣的擺動，它可以對葉板形成平穩(wěn)的阻尼力，使葉板擺動變得較為平穩(wěn)，葉板帶動電位計滑臂在滑軌上滑動，電位計的電壓輸出圖7-2葉板式空氣流量傳感器將與葉板擺角成正比。為使流量傳感器

5、具有期望的輸出特性，電位計在陶瓷底板的背部有幾個薄膜電阻，這些薄膜電阻與滑軌相連，使電位計具有微調(diào)能力。由于空氣的體積是由進(jìn)氣管中的壓力和溫度決定的，所以，用間接方法測量進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量流量不夠精確，要減小進(jìn)入氣缸空氣質(zhì)量的測量與實(shí)際進(jìn)氣量的偏差，可以采用更直接的測量方法?？諝饬髁恐苯訙y量方法更為迅速和精確，有助于提高空燃比的控制精度，改善燃燒過程。（三）壓力傳感器進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器應(yīng)用在D型EFI汽油噴射系統(tǒng)中，它是D型汽油噴射系統(tǒng)的重要部件，相當(dāng)于L型EFI汽油噴射系統(tǒng)中的空氣流量傳感器。半導(dǎo)體壓敏電阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體的壓敏效應(yīng)制成的，它的特點(diǎn)是尺寸小，精度高，響應(yīng)性好，再現(xiàn)

6、性、抗震性好，且生產(chǎn)成本低，所以得到廣泛應(yīng)用。如美國通用汽車公司、日本豐田汽車公司、克萊斯勒汽車公司生產(chǎn)的汽車，以及國產(chǎn)桑塔納2000GLi型轎車等都使用半導(dǎo)體壓敏電阻式壓力傳感器。該傳感器的結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，它由壓力轉(zhuǎn)換元件和把轉(zhuǎn)換元件輸出信號進(jìn)行放大的混合集成電路構(gòu)成。壓力轉(zhuǎn)換無件圖7-3壓敏電阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器（四）位置傳感器應(yīng)用在汽車上的位置傳感器有曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。其中曲軸位置傳感器是發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的主要部件，它是控制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火正時、確認(rèn)曲軸位置的信號源。曲軸位置傳感器用于檢測活塞上止點(diǎn)信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號，它也是測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的信號源。曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)

7、形式有磁脈沖式、光電式和霍爾式三種。它們安裝在曲軸前端、凸輪軸前端、分電器內(nèi)或飛輪上。節(jié)氣門位置傳感器有線性輸出型和開關(guān)型兩種。它安裝在節(jié)氣門體上，它可將節(jié)氣門開度的變化轉(zhuǎn)換成電信號輸入電子控制單元ECU,ECU根據(jù)節(jié)氣門位置信號判定發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。豐田公司TCCS系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)子磁脈沖曲軸位置傳感器并安裝在分電器內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。該傳感器分上下兩部分，上部分產(chǎn)生G信號，下部分產(chǎn)生Ne信號。兩部分都是利用帶輪齒的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使信號發(fā)生器內(nèi)的線圈磁通變化，從而產(chǎn)生交變電勢，經(jīng)放大后，將該信號輸入電子控制單元。Ne信號用來檢測曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，它相當(dāng)于輪齒式曲軸位置傳感器的1o信號。它

8、由固定在分電器內(nèi)下半部等間隔24個齒輪的轉(zhuǎn)子（即Ne正時轉(zhuǎn)子）及固定在輪齒轉(zhuǎn)子對面的感應(yīng)線圈組合而成，如圖7-4所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，輪齒與感應(yīng)線圈凸緣（即磁頭）的空氣間隙變化，使感應(yīng)線圈的磁場變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。因為輪齒靠近及遠(yuǎn)離磁頭時，將會產(chǎn)生一次增減磁通的變化。所以，每一個輪齒通過磁頭時，都會在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生一圖7-7轉(zhuǎn)子磁脈沖式曲軸位置傳感器1.Gl感應(yīng)線圈2.NO.2正時轉(zhuǎn)子3.No.1正時轉(zhuǎn)子4.G2感應(yīng)線圈5.Ne感應(yīng)線圈個完整的交流電壓信號。Ne正時轉(zhuǎn)子上有24個齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈（720。時,感應(yīng)線圈產(chǎn)生24個交流信號，即Ne信號。Ne信號如圖7-5所小。它的一個周

9、期的脈沖相當(dāng)于30o曲軸轉(zhuǎn)角(720b24=30c)。更精確的轉(zhuǎn)角測量是利用30o轉(zhuǎn)角的時間，由ECLW均分30等份，產(chǎn)生1o曲軸轉(zhuǎn)角的信號。同時，檢測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，是由ECU依照Ne信號的兩個脈沖，即60o曲軸圖7-5Ne信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)與波形轉(zhuǎn)角所經(jīng)過的時間為基準(zhǔn)測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。G信號用于辨別氣缸及檢測活塞上止點(diǎn)位置，這相當(dāng)于輪齒磁脈沖式曲軸位置傳感器的120o信號。G信號是位于Ne信號發(fā)生器上方的凸緣輪(即G正時轉(zhuǎn)子)及其對面對稱的兩個感應(yīng)線圈產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。G信號的產(chǎn)生原理與Ne信號產(chǎn)生原理相同，G信號也用于作為Ne信號計算曲軸轉(zhuǎn)角的基準(zhǔn)信號。圖7-6G信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)與

10、波形G、G信號分別用于檢測六缸及一缸上止點(diǎn)信號，由于G、G信號發(fā)生器設(shè)置的關(guān)系，當(dāng)產(chǎn)生G、G信號時，實(shí)際上活塞并不是正好在上止點(diǎn)，而是在上止點(diǎn)前10o的位置。（五）速度傳感器曲軸位置傳感器又稱曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，它是發(fā)動機(jī)集中控制系統(tǒng)最主要的傳感器，它是控制發(fā)動機(jī)燃油噴射和點(diǎn)火時刻確認(rèn)曲軸位置的信號源。舌簧開關(guān)式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在分電器內(nèi)部，它的結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。舌簧開關(guān)觸點(diǎn)由強(qiáng)磁休制成，在裝于分電器軸上的磁鐵的作用下動作，舌簧開關(guān)觸點(diǎn)不直接與大氣接觸，其容器內(nèi)充有惰性氣體。圖7-7舌簧開關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)(b)（六）氧傳感器氧傳感器安置在發(fā)動機(jī)排氣管或排氣尾管中，用于測量發(fā)動機(jī)排氣中的剩

11、余氧氣濃度，由于排氣中的氧氣濃度由發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過量空氣系數(shù)（A）決定，故也將這類傳感器稱為A傳感器。氧傳感器由多孔性材料制成，當(dāng)發(fā)動機(jī)排氣中的氧離子在傳感器的多孔性材料中擴(kuò)散時，就會在多孔材料的兩個側(cè)面之間產(chǎn)生電壓。在過量空氣系數(shù)入=1時，氧傳感器的輸出電壓將會有急劇的變化，目前，氧傳感器有氧化錯(ZrO2)和氧化鈦(TiO2)兩種類型?，F(xiàn)介紹氧化錯(ZrO2)氧傳感TFITO氧化錯傳感器的基體是多孔陶瓷，在陶瓷孔的表面附著著氧化錯，傳感器有兩個傳感探頭，其中的一個探頭用于提供正常大氣壓力下大氣中氧氣濃度的參考值，另一個探頭則暴露于排氣中，用于感測由排氣中剩余氧氣產(chǎn)生的分壓力。發(fā)動機(jī)燃用濃混合氣

12、時，排氣中的氧氣分壓力是大氣壓力的10-1610-32,發(fā)動機(jī)燃用稀混合氣時，排氣中的氧氣分壓力約為10-2。如果傳感器兩個探頭處的氧氣濃度相同，傳感器的輸出電壓就為零；如果傳感器兩個探頭處的氧氣濃度不同，兩個探頭之間就會有電壓產(chǎn)生。氧傳感器的工作原理如圖7-8所示，當(dāng)氧氣滲入溫度較高表面附著氧化鋁的陶瓷微孔時，氧氣將會發(fā)生電離，形成帶負(fù)電荷的氧離子，如果陶瓷體兩側(cè)的氧含量不同，氧離子就會由較濃的一側(cè)向另一側(cè)擴(kuò)散，使多孔陶瓷體兩表面之間產(chǎn)生電壓，而電壓的高低取決于陶瓷體兩表面處的氧氣濃度差2。二Oj+Jc'0：-*-4c'-20"'圖7-8氧化錯式氧傳感器的工

13、作原理1.電動勢2.大氣一側(cè)鉗金電極3.固態(tài)電解質(zhì)（氧化錯元素）4.排氣一側(cè)的鉗金電極5.陶瓷涂層（七）爆震傳感器燃料品質(zhì)差和點(diǎn)火提前角過大等許多因素會引發(fā)爆震燃燒，爆震燃燒會導(dǎo)致缸內(nèi)壓力急劇升高，并產(chǎn)生壓力振蕩。爆震傳感器的作用是在發(fā)動機(jī)爆震燃燒時向發(fā)動機(jī)ECU反饋電信號，由ECU通過減小點(diǎn)火提前角使爆震得到抑制。汽車發(fā)動機(jī)采用加速度計作為爆震傳感器最為合適，用壓電陶瓷作為轉(zhuǎn)換元件測量發(fā)動機(jī)的缸體振動，它具有很高的自振頻率和良好的線性，可以提供用于爆震分析的理想信號由鉛、錯和鈦組成的壓電陶瓷的工作溫度可以達(dá)到360C，其典型結(jié)構(gòu)如圖7-9所示，這種結(jié)構(gòu)的爆震傳感器可以很方便地安置在發(fā)動機(jī)的兩個氣缸之間，這是檢測爆震的最佳位置。在陶瓷晶體承受機(jī)械應(yīng)力發(fā)生變化時將會產(chǎn)生電壓，電壓方向與機(jī)械應(yīng)力處于兩個相對的表面，電壓的高低與所受的機(jī)械壓力成正比，振動質(zhì)量對壓電傳感元件產(chǎn)生初始預(yù)壓力，這使壓電晶體相當(dāng)于一個彈簧，當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生爆震并通過機(jī)體傳給傳感器時，將引起振動質(zhì)量與壓電晶體組成的彈性