汽车电子控制技术

1、 传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。 把非电量转换成电量的装置。 传感器由敏感元件、转换元件、测量电路组成。敏感元件是指能直接感受被测量，将被测量转换成与其有确定关系的非电量或其它量的部分。转换元件是指将敏感元件输出的非电量转换成电参量的部分。测量电路是指将转换元件输出的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。敏感元件转换元件测量电路辅助电源被测量电量传感器的组成 磁电式传感器 磁电效应：法拉第电磁感应定律 N匝线圈在磁场中运动，切割磁力线（或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿

2、过线圈的磁通的变化率，即 E 感应电动势 N 线圈的工作匝数 d/dt 磁通量变化率 一般可构成直线式和转动式两类传感器。直线移动式磁电传感器组成：永久磁铁、线圈、传感器壳体 运动件为线圈通过弹簧与传感器壳体相连接，组成动圈式结构； 运动件为磁铁通过弹簧与传感器壳体相连接，组成动铁式结构。原理：动铁式恒定磁感应强度传感器：测量振动量，壳体随振动体一起振动，运动件（动铁）质量较大，弹簧较软，惯性作用静止不动，磁铁与线圈的相对运动速度接近振动体振动速度。 E = NBL v L线圈长度振动频率低于传感器固有频率，灵敏度随振动频率变化；振动频率远高于传感器固有频率，灵敏度基本不随振动频率变化（近似常

3、数），更高时灵敏度会有所下降。转动式磁电传感器有变磁阻式和变气隙式两种，仅介绍变磁阻式磁电感应传感器组成：软铁、线圈、永久磁铁、测量齿轮。原理：运动件为由导磁材料制成的测量齿轮，随被测旋转体转动；固定件为软铁、线圈、永久磁铁；测量齿轮每转过一个齿，与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次。线圈中的感应电动势的变化频率（脉冲数）等于测量齿轮上齿数与转速的乘积。霍尔式传感器 霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方面）流过时，在垂直于磁场和电流方向上产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 设薄片为N型半导体，若电子在电流I的作用下以速度v运动，则在磁感应强度为B的磁场中

4、受到的磁场力（洛伦兹力）为FL=evB式中 e=1.610-19C 电子受磁场力的作用向后端面移动，后端面电子积累带负电，前端面带正电，形成电场。电场力FE=-eE。电场力动态平衡时（FL+ FE =0），前后端面建立霍尔电场EH。对应的霍尔电动势UH=Ehb。 霍尔电动势 设N型半导体的电子浓度（单位体积内的电子数）为n，I=-nebdv UH=-IB/ned=RHIB/d=KH I B RH 霍尔系数，RH=-1/ne，由载流材质物理性质决定。 KH灵敏度系数。KH= RH/d，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电动势大小。 利用霍尔效应可以制成测量电流、磁场、位移、转速、转角等的

5、传感器。 压电式传感器压电效应：对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。 Q=d F Q 压电感应电荷 d 压电系数 F 压力压电元件：压电材料高频响应好， 常用于测量动态参数。 光电式传感器光电效应： 物理学认为光能有光子能组成，光子具有的能量E和光的频率f关系： E=hf （式中f为普朗克常数，f=6.62610-34J s） 当光线照射物体时，可看作一束具有具有能量E的光子轰击物

6、体，如果光子能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部里的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应。光电效应分为三类： 在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应。如光电管。(光电) 在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应。如光敏电阻，光敏二极管等。(光阻) 在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光伏特现象。如光电池。(光伏特)光敏电阻：受光线照射时，电阻值变小，光照越强，阻值越低，光线消失，电阻值恢复原值。光敏管：光敏二极管PN结面积较大距表面较浅，直接接收光照，当光线照射，PN结导通产生光电流，电流值随光照强度改变。电致发光：固体发光材料在电场激

7、发下产生的发光现象。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。如发光二极管（LED）。 热电式传感器热电效应：将两种不同性质的金属导体A、B接成一个闭合回路，如果两结合点温度不同（T0T），则两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小电流。此现象称为热电效应。由于导体成对出现，通常称为热电偶。热电阻传感器： 导体的电阻随温度变化的现象称为热电阻效应。热敏电阻传感器： 热敏电阻用半导体制成，与金属热电阻比有以下特点电阻温度系数大，灵敏度高。结构简单，体积小，易于点测量。电阻率高，且适合动态测量。阻值与温度变化的关系是非线性。稳定性较差。 发动机电子控制系统的很重要的一项控制内容就是最佳空燃比的控制，这

8、需要对进气量进行精确测量。空气流量计是测量发动机进气量的装置,它将吸入的空气量转换成电信号送至电脑,作为决定喷油量的基本信号之一。 根据测量原理不同，空气流量计有： 翼片式（也称叶片式、风门式） 卡门旋涡式 热线式 热式 热膜式叶片式空气流量计的结构叶片式空气流量计实物图图247 247 叶片式空气流量计工作原理叶片式空气流量计工作原理1 1、电位计滑臂、电位计滑臂 2 2、可变电阻、可变电阻 3 3、接进气管、接进气管 4 4、测量叶片、测量叶片 5 5、旁通空气道、旁通空气道 6 6、接空气滤清器、接空气滤清器卡门涡旋原理卡门涡旋原理dvSftdvSft5 . 11fkqv光学式空气流量计

9、的检测部分由镜面、发光二极管和光电晶体管等组成。空气流经涡旋发生器时，压力发生变化，这种压力变化经压力导向孔作用于薄金属制成的反光镜表面，使反光镜产生振动。反光镜振动时，将发光二极管投射的光反射给光电管，对反射光信号进行检测，即可得涡旋频率。高频率对应大进气量。 光学式卡门涡旋空气流量计原理光学式卡门涡旋空气流量计原理11空气进口；空气进口；22管路；管路；33光敏晶光敏晶体管；体管；44板弹簧；板弹簧；55导孔；导孔；66旋旋涡发生器；涡发生器；77整流栅整流栅工作原理工作原理 在与空气流动方向垂直的方向上安装超声波信号发生器，在与其相对的位置上安装超声波接收器。卡门涡旋造成空气密度变化，受

10、其影响，信号发生器发出的超声波到达接收器的时机或变早或变晚，测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，矩形波的脉冲频率即为卡门涡旋的频率。超声波式卡门涡旋空气流量计原理超声波式卡门涡旋空气流量计原理热式空气流量计工作原理热式空气流量计工作原理dAC图图251 251 半导体应变式进气压力传感器半导体应变式进气压力传感器 11半导体应变片；半导体应变片；22混合集成电路；混合集成电路；33真空室真空室图图2-27 2-27 综合式节气位置传感器综合式节气位置传感器 11电阻膜；电阻膜；22节气门开度输出动触点；节气门开度输出动触点；33怠速动触点怠速动触点 由于排气中的氧浓度可以反映空燃比的大小，

11、氧传感器安装在排气管内，形成发动机电子控制系统的反馈控制，组成闭环控制系统提高控制精度。 常用的有两种，二氧化钛氧传感器和二氧化锆氧传感器 。 一、 二二氧化钛氧传感器 氧化钛式氧传感器是利用导体二氧化钛的导电性随排气中的氧含量变化的特性，又称电阻型氧传感器。当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用电路把电阻变量转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际的空燃比。 氧化钛式氧传感器有两个元件，一个感测排气中的氧含量，一个用作温度补偿。 二、氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的结构基本元件是二氧化锆（ZrO2）陶瓷，为固定电解质管，也称锆管。内

12、表面与大气相通，外表面与排气相通。锆管接触氧气产生负氧离子，内外氧浓度不同，负氧离子浓度不同，负离子扩散至平衡，形成电动势。氧化锆式氧传感器的特性在400以上的高温时，若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在铂电极之间将会产生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低（接近0V），反之，如排气中几乎没有氧，内外侧的之间电压高（约为1V）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变。如右图 水温温度传感器水温温度传感器 水温传感器电路图水温传感器电路图 电磁效应和传感器工作原理电磁效应 电磁式曲轴位置传感器 图2-66 转子与线圈的安装位置 1G转子；2G1耦合线圈；3G2耦合线圈；4Ne转子； 5、9耦合线圈；6G、Ne转子；7G1、G2耦合线圈；8分电器 图2-67 G1、G2、Ne信号检测方式 图269 霍尔效应原理 图图270270霍尔式发动机转速与曲轴位置传感器结构霍尔