车辆电子控制系统-传感器03-01

1、 汽车电子控制系统硬件3.1 计算机控制系统概述 汽车电子控制系统包括硬件和软件两个组成部分：硬件主要包括传感器、控制器或电子控制单元（ECUElectronic Control Unit）、执行器等；软件则存储在控制器中支配电子控制系统硬件完成实时测控功能，主要包括数据采集与处理、输出控制、系统监视及故障自诊断等。3.1 计算机控制系统概述3.1 计算机控制系统概述3.1 计算机控制系统概述3.1 计算机控制系统概述 控制：为适合某种目的而对对象进行所要求的操作。（1）计算机控制系统基本概念自动控制：用控制装置自动地进行的控制。系统：由一些相互联系和相互制约的环节组成并具有特定功能的整体。计

2、算机控制系统：利用计算机代替常规的模拟控制器，而使它成为控制系统的一个组成部分，称为计算机控制系统。也称数字控制系统。3.1 计算机控制系统概述 计算机控制系统由计算机通过模拟输入通道(A/D)采集被控对象的状态，获得误差，经控制器的算法程序进行信息加工，通过模拟量输出通道(D/A)，转变为被控对象可以接受的模拟信号。（2）计算机控制系统组成3.1 计算机控制系统概述计算机控制系统的基本功能是进行信号的传递、分析和比较。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了计算机控制系统的控制性能和应用范围。3.1 计算机控制系统概述实时数据采集对被控参数的瞬

3、时值进行检测、转换并输入到计算机中；实时决策对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律进行计算，决定进一步的控制策略；实时控制根据决策，适时地对执行机构发出控制信号。（3）计算机控制系统的工作过程3.1 计算机控制系统概述计算机控制系统不断重复上述三个步骤，控制整个系统按一定的品质指标进行工作，并对系统的异常状态进行监视和处理。控制过程的三个步骤对计算机来说实际上只是执行算术、逻辑运算和输入、输出操作。3.1 计算机控制系统概述“实时”是指信号的输入、计算和输出都在一定的时间范围内完成，即计算机对输入的信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应或控制。实时性指标取决于

4、下列延时：检测延时、输入延时、计算延时、输出延时等等。3.1 计算机控制系统概述由上述三步所构成的循环周期就是实时时间，也称为采样周期Ts。对于计算机控制系统，要求实时时间较短，一般为ms级。控制系统的实时时间常由定时中断产生。3.2 汽车电子控制系统硬件的组成按照计算机控制系统的组成，可以将汽车电子控制系统分为三个部分： 第一部分：信号采集部分，由若干个传感器所组成； 第二部分：对传感器的各种输入信号进行分析处理，向被控制装置输出控制信号的电子控制单元ECU； 第三部分：根据ECU的输出信号，具体完成对控制对象操作的执行器。 （1）汽车电子控制系统硬件的组成3.2 汽车电子控制系统硬件的组成

5、 汽车电子控制系统简图收集信息的传感器 信息处理器 (ECU)控制部件的执行器输入输出相当于人的五官 相当于人的大脑相当于人的手脚传感器：输入信号的测量装置，主要作用是将所测量物理量转换为电信号。 控制器：能够对传感器的各种输入信号进行分析处理，并按照预先设定的程序，对执行器输出控制信号。执行器：根据ECU的输出信号，具体完成对控制对象的操作。它能够将输出的电信号重新转换成所需的物理量 3.2 汽车电子控制系统硬件的组成传感器（机械机构状态）传感器（周边环境状态）传感器（由人指令操作）ECU输入处理（运算处理输出处理）执行器被控机械机构汽车电子控制系统原理简图3.2 汽车电子控制系统硬件的组成

6、（2） 本章主要内容： 传感器 执行器 控制器概念、种类、测量原理、应用实例功用、基本结构、常用电子器件、单片机外围电路概念、执行器的工作原理、应用实例3.3 车用传感器3.3 车用传感器3.3.1 车用传感器概述 车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键件之一，世界各国都非常重视对车用传感器的研究开发。现在，“没有传感器技术，就没有现代汽车”的观点已被全世界业内人士所公认。 目前，汽车技术升级换代，给传感器产品带来了更高的质量要求，主要表现在更低的成本、更强的功能以及更高的可靠性;汽车电子化越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。因此，国内外都将车用传感器技术列为重点发展

7、的高技术。汽车传感器的应用越来越多地与环境保护、安全和智能联系在一起。3.3.1 车用传感器概述3.3.1.1 车用传感器的概念和组成 传感器的概念：传感器是能感受规定的被测量（物理或化学等量，一般为非电量），并按照一定规律转换成可用输出信号（电量）的器件或装置。（1）车用传感器的概念传感器就是将光、时间、电、温度、压力及气体等的物理化学量转换成电信号的变送器。3.3.1 车用传感器概述 传感器的特性可以用下列方程组表示： 如果已知函数f，则该方程组即为传感器的数学模型。利用该方程组就可以从输出信号Y和干扰输入Di准确地计算出所求的测量参量。3.3.1 车用传感器概述 按照定义，通常可以将传感

8、器分为敏感元件和转换元件两个组成部分。（2）车用传感器的组成 敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。3.3.1 车用传感器概述 并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件与转换元件两个部分，而是二者合为一体。 由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。3.3.1 车用传感器概述敏感元件传感元件被测量传感器组成方块图 辅 助 电 源信号调节转换电路3.3.1 车用传感器概述 一般来讲，研究传感器，包

9、括以下内容：本课程重点介绍传感器的测量原理和信号转换电路。信号转换电路测量原理传感器的标定静态特性、动态特性以及数字测量特性等。3.3.1 车用传感器概述输出信号的形式由传感器的原理决定。输出信号有多种形式，如电压、电流、频率、脉冲长度等。 3.3.1.2 传感器的信号输出形式 模拟信号数字信号3.3.1 车用传感器概述传感器信号输出形式示例（a）电压v、频率f；（b）电压、脉宽Tp 3.3.1 车用传感器概述3.3.1.3 车用传感器的种类驾驶员了解各部分状态的传感器用于控制汽车运行状态的传感器温度、压力、扭矩、角度、角速度、位移、转速、加速度、空气流量、空燃比等车用传感器3.3.1 车用传感器概述3.3.1 车用传感器概述3.3.1.4 对车用传感器的基本要求实时正确地检测所有条件下所需的各种物理量，并能够把它输入到控制器。高可靠性。必须满足汽车在世界范围内各种大气和地理环境条件下行驶的可靠性。低成本。具有批量生产性和通用性。3.3.1 车用