高档汽车传感器及控制技术

高档汽车传感器及控制技术汽车传感器1、应用现状汽车正朝着电子化、智能化、网络化方向发展。电子产品目前在整车成本中所占比例普遍为23％～30％，在高档豪华轿车上更是占到50%～60％，电子技术在汽车发动机上的应用更为突出。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源、电子眼，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。我国传感器技术水平较低，还没形成系列化、配套化，尚未形成独立的产业。外国，尤其美国、德国、日本等发达国家，汽车传感器技术起步早，规模大、水平高，发展比较均衡。汽车传感器2、发展趋势智能化多功能化集成化微型化高精度汽车传感器3、工作原理传感器是指能感受规定的物理量(非电量)，并按一定规律转换成电信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。汽车传感器(1)磁电效应

(2)霍耳效应

(3)压电效应

(4)光电效应

(5)热电效应传感器的工作机理不外乎运用了下列几种：汽车传感器的应用分类汽车传感器发动机控制系统传感器体现着汽车传感器最先进的技术，也是市场上所占比例最大的部件。发动机控制系统传感器检测发动机吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。检测气缸负压、大气压、气缸内压、油压等。检测发动机曲轴转角、转速、节气门的开度和车速等。测量进气流量和燃料流量。检测发动机排气管废气浓度。根据所检测的信号，通过调整点火提前角或减小缸压来抑制发动机发生爆震。温度传感器温度传感器主要有三种类型：绕线电阻式：精度高、响应特性差热敏电阻式：灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低热偶电阻式：精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。压力传感器汽车用压力传感器主要有：电容式：主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20~100kPa，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点。压组式：受温度影响较大，需另设温度补偿电路，但适于大量生产。差动变压器式(LVDT)：易于数字输出，但抗干扰性差。表面弹性波式(SAW)：体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。位置和速度传感器汽车使用得位置和速度传感器主要有：交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等。新产品：大陆集团研发的方向检测的曲轴位置传感器（CPDD），应用经过充分验证的霍尔传感技术进行设计，能够适应更加严苛的环境状况以及电磁兼容的要求，灵敏度高气体浓度传感器气体浓度传感器主要应用于汽车电控发动机尾气排放的监测，常见的就是氧传感器。氧传感器爆震传感器爆震传感器常见的有压电式和瓷质伸缩式两种。爆震传感器一般有三条线，其中两条是爆震信号线，一条是屏蔽线。爆震传感器压电元件产生的电压很微弱，屏蔽线的作用是防止因外界和汽车本身其它电器产生的电磁干扰对信号的影响，防止ＥＣＵ得不到信号或得到错误信号。发动机控制技术：线性宽域氧传感器传统氧传感器氧传感器是汽车发动机燃油反馈控制系统的重要部件，在空燃比控制中有着非常重要的作用。氧化锆型氧传感器的工作范围是在λ=1附近产生一个跳跃性的输出电压变化，一旦超出此范围，其反应性能便降低。当发动机需要作稀混合或浓混合控制时，传统的氧传感器便无法胜任了。随着人们环保意识的日渐加深和对汽车尾气排放要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足高排放标准的要求，因为它只能定性的知道气体的浓稀，而不知道浓稀的程度；且应用开关型氧传感器的发动机空燃比控制系统，只能以当量空燃比值为目标进行反馈，线性宽域氧传感器UEGO就在这种情况下诞生了。宽域氧传感器通过检测发动机尾气排放中的氧含量，并向电子控制单元输送相应的电压信号，反映空气燃油混合比的稀浓。电控单元根据氧传感器传送的实际混合汽浓稀反馈信号而相应调节喷油脉宽，使发动机运行在最佳空燃(λ=1)状态，从而为催化转换器的尾气处理创造理想的条件。如果混合汽太浓(λ<1)，必须减少喷油量，如果混合汽太稀(λ>1)，则要增加喷油量。它可以在很宽的空燃比范围内（λ=0.65--2.4）提供准确的空燃比值，提高汽车发动机电控单元的控制精度，最大限度发挥三元催化器的作用，降低废气中的有害成分。稀燃状态当内燃机燃烧为稀燃，即空燃比较大时，废气中氧的含量较高，大于理论值，这时感应电压Us小于0.45V，差值电压Verr大于零，经过PID控制器后就会产生一个大于零的泵电流Ip。泵电流流经泵电池后，就产生一个把氧从扩散室里抽出来的机制，以使扩散室里面的氧含量恢复理论值，将Us维持在0.45V富燃状态当内燃机燃烧为富燃，即空燃比较小的时候，废气中氧的含量较少，小于理论值，感应电压Us大于0.45V，差值电压信号Verr小于零，经过PID控制器后就会产生一个小于零的泵电流（即方向与稀燃时相反）。该泵电流能把氧从外面泵入扩散室，以使扩散室的氧的含量恢复理论值，将Us维持在0.45V。发动机控制技术：燃油系统控制

燃油喷射系统的控制方式分类机械式燃油喷射系统机电混合式燃油喷射系统电子控制式燃油喷射系统机械式燃油喷射系统机械式汽油喷射系统早在五十年代就开始运用于汽车上，其空气计量器与燃油分配器组合在一起，见下图为博世K-Jetronic机械式汽油喷射控制系统。空气计量器检测空气流量的大小后，靠连接杆传动操纵燃油分配器的柱塞动作，以燃油计量槽开度的大小控制喷油量，以达到控制混合比的目的。1-燃油箱；2-电子燃油泵；3-燃油蓄压器；4-燃油滤清器；5-暖机调节器；6-喷油器；7-进气歧管；8-冷起动喷油器；9-燃油分配器；10-空气流量传感器；11-正时阀；12-λ传感器；13-热限时开关；14-分电器；15-怠速空气调整器；16-节流阀位置开关；17-ECU；18-点火开关；19-蓄电池电子控制式燃油喷射系统电控式汽油喷射系统在六七十年代大多只控制汽油喷射，80年代开始与点火控制一起构成发动机电子集中控制系统。它根据各种传感器送至电脑的发动机运行工况的信号，由电脑运算后，发出控制喷油量和点火时刻等多种执行指令，实现了多种机能的控制，下图为丰田TCCS电控式汽油喷射系统布置图。发动机高压共轨系统（CommonRailSystem）高压共轨系统的优点高喷射压力；可变喷射时间；多级预喷射和后喷射功能；可变喷射压力（喷射压力可以在23～200MPa的范围内变化）。高压共轨系统采用模块化设计，这种设计简化了系统对每缸的适应性。控制怎样进行的呢？控制核心部件：ECU（ElectronicControlUnit）ECU电子控制单元，又称“行车电脑”。由微处理器（CPU）、存储器（ROM、、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。一言以概之：“ECU就是汽车的大脑”。汽车上多个ECU之间的信息传递采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系统，也就是CAN数据总线。ECU结构车速传感器发动机转速传感器输入轴转速传感器加速器踏板传感器离合器位置传感器水温传感器档位选择器杆节气门开关加速器踏板开关空调开关制动开关巡航开关照明开关脉冲输入电路模拟输入电路接盘输入电路中央处理机CPU随机存储器RAM多路转换器存储器ROM步进电机驱动电路指示器驱动电路电磁阀驱动电路起动器禁止器节气门离合器变速器HSA指示器起动器继电器电源ON输入处理电路5V0VONOFF5V0V5V0Vt5V0V+12V0VOFF0V+_t5V0V-46V0V输入电压突变正负交替电压噪声信号电涌电压输入信号的处理电涌：微秒量级的异常大的电流脉冲微处理器5VONOFF0V0V14VONOFF喷射信号喷射器电压波形喷射器功率放大输出功率驱动信号喷射器电弧抑制电路+B燃油喷射驱动电路输出信号的处理CPUClockROM(程序)RAM(数据)特殊功能I/OTimer/CounterA/DPWMInterruptSIO地址总线控制总线数据总线输入端口输出端口I/O端口单片机典型结构框图SerialInterfaceI/O串行输入输出。通信使用3根线完成：地线、发送、接收。通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。行业背景高压共轨系统是节能减排未来发展的趋势。然而，核心技术却被德国博世、美国德尔福、和日本电装等几家企业所垄断博世博世BOSCH是德国最大的工业企业之一，从事汽车技术、工业技术和消费品及建筑技术的产业。博世汽车是全球第一大汽车技术供应商，主要从事：汽油系统，柴油系统，车身电子，底盘控制系统，制动系统中国总部在上海联合汽车电子、力士乐日本电装日本株式会社电装，丰田