第3章汽车嵌入式系统基础

2023/12/261现代汽车电子技术信号与信息处置研讨所丁山现代汽车电子技术2023/12/26现代汽车电子技术2第3章汽车嵌入式系统根底汽车电子控制系统可概括为传感器、控制器、执行器和通讯诊断四个主要部分。传感器：控制系统首先需求感知外部信号，作为系统控制的根据。这些传感器包括温度、压力、转速等几十种传感器；控制器：中心器件是微控制器，可以完成采集、控制和通讯等功能；执行器：真正实现控制操作的部件称为执行器，将控制器输出的电信号转换为驱动功率安装的实践动作;通讯诊断：包括在电控单元中通讯接口电路、汽车的CAN、LIN等网络通讯协议以及外部通讯诊断安装。汽车电子控制系统现代汽车电子技术2023/12/2632023/12/26现代汽车电子技术43.1嵌入式处置器对信号进展分析、运算和处置，然后输出控制信号经输出信号接口电路到执行器。按功能可分为以下4种：1.微处置器；2.微控制器；3.嵌入式数字信号处置器〔DSP〕4.片上系统和可重构硬件a.片上系统〔SystemonChip〕b.可重配置硬件的根本原理2023/12/26现代汽车电子技术5嵌入式处置器的总线构造：冯·诺依曼构造；哈佛构造；嵌入式处置器的选择：1.低本钱2.低功耗3.适当的处置才干4.适宜的操作系统支持5.与原有产品的兼容6.符合行业运用的编程言语7.上市时间2023/12/26现代汽车电子技术6单片机选型根底：1.中央处置器CPU:对于发动机等实时控制系统，选择适宜的主频速度至关重要，还取决于采样周期，控制速度等诸多要素。2.存储器:分易失性存储器与非易失性存储器。RAM:易失性存储器ROM:只读存储器PROM:程序一旦写入，无法修正。EPROM:擦写速度较慢，芯片的石英窗口，防止程序丧失。EEPROM:电可擦可编程只读存储器一种掉电后数据不丧失的存储芯片。EEPROM可以在电脑上或公用设备上擦除已有信息，重新编程。普通用在即插即用。Flash：快速擦写/写入的非易失性存储器。2023/12/26现代汽车电子技术73.定时器定时计数器：脉冲丈量功能：输入扑捉，高速输入脉冲产生功能：定时输出，高速输出脉冲累计功能：用于统计外部事件出现的次数4.A/D功能：选择的主要参数、要素：通道数目：转换精度：转换速度：参考电压：3.2传感器一、传感器特性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安装。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的安装。传感器通常由敏感元件、转换元件和丈量电路三部分组成。1)、敏感元件是指能直接感受〔或呼应〕被丈量的部分，即将被丈量经过传感器的敏感元件转换成与被丈量有确定关系的非电量或其它量。2〕、转换元件那么将上述非电量转换成电参量。3〕、丈量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处置转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进展显示、记录、控制和处置的部分。2023/12/268现代汽车电子技术传感器的静态特性参数目的1．灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量ｙ和输入量ｘ之比，或输出量ｙ的增量和输入量ｘ的增量之比，用ｋ表示为ｋ＝dY/dX2．分辨率传感器在规定的丈量范围内可以检测出的被丈量的最小变化量称为分辨率。3．丈量范围和量程在允许误差限内，被丈量值的下限到上限之间的范围称为丈量范围。4．线性度〔非线性误差〕在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏向与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。2023/12/269现代汽车电子技术5．迟滞迟滞是指在一样的任务条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。6．反复性反复性是指在同一任务条件下，输入量按同一方向在全丈量范围内延续变化多次所得特性曲线的不一致性。7．零漂和温漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏向与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1℃，传感器输出值的最大偏向与满量程的百分比，称为温漂。

2023/12/2610现代汽车电子技术二、发动机常用传感器任务机理1．磁电效应根据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过线圈的磁通的变化率，2023/12/2611现代汽车电子技术直线挪动式磁电传感器直线挪动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成当壳体随被测振动体一同振动且在振动频率远大于传感器的固有频率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不及随振动体一同振动〔静止不动〕。此时，磁铁与线圈之间的相对运动速度接近振动体的振动速度。2023/12/2612现代汽车电子技术转动式磁电传感器软铁、线圈和永久磁铁固定不动。由导磁资料制成的丈量齿轮安装在被测旋转体上，每转过一个齿，丈量齿轮与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次。线圈中感应电动势的变化频率〔脉冲数〕等于丈量齿轮上的齿数和转速的乘积。2023/12/2613现代汽车电子技术二、霍耳式传感器1．霍耳效应半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流〔与磁场垂直的薄片平面方向〕流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种景象称为霍耳效应。2023/12/2614现代汽车电子技术2023/12/2615现代汽车电子技术2．霍耳元件目前常用的霍耳资料锗〔Ge〕、硅〔Si〕、锑化铟〔InSb〕、砷化铟〔InAs〕等。N型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性度较好；P型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N型锗，但电子迁移率较低，带负载才干较差，通常不作单个霍耳元件。2023/12/2616现代汽车电子技术三、压电式传感器1．压电效应对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定外表上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电形状，这种景象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产活力械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消逝，此景象称为逆压电效应。

2023/12/2617现代汽车电子技术2．压电元件压电式传感器是物性型的、发电式传感器。常用的压电资料有石英晶体〔SiO2〕和人工合成的压电陶瓷。压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高。

2023/12/2618现代汽车电子技术四、光电式传感器1．光电效应当光线照射物体时，可看作一串具有能量E的光子轰击物体，假设光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，发生相应电效应的物理景象，称为光电效应。1〕在光线作用下，电子逸出物体外表的景象，称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。2〕在光线作用下，物体的电阻率改动的景象，称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。3〕在光线作用下，物体产生一定方向电动势的景象，称为光生伏特景象，如光电池〔属于对感光面入射光点位置敏感的器件〕等。2023/12/2619现代汽车电子技术2．光敏电阻光敏电阻遭到光线照射时，电子迁移，产生电子—空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。入射光线消逝，电子—空穴对恢复，电阻值逐渐恢复原值。3．光敏管光敏管〔光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等〕属于半导体器件。2023/12/2620现代汽车电子技术4．电致发光固体发光资料在电场激发下产生的发光景象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。发光二极管(LED)是以特殊资料掺杂制成的半导体电致发光器件。当其PN结正向偏置时，由于电子—空穴复合时产生过剩能量，该能量以光子方式放出而发光。2023/12/2621现代汽车电子技术五、热电式传感器1．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，假设两接合点温度不相等〔T0≠T〕，那么在两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小的电流存在，此景象称为热电效应。2023/12/2622现代汽车电子技术2．热电阻传感器热电阻资料通常为纯金属，广泛运用的是铂、铜、镍、铁等3．热敏电阻传感器热敏电阻用半导体制成，与金属热电阻相比有以下特点：1〕电阻温度系数大，灵敏度高；2〕构造简单，体积小，易于点丈量；3〕电阻率高，且适宜动态丈量；4〕阻值与温度变化的关系是非线性的；5〕稳定性较差。2023/12/2623现代汽车电子技术第二节空气流量计一、叶片式空气流量计空气流量计的构造简单，可靠性高；但进气阻力大，呼应较慢且体积较大2023/12/2624现代汽车电子技术二、卡门旋涡式空气流量计所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时，在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡2023/12/2625现代汽车电子技术光学式卡门旋涡空气流量计在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，经过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏三极管接纳到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。2023/12/2626现代汽车电子技术超声波式卡门旋涡空气流量计在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接纳探头。因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接纳探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差。对此相位信号进展处置，就可得到旋涡脉冲信号，2023/12/2627现代汽车电子技术三、热线式空气流量计1．任务原理当无空气流动时，电桥处于平衡形状，控制电路输出某一加热电流至热线电阻RH；当有空气流动时，由于RH的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡，假设坚持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必需添加流过热线电阻的电流IH。因此，热线电流ＩＨ就是空气质量流量的函数。2023/12/2628现代汽车电子技术四、热膜式空气流量计膜式空气流量计的任务原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥任务的。所不同的是：热膜式不运用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制造在同一陶瓷基片上构成的。2023/12/2629现代汽车电子技术第三节压力传感器半导体应变式进气压力传感器是利用压阻效应原理任务的。2023/12/2630现代汽车电子技术第四节节气门位置传感器一、开关式节气门位置传感器传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点等组成。动触点接微机电源，当节气门全封锁时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达50%以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至50%之间时，动触点悬空。2023/12/2631现代汽车电子技术二、线性节气门位置传感器线性节气门位置传感器采用线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同2023/12/2632现代汽车电子技术第五节氧传感器氧传感器安装在排气管内。由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，所以，在电子控制燃油放射系统中广泛运用氧传感器。氧传感器随时将检测的氧气浓度反响给ECU，ECU据此判别空燃比能否偏离实际值，一旦偏离，就调理喷油量，以控制空燃比收殓于实际值。2023/12/2633现代汽车电子技术一、二氧化钛〔ＴiＯ2〕氧传感器二氧化钛氧传感器是利用半导体资料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而改动的特性制成的，是一种电阻型氧传感器。2023/12/2634现代汽车电子技术二、二氧化锆〔ＺrＯ2〕氧传感器二氧化锆氧气传感器的根本元件是二氧化锆〔ＺrＯ2〕陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内外表与大气相通，外外表与排气相通，其内外外表都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。2023/12/2635现代汽车电子技术第六节温度传感器为了解发动机的热形状，计算进气的质量流量及进展排气净化处置，需求有可以延续、准确地丈量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器的种类很多，如热敏电阻式、半导体二极管式、热电偶式等。2023/12/2636现代汽车电子技术热敏电阻式冷却液温度传感器普通安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中2023/12/2637现代汽车电子技术第七节爆震传感器爆震传感器用来检测发动机有无爆震发生，检测方法有三种：一是检测气缸压力；二是检测发动机振动；三是检测熄灭噪声。目前常用检测发动机振动的方法来判别有无爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式两种。2023/12/2638现代汽车电子技术一、磁致伸缩式爆震传感器2023/12/2639现代汽车电子技术其任务原理是:当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz左右处与发动机产生共振，强磁性资料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。二、压电式爆震传感器2023/12/2640现代汽车电子技术其任务原理是:当发动机的气缸体出现振动且振动传送到传感器外壳上时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件所受的压力发生变化，从而产生电压。ECU检测出该电压，并根据其值的大小判别爆震强度。第八节曲轴位置传感器曲轴位置传感器亦称点火信号发生器，用于点火正时控制。传统点火系统中的曲轴位置传感器是分电器凸轮轴和断电器。2023/