汽车电子控制装置.doc

汽车电子控制装置
课题一传感器的原理
技能点
◇正确识别汽车传感器
◇汽车传感器的结构
知识点
◇传感器的组成及各部分的功能
◇传感器的工作原理

一、任务引入

一、任务引入
汽车传感器广泛应用在发动机、底盘和车身各个系统中。例如在发动机电子控制系统中当发动机的水温较低时，水温传感器输入ECU的水温信息使空燃比变浓，从而使发动机工作稳定，如果此时水温传感器不发出冷机状态信息，将会使空燃比变稀，导致发动机运转不正常，同样，如果暖机后发出冷机状态信息，则将使空燃比变浓，发动机工作也不正常。本课题要求学生能够了解传感器结构，并且熟悉传感器的原理。
二、任务分析
电子控制单元不断地检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可将错误的信号存人存储器内，需要时可以通过专用诊断仪或采取人工方法读取故障信息，再根据故障码信息内容，进行维修。汽车计算机控制系统的性能首先取决于获取的与控制过程有关的工作变量和参数的精度，传感器或变换器可以将这些物理变量转换为相应的电信号，传感器可以通过多种方式将被测物理量转换为电信号。汽车计算机控制系统中普遍测量的物理量是温度、压力、速度、位置、流量和氧气浓度等。传感器的性能指标包括测定范围、精度、分辨率、响应特性、可靠性、耐久性、紧凑性、互换性和经济性等。
三、相关知识
（一）温度传感器
温度是汽车计算机控制系统的重要输入变量，特别是在发动机控制系统中，冷却液温度和进气温度直接关系到喷油量和点火正时。温度传感器常用的有热敏电阻型和热电偶型两类。这里只介绍热敏电阻型，热敏电阻温度传感器由镍或钴的氧化物等半导体材料制成，其电阻值随温度变化会产生可以预期的变化。当热敏电阻受热时，半导体中的电子会打破共价键成为自由电子，使热敏电阻的电阻值减小，如图7-1a)所示，电阻值随温度的变化关系如图7-1b)所示，由于电阻值随着温度的提高而减小，故为负温度系数(NTC)型热敏电阻，温度变化1℃电阻值可以变化5％～10％，电阻值为10kΩ的热敏电阻在发动机工作温度范围内的阻值变化范围为500—10000Ω。
尽管热敏电阻在高温范围内的灵敏度有所降低，但热敏电阻温度传感器仍然具有很高的灵敏度，可以测量到0．05℃的温度变化。

图7-1热敏电阻工作原理
a）热敏电阻温度传感器；b)热敏电阻温度传感器的温阻特性
（二）空气流量传感器
叶板式空气流量传感器叶板式空气流量传感器如图7-2所示，它的壳体中有一根转轴，转轴的一端设有螺旋回位弹簧，在转轴上固定着传感叶板，传感叶板由测量叶片和缓冲叶片构成，传感叶板的转轴与一个电位计的滑臂相联，电位计的陶瓷底板上镀有耐磨的滑轨。空气通过叶板式空气流量传感器时，流动的空气将推动测量叶片绕转轴摆动，空气流量越大，叶片的摆角越大，同时，与测量叶片连为一体的缓冲叶片在阻尼室进行同样的摆动，它可以对叶板形成平稳的阻尼力，使叶板摆动变得较为平稳，叶板带动电位计滑臂在滑轨上滑动，电位计的电压输出图7-2叶板式空气流量传感器
将与叶板摆角成正比。为使流量传感器具有期望的输出特性，电位计在陶瓷底板的背部有几个薄膜电阻，这些薄膜电阻与滑轨相连，使电位计具有微调能力。
由于空气的体积是由进气管中的压力和温度决定的，所以，用间接方法测量进入气缸的空气质量流量不够精确，要减小进入气缸空气质量的测量与实际进气量的偏差，可以采用更直接的测量方法。空气流量直接测量方法更为迅速和精确，有助于提高空燃比的控制精度，改善燃烧过程。
（三）压力传感器
进气歧管绝对压力传感器应用在D型EFI汽油喷射系统中，它是D型汽油喷射系统的重要部件，相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器。
半导体压敏电阻式压力传感器是利用半导体的压敏效应制成的，它的特点是尺寸小，精度高，响应性好，再现性、抗震性好，且生产成本低，所以得到广泛应用。如美国通用汽车公司、日本丰田汽车公司、克莱斯勒汽车公司生产的汽车，以及国产桑塔纳2000GLi型轿车等都使用半导体压敏电阻式压力传感器。
该传感器的结构如图7-3所示，它由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路构成。

图7-3压敏电阻式进气歧管压力传感器
（四）位置传感器
应用在汽车上的位置传感器有曲轴位置传感器、节气门位置传感器等。其中曲轴位置传感器是发动机电子控制系统的主要部件，它是控制发动机点火正时、确认曲轴位置的信号源。曲轴位置传感器用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速的信号源。曲轴位置传感器的结构形式有磁脉冲式、光电式和霍尔式三种。它们安装在曲轴前端、凸轮轴前端、分电器内或飞轮上。节气门位置传感器有线性输出型和开关型两种。它安装在节气门体上，它可将节气门开度的变化转换成电信号输入电子控制单元ECU,ECU根据节气门位置信号判定发动机的运转工