汽車電子控制裝置

PAGEPAGE4汽車電子控制裝置課題一傳感器的原理技能點(diǎn)技能點(diǎn)

正確識(shí)別汽車傳感器

汽車傳感器的結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)

傳感器的組成及各部分的功能

傳感器的工作原理一、任務(wù)引入一、任務(wù)引入汽車傳感器廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身各個(gè)系統(tǒng)中。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫較低時(shí)，水溫傳感器輸入ECU的水溫信息使空燃比變濃，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定，如果此時(shí)水溫傳感器不發(fā)出冷機(jī)狀態(tài)信息，將會(huì)使空燃比變稀，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，同樣，如果暖機(jī)后發(fā)出冷機(jī)狀態(tài)信息，則將使空燃比變濃，發(fā)動(dòng)機(jī)工作也不正常。本課題要求學(xué)生能夠了解傳感器結(jié)構(gòu)，并且熟悉傳感器的原理。二、任務(wù)分析電子控制單元不斷地檢測(cè)各個(gè)傳感器的信號(hào)，一旦檢測(cè)出某個(gè)輸入信號(hào)不正常，就可將錯(cuò)誤的信號(hào)存人存儲(chǔ)器內(nèi)，需要時(shí)可以通過專用診斷儀或采取人工方法讀取故障信息，再根據(jù)故障碼信息內(nèi)容，進(jìn)行維修。汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取的與控制過程有關(guān)的工作變量和參數(shù)的精度，傳感器或變換器可以將這些物理變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，傳感器可以通過多種方式將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中普遍測(cè)量的物理量是溫度、壓力、速度、位置、流量和氧氣濃度等。傳感器的性能指標(biāo)包括測(cè)定范圍、精度、分辨率、響應(yīng)特性、可靠性、耐久性、緊湊性、互換性和經(jīng)濟(jì)性等。三、相關(guān)知識(shí)（一）溫度傳感器溫度是汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要輸入變量，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，冷卻液溫度和進(jìn)氣溫度直接關(guān)系到噴油量和點(diǎn)火正時(shí)。溫度傳感器常用的有熱敏電阻型和熱電偶型兩類。這里只介紹熱敏電阻型，熱敏電阻溫度傳感器由鎳或鈷的氧化物等半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度變化會(huì)產(chǎn)生可以預(yù)期的變化。當(dāng)熱敏電阻受熱時(shí)，半導(dǎo)體中的電子會(huì)打破共價(jià)鍵成為自由電子，使熱敏電阻的電阻值減小，如圖7-1a)所示，電阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖7-1b)所示，由于電阻值隨著溫度的提高而減小，故為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)型熱敏電阻，溫度變化1℃電阻值可以變化5％～10％，電阻值為10kΩ的熱敏電阻在發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度范圍內(nèi)的阻值變化范圍為500—10000盡管熱敏電阻在高溫范圍內(nèi)的靈敏度有所降低，但熱敏電阻溫度傳感器仍然具有很高的靈敏度，可以測(cè)量到0．05℃的溫度變化。圖7-1熱敏電阻工作原理a）熱敏電阻溫度傳感器；b)熱敏電阻溫度傳感器的溫阻特性（二）空氣流量傳感器葉板式空氣流量傳感器葉板式空氣流量傳感器如圖7-2所示，它的殼體中有一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)有螺旋回位彈簧，在轉(zhuǎn)軸上固定著傳感葉板，傳感葉板由測(cè)量葉片和緩沖葉片構(gòu)成，傳感葉板的轉(zhuǎn)軸與一個(gè)電位計(jì)的滑臂相聯(lián)，電位計(jì)的陶瓷底板上鍍有耐磨的滑軌?？諝馔ㄟ^葉板式空氣流量傳感器時(shí)，流動(dòng)的空氣將推動(dòng)測(cè)量葉片繞轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，空氣流量越大，葉片的擺角越大，同時(shí)，與測(cè)量葉片連為一體的緩沖葉片在阻尼室進(jìn)行同樣的擺動(dòng)，它可以對(duì)葉板形成平穩(wěn)的阻尼力，使葉板擺動(dòng)變得較為平穩(wěn)，葉板帶動(dòng)電位計(jì)滑臂在滑軌上滑動(dòng)，電位計(jì)的電壓輸出圖7-2葉板式空氣流量傳感器將與葉板擺角成正比。為使流量傳感器具有期望的輸出特性，電位計(jì)在陶瓷底板的背部有幾個(gè)薄膜電阻，這些薄膜電阻與滑軌相連，使電位計(jì)具有微調(diào)能力。由于空氣的體積是由進(jìn)氣管中的壓力和溫度決定的，所以，用間接方法測(cè)量進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量流量不夠精確，要減小進(jìn)入氣缸空氣質(zhì)量的測(cè)量與實(shí)際進(jìn)氣量的偏差，可以采用更直接的測(cè)量方法?？諝饬髁恐苯訙y(cè)量方法更為迅速和精確，有助于提高空燃比的控制精度，改善燃燒過程。（三）壓力傳感器進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器應(yīng)用在D型EFI汽油噴射系統(tǒng)中，它是D型汽油噴射系統(tǒng)的重要部件，相當(dāng)于L型EFI汽油噴射系統(tǒng)中的空氣流量傳感器?？刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射和點(diǎn)火時(shí)刻確認(rèn)曲軸位置的信號(hào)源。舌簧開關(guān)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在分電器內(nèi)部，它的結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。舌簧開關(guān)觸點(diǎn)由強(qiáng)磁休制成，在裝于分電器軸上的磁鐵的作用下動(dòng)作，舌簧開關(guān)觸點(diǎn)不直接與大氣接觸，其容器內(nèi)充有惰性氣體。圖7-7舌簧開關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)（六）氧傳感器氧傳感器安置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管或排氣尾管中，用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的剩余氧氣濃度，由于排氣中的氧氣濃度由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過量空氣系數(shù)(A)決定，故也將這類傳感器稱為A傳感器。氧傳感器由多孔性材料制成，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氧離子在傳感器的多孔性材料中擴(kuò)散時(shí)，就會(huì)在多孔材料的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生電壓。在過量空氣系數(shù)λ=1時(shí)，氧傳感器的輸出電壓將會(huì)有急劇的變化，目前，氧傳感器有氧化鋯(ZrO2)和氧化鈦(TiO2)兩種類型?，F(xiàn)介紹氧化鋯(ZrO2)氧傳感器。氧化鋯傳感器的基體是多孔陶瓷，在陶瓷孔的表面附著著氧化鋯，傳感器有兩個(gè)傳感探頭，其中的一個(gè)探頭用于提供正常大氣壓力下大氣中氧氣濃度的參考值，另一個(gè)探頭則暴露于排氣中，用于感測(cè)由排氣中剩余氧氣產(chǎn)生的分壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)燃用濃混合氣時(shí)，排氣中的氧氣分壓力是大氣壓力的10-16～10-32，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用稀混合氣時(shí)，排氣中的氧氣分壓力約為10-2。如果傳感器兩個(gè)探頭處的氧氣濃度相同，傳感器的輸出電壓就為零；如果傳感器兩個(gè)探頭處的氧氣濃度不同，兩個(gè)探頭之間就會(huì)有電壓產(chǎn)生。氧傳感器的工作原理如圖7-8所示，當(dāng)氧氣滲入溫度較高表面附著氧化鋁的陶瓷微孔時(shí)，氧氣將會(huì)發(fā)生電離，形成帶負(fù)電荷的氧離子，如果陶瓷體兩側(cè)的氧含量不同，氧離子就會(huì)由較濃的一側(cè)向另一側(cè)擴(kuò)散，使多孔陶瓷體兩表面之間產(chǎn)生電壓，而電壓的高低取決于陶瓷體兩表面處的氧氣濃度差。圖7-8氧化鋯式氧傳感器的工作原理1.電動(dòng)勢(shì)2.大氣一側(cè)鉑金電極3.固態(tài)電解質(zhì)(氧化鋯元素)4.排氣一側(cè)的鉑金電極5.陶瓷涂層（七）爆震傳感器燃料品質(zhì)差和點(diǎn)火提前角過大等許多因素會(huì)引發(fā)爆震燃燒，爆震燃燒會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)壓力急劇升高，并產(chǎn)生壓力振蕩。爆震傳感器的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)爆震燃燒時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU反饋電信號(hào)，由ECU通過減小點(diǎn)火提前角使爆震得到抑制。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用加速度計(jì)作為爆震傳感器最為合適，用壓電陶瓷作為轉(zhuǎn)換元件測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體振動(dòng)，它具有很高的自振頻率和良好的線性，可以提供用于爆震分析的理想信號(hào)由鉛、鋯和鈦組成的壓電陶瓷的工作溫度可以達(dá)到360℃，其典型結(jié)構(gòu)如圖7-9所示，這種結(jié)構(gòu)的爆震傳感器可以很方便地安置在發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)氣缸之間，這是檢測(cè)爆震的最佳位置。在陶瓷晶體承受機(jī)械應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電壓，電壓方向與機(jī)械應(yīng)力處于兩個(gè)相對(duì)的表面，電壓的高低與所受的機(jī)械壓力成正比，振動(dòng)質(zhì)量對(duì)壓電傳感元件產(chǎn)生初始預(yù)壓力，這使壓電晶體相當(dāng)于一個(gè)彈簧，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震并通過機(jī)體傳給傳感器時(shí)，將引起振動(dòng)質(zhì)量與壓電晶體組成的彈性體系產(chǎn)生共振，使壓電晶體