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技能點

正確識別汽車傳感器

汽車傳感器的結構知識點

傳感器的組成及各部分的功能

傳感器的工作原理一、任務引入一、任務引入汽車傳感器廣泛應用在發(fā)動機、底盤和車身各個系統(tǒng)中。例如在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中當發(fā)動機的水溫較低時，水溫傳感器輸入ECU的水溫信息使空燃比變濃，從而使發(fā)動機工作穩(wěn)定，如果此時水溫傳感器不發(fā)出冷機狀態(tài)信息，將會使空燃比變稀，導致發(fā)動機運轉不正常，同樣，如果暖機后發(fā)出冷機狀態(tài)信息，則將使空燃比變濃，發(fā)動機工作也不正常。本課題要求學生能夠了解傳感器結構，并且熟悉傳感器的原理。二、任務分析電子控制單元不斷地檢測各個傳感器的信號，一旦檢測出某個輸入信號不正常，就可將錯誤的信號存人存儲器內，需要時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)故障碼信息內容，進行維修。汽車計算機控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取的與控制過程有關的工作變量和參數(shù)的精度，傳感器或變換器可以將這些物理變量轉換為相應的電信號，傳感器可以通過多種方式將被測物理量轉換為電信號。汽車計算機控制系統(tǒng)中普遍測量的物理量是溫度、壓力、速度、位置、流量和氧氣濃度等。傳感器的性能指標包括測定范圍、精度、分辨率、響應特性、可靠性、耐久性、緊湊性、互換性和經(jīng)濟性等。三、相關知識（一）溫度傳感器溫度是汽車計算機控制系統(tǒng)的重要輸入變量，特別是在發(fā)動機控制系統(tǒng)中，冷卻液溫度和進氣溫度直接關系到噴油量和點火正時。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體材料制成，其電阻值隨溫度變化會產(chǎn)生可以預期的變化。當熱敏電阻受熱時，半導體中的電子會打破共價鍵成為自由電子，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)動機工作溫度范圍內的阻值變化范圍為500—10000盡管熱敏電阻在高溫范圍內的靈敏度有所降低，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軸，轉軸的一端設有螺旋回位彈簧，在轉軸上固定著傳感葉板，傳感葉板由測量葉片和緩沖葉片構成，傳感葉板的轉軸與一個電位計的滑臂相聯(lián)，電位計的陶瓷底板上鍍有耐磨的滑軌。空氣通過葉板式空氣流量傳感器時，流動的空氣將推動測量葉片繞轉軸擺動，空氣流量越大，葉片的擺角越大，同時，與測量葉片連為一體的緩沖葉片在阻尼室進行同樣的擺動，它可以對葉板形成平穩(wěn)的阻尼力，使葉板擺動變得較為平穩(wěn)，葉板帶動電位計滑臂在滑軌上滑動，電位計的電壓輸出圖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，電位計在陶瓷底板的背部有幾個薄膜電阻，這些薄膜電阻與滑軌相連，使電位計具有微調能力。由于空氣的體積是由進氣管中的壓力和溫度決定的，所以，用間接方法測量進入氣缸的空氣質量流量不夠精確，要減小進入氣缸空氣質量的測量與實際進氣量的偏差，可以采用更直接的測量方法?？諝饬髁恐苯訙y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）壓力傳感器進氣歧管絕對壓力傳感器應用在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)動機燃油噴射和點火時刻確認曲軸位置的信號源。舌簧開關式發(fā)動機轉速傳感器安裝在分電器內部，它的結構如圖7-7所示。舌簧開關觸點由強磁休制成，在裝于分電器軸上的磁鐵的作用下動作，舌簧開關觸點不直接與大氣接觸，其容器內充有惰性氣體。圖7-7舌簧開關式轉速傳感器的結構（六）氧傳感器氧傳感器安置在發(fā)動機排氣管或排氣尾管中，用于測量發(fā)動機排氣中的剩余氧氣濃度，由于排氣中的氧氣濃度由發(fā)動機進氣過量空氣系數(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，當發(fā)動機排氣中的氧離子在傳感器的多孔性材料中擴散時，就會在多孔材料的兩個側面之間產(chǎn)生電壓。在過量空氣系數(shù)λ=1時，氧傳感器的輸出電壓將會有急劇的變化，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，傳感器有兩個傳感探頭，其中的一個探頭用于提供正常大氣壓力下大氣中氧氣濃度的參考值，另一個探頭則暴露于排氣中，用于感測由排氣中剩余氧氣產(chǎn)生的分壓力。發(fā)動機燃用濃混合氣時，排氣中的氧氣分壓力是大氣壓力的10-16～10-32，發(fā)動機燃用稀混合氣時，排氣中的氧氣分壓力約為10-2。如果傳感器兩個探頭處的氧氣濃度相同，傳感器的輸出電壓就為零；如果傳感器兩個探頭處的氧氣濃度不同，兩個探頭之間就會有電壓產(chǎn)生。氧傳感器的工作原理如圖7-8所示，當氧氣滲入溫度較高表面附著氧化鋁的陶瓷微孔時，氧氣將會發(fā)生電離，形成帶負電荷的氧離子，如果陶瓷體兩側的氧含量不同，氧離子就會由較濃的一側向另一側擴散，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.電動勢2.大氣一側鉑金電極3.固態(tài)電解質(氧化鋯元素)4.排氣一側的鉑金電極5.陶瓷涂層（七）爆震傳感器燃料品質差和點火提前角過大等許多因素會引發(fā)爆震燃燒，爆震燃燒會導致缸內壓力急劇升高，并產(chǎn)生壓力振蕩。爆震傳感器的作用是在發(fā)動機爆震燃燒時向發(fā)動機ECU反饋電信號，由ECU通過減小點火提前角使爆震得到抑制。汽車發(fā)動機采用加速度計作為爆震傳感器最為合適，用壓電陶瓷作為轉換元件測量發(fā)動機的缸體振動，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由鉛、鋯和鈦組成的壓電陶瓷的工作溫度可以達到360℃，其典型結構如圖7-9所示，這種結構的爆震傳感器可以很方便地安置在發(fā)動機的兩個氣缸之間，這是檢測爆震的最佳位置。在陶瓷晶體承受機械應力發(fā)生變化時將會產(chǎn)生電壓，電壓方向與機械應力處于兩個相對的表面，電壓的高低與所受的機械壓力成正比，振動質量對壓電傳感元件產(chǎn)生初始預壓力，這使壓電晶體相當于一個彈簧，當發(fā)動機發(fā)生爆震并通過機體傳給傳感器時，將引起振動質量與壓電晶體組成的彈性體系產(chǎn)生共振，使壓電晶體