汽车电子控制系统由传感器、控制器和执行器三分组成,其基本组成及工作流程如图4-2所示。 1.传感器。 传感器是汽车电子控制系统的“眼睛”和“耳朵”,它将表达发动机工况及状态、汽车行驶工况和状态的各种物理参量转变为电信号,并输送给电子控制器。 汽车电子控制系统所用的各种传感器按其工作原理及输出信号形式的不同,可分为多种类型。几种典型的汽车用传感器信号形式如下所述。
(1)脉冲式传感器。
此类传感器以脉冲的频率或相位反映被测量,这些传感器按其结构与工作原理的不同,可分为磁感应式、光电式、霍尔效应式、舌簧式、磁阻式等多种。例如:发动机转速与曲轴位置传感器、车轮转速传感器、车速传感器、涡旋式空气流量传感器、光电式转向盘转角传感器等。此类传感器的信号电压波形示例如图4-3所示。
有些传感器的输出信号虽然也是脉冲式的,但却是以其电压脉冲的幅值来反映被测量。
例如:电感式转向盘转矩传感器和差动变压器式汽车减速度传感器,这两种传感器均以信号电压的幅值来表示转向盘转矩的大小和汽车减速度的高低。
(2)电位计类传感器。
电位计类传感器以电压的高低反映被测量,例如:节气门位置传感器、量板式空气流量传感器、电位计式转向盘转矩传感器废气再循环膜片阀位置传感器、空调各风门位置传感器等。电位计类传感器的电路原理及信号的形式如图4-4所示。
电位计的电源电压Vc通常由电子控制器提供,电位计的输出电压Vo与随被测量一起移动(或转动)滑片的位移量增加而上升或下降。由于Vo与被测量之间成比例关系,电子控制器根据Vo的高低即可获得被控对象相关的位置与状态参量。
(3)热敏电阻类传感器。
热敏电阻类传感器根据被测对象的温度来改变自身的电阻,并通过测量电路转换为相应的电压信号。汽车电子控制系统中的热敏电阻类传感器有:发动机温度传感器、排气管温度传感器、燃油箱温度传感器、变速器油温传感器、蒸发器温度传感器、车内与车外温度传感器等。热敏电阻类传感器的电路原理如图4-5所示。
热敏电阻类传感器也是由电子控制器提供电源电压V,传感器电阻R,通常与电子控制器内的电阻R组成分压电路,电子控制器根据其输出电压V即可确定被测对象的温度参数。
(4)触点开关类传感器。
触点开关类传感器内部触点随被测对象的状态变化而作出通断动作,向电子控制器提供开关式的电信号。此类传感器有:水银式减速度传感器、滚球或滚柱式碰撞传感器、摆锤式碰撞传感器、开关式节气门位置传感器、自动变速器档位开关等。触点开关类传感器的电路原理如图4-6所示。
当传感器触点K随被测对象的状态变化而动作(闭合)时,就输出阶跃式电压信号Vo,电子控制器根据此信号获得被控对象相关的状态参量。
(5)其他类型传感器。
除了上述各类传感器外,汽车电子控制系统还用到了其他种类的传感器。几种典型的传感器作用原理简介如下：
1)电阻类传感器。此类传感器自身的电阻随被测量改变,并通过测量电路转换为相应的电压信号V。例如:电热式进气流量传感器、应变式进气压力传感器、电子式汽车碰撞传感器、氧化钛式氧传感器等。这些电阻类传感器通常采用直流电桥或分压器等测量电路将传感器电阻的变化转换为相应的电压信号,并输送给电子控制器,电子控制器根据V确定被控制对象相关的状态参量。
2)氧化锆式氧传感器。该传感器根据废气中氧含量的高低产生相应的电压信号,其敏感元件是试管状的二氧化锆。当混合气过浓时,废气中的氧含量极少,氧传感器产生0.8V左右的电压;当混合气过稀时,氧传感器输出0.1左右的电压信号。电子控制器根据氧传感器的信号电压高低即可判断当前发动机的混合气是否过浓或过稀。
3)压电式爆燃传感器。该传感器通过检测发动机缸体的振动产生电压脉冲信号,其敏感元件是压电晶体。当发动机爆燃时,爆燃传感器产生一个反映发动机爆燃特征的振荡信号,电子控制器根据爆燃传感器信号电压的幅值或振动频率判断发动机爆燃与否。
4)光电式车身高度传感器。该传感器将车身的高度变化转换为遮光转子转动角度的改变,并通过4个光耦合器产生代表车身高度的一组(4位)高低电平。电子控制器根据传感器所输出的一组信号,即可判断车身的高度变化和振动情况。
5)光照度传感器。光照度传感器有光敏电阻式和光敏二极管式等多种形式,当光照强度改变时,光敏电阻或光敏二极管的反向电阻减小,通过测量电路转换为相应的电压信号。
2.电子控制器。
电子控制器是电子控制系统的“大脑”,它对各传感器输入的电信号以及部分执行器的反馈电信号进行综合分析与处理,然后向执行器输出控制信号,使执行器按控制目标的要求进行工作。现代汽车电子控制器的核心是微处理器(通常采用单片机),这种以微处理器为控制核心的数字式控制系统,其功能扩展容易、控制精度高电子控制器各组成部件及其作用原理参见本章第二节~第四节的相关内容。
3.执行器。
执行器是电子控制系统的“手”和“脚”,电子控制器通过执行器实现对被控对象的控制。执行器对控制器输出的控制信号作出迅速反应,使被控对象工作在设定的最佳状态。
汽车电子控制系统的执行器有多种类型,其功能和工作原理参见第五章。
