现代汽车电子控制中,传感器广泛应用在发动机、底盘和车身电气各个系统中。汽车传感器在这些系统中担负着信息的采集和传输功用,它采集的信息由控制单元进行处理后,形成向执行器发出的指令,完成电子控制。传感器在电子控制和自诊断系统中是非常重要的装置,它能及时识别外界的变化和系统本身的变化,再根据变化的信息去控制系统本身的工作。各个系统控制过程正是依靠传感器进行信息反馈,从而实现自动控制工作的。 车用传感器所检测的信息包括车辆运动状态以及驾驶操纵、车辆控制、运行环境、异常状态监控等所需信息。汽车电子控制系统上应用了多种传感器,如空气流量传感器(空气流量计)、压力传感器、位置传感器、速度传感器、温度传感器、气体浓度传感器等。在这些传感器的共同作用下,汽车电子控制系统对发动机、底盘、行驶安全、信息等进行集中控制。 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入存储器内,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,再根据故障信息内容进行维修。
1.发动机控制发动机采用的电控系统主要有发动机电控燃油喷射系统(EFI)、怠速控制系统(ISC)空燃比反馈控制系统(AFC)、断油控制系统(SF1S)、加速踏板控制系统(EAP)、微机控制点火系统(MC)、发动机爆震控制系统(EDCS或DCS)、巡航控制系统(CCS)以及第二代车载故障诊断系统(OBD-Ⅱ)等。
汽车电控系统主要由各种传感器、电控单元(ECU)和各种执行器组成。捷达GTGTX轿车发动机电控系统的组成如图1-3所示。
(1)发动机电控燃油喷射系统(EFⅠ)汽油发动机电控燃油喷射系统可分为空气供给系统和燃油供给系统2个主要部分。空气供给系统向发动机提供清洁的空气,并根据发动机工况控制进气量,燃油供给系统供给发动机最佳计量的燃油。如图1-4所示为发动机电控燃油喷射系统。
汽油发动机电控燃油喷射系统根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等信号计算喷油量。该系统能使发动机在各种工况下达到空气与燃油匹配最佳、提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。在一定条件下,控制单元可根据氧传感器输出的含氧浓度信号修正燃油供给量,使混合气浓度保持在理想状态(2)电控点火系统电控点火系统(ESA)的主要功能是点火提前角控制。发动机运转时,控制单元根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、温度传感器等信号,使发动机在最佳点火提前角工况下工作,输出最大功率和扭矩,将油耗和排放降到最低限度。该系统可通过爆震传感器进行反馈控制,其点火时刻的控制精度比无反馈控制时高,但排气净化差。
电控点火系统如图1-5所示,它一般由传感器、ECU、点火线圈、火花塞、点火故障报警器组成。电控点火系统在高电压下产生火花,在最佳正时点燃压缩在气缸内的混合气,根据所收到的由各个传感器发来的信号,由发动机ECU实施控制,达到最佳的点火正时。
(3)柴油机电控喷射控制电子控制高压共轨燃油系统的基本组成如图1-6所示
目前柴油机电控系统中应用各种不同类型、不同功能的传感器,如曲轴位置传感器、凸轮位置传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、油压和温度传感器等。这些传感器输入信号到电控制单元,用于发动机整个工作范围内控制最优燃油喷射量和喷射时间,以减小废气排放并提高发动机功率的燃油经济性。
柴油机电控系统中的主要传感器及其作用见表1-2。
2.底盘电控系统底盘电控系统主要包括电控自动变速系统(ECT)、防抱死制动系统(ABS)、驱动防滑控制系统(ASR)、电控动力转向控制系统(EPS)、电控悬架系统(ECS)以及轮胎气压控制系统(TPC)等。
3.车身电气电控系统车身电气电控系统主要包括辅助防护安全气囊系统(SRS)、安全带张紧控制系统(STTS)、中央门锁控制系统(CLCS)、车辆安保系统(VESS)、前照灯控制与清洗系统(HAW)、刮水器与清洗器控制系统(WWCS)以及座椅调节系统(SAMS)等。
4.综合控制系统综合控制系统主要包括维修周期显示系统(LSID)、液面与磨损监控系统(FWMS)、车载计算机(OBC)、车载电话(CPH)、信息显示系统(IDS)、交通控制与通信系统(TC1S)、控制器区域网络系统(CAN)、自动空调系统(ACS)以及车距报警系统(PWS)等。
5.电动汽车传感器电动汽车传感器与传统汽车传感器一样,也由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成,也将信号调节与转换电路及辅助电源作为传感器的组成部分。其中敏感元件是指传感器中能直接接收或响应被测量的部分;转换元件指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适合传输和测量的电信号部分。
电动汽车传感器按照其功用大致可分为使驾驶人了解电动汽车各部分当前状态的显示传感器和用于控制汽车运行状态的控制传感器2大类。电动汽车常用的控制类传感器见表1-3。
(1)温度传感器电动汽车温度传感器主要包括检测电池温度的传感器、检测电动机温度的传感器以及用于电池冷却系统的温度传感器等①检测电池温度的传感器。电动汽车电池只有在精确定义的工作温度下才能提供最佳的能量输出,因此要求对电池温度进行可靠的监控和调节,以防止电池出现过热现象,最大限度地延长其工作寿命。当计算电池组荷电量(SOC)、充放电比功率、动力电池的温度时使用多个温度传感器来检测电池温度。
②检测电动机温度的传感器。为了确保电动机的长寿命和发挥它的最佳性能,电动机的温度也需要持续受到监控,因而确定定子绕组的温度也是至关重要的。为了测量定子的温度,还要求传感器应便于安装,且要确保传感器在安装和操作过程中免受机械压力的影响及具有高介电强度,后者可防止驱动器电流电路到测量电流电路之间产生飞弧现象。
(2)电动汽车转速传感器转速传感器主要用于电动汽车电动机旋转速度的检测。目前,常用的转速传感器有三种,分别为电磁感应式转速传感器、光电感应式转速传感器、霍尔效应式转速传感器,均采用非接触式测量原理,以增强检测的安全性,提高检测精度。
(3)车速传感器车速传感器用于测量电动汽车行驶速度。车速传感器信号主要用于仪表板的车速表显示及电动汽车加速期间的控制等。目前车速传感器主要有电磁感应式、光电式、可变磁阻式和霍尔效应式。电动汽车上普遍采用电磁感应式和霍尔效应式车速传感器。
