传感器在汽车自动控制系统中的应用毕业论文(编辑修改稿)

传感器在汽车自动控制系统中的应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的 , 例如弹性敏感元件的弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。 迟滞大小通常由实验确定。 迟滞误差γ H 可由 下式计算 : m a x1 100%2HFSHY    其中 : maxH —— 正反行程输出值间的最大差值。 (4) 重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 重复性误差属于随机误差 , 常用标准偏差表示 , 也可用正反行程中的最大偏差表示 , 即 maxmax 100%RRY  (5) 漂移 传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。 产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。 (6) 分辨力 当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。 (7) 阈值 当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一 值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指传感器处理动态信号是，输出对输入的响应特性。 传感器处理静态信号时，由于被处理量不随时间变化，测量和记录的过程不受时间的限制。 但是，实际检测中的大多数被测量都是随时间变化的的动态信号，传感器的输出不仅需要能精确地显示被测量的大小，而且还需要显示被测量随时间变化的规律，即被测量的波形。 传感器的测量动态信号的能力用动态特性来表示。 动态特性与静态特性的主要区别是：动态特性中输出量与输入量的关系不是一个定值， 而是时间的函数，他是随时间输入信号的频率而变化的。 动态特性好的传感器，其输出随时间变化的规律将在现输入量随时间的变化规律，即他们是具有同一个时间函数。 但是，除了理想情况外，实际传感器的输出型号与输入信号不会具有相同的时间函数，由此将引入动态误差。 在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。 这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。 最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两 种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和 频率响应 来表示。 (1) 瞬态响应特性 传感器的瞬态响应是时间响应。 在研究传感器的动态特性时 , 有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。 这种分析方法是时域分析法 , 传感器对所加激励信号响应称瞬态响应。 常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。 (2) 频率响应特性 传感器对正弦输入信号的响应特性 , 称为频率响应特性。 频率响应法是从传感器的频率 特性出发研究传感器的动态特性。 三 汽车传感器在汽车自动控制系统中的具体应用 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。 目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。 据报道， 2020 年汽车传感器的市场为 亿美元 ( 亿件产品 )，到2020年将达到 ( )，增长率为 %(按美元计 )和 %(按产品件数计 )。 汽车传 感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。 在 发动机控制系统 中的应用 发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。 这些传感器向发动机的电子控制单元（ ECU）提供发动机的工作状况信息，供 ECU 对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。 由于发动机工作在高温 (发动机表面温度可达 150℃ 、排气歧管可达650℃ )、振动 (加速 度 30g)、冲击 (加速度 50g)、潮湿 (100%RH， 40℃ 120℃ )以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高 12 个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性。 否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。 (1) 温度传感器：主要检测发动机温度，吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、催化温度等，将它们转变成电信号，从而控制喷油嘴针阀开启时刻和持续时间，以保证供给发动机最佳混合气并达到排气净化效果等。 实际应用的温度 传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电 偶式。 线绕电阻式温度传感器的精度较高，但响应特性差。 热敏式传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适用温度较低。 热电偶式传感器的精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处理问题。 (2) 压力传感器：主要检测气缸负压，从而控制点火和燃料喷射。 检测大气压，从而控制爬坡时空燃比。 检测气缸内压，从而控制点火提前角。 检测废气再循环流量、发动机油压、制动器油压、轮胎空气压力等等，并对相关量作出反应。 车用压力传感器目前已有若干种，应用较多的有电容器式、压阻式、差动变压器式 (LVDT)、表 面弹性波式 (SAW)。 电容器式传感器具有输入能量高，动态响应好、环境适应性好等特点。 压阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路，但适用于大量生产。 LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗振性较差。 SAW 式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点，是一种较为理想的传感器。 (3) 旋转传感器：主要用于检测曲轴转角、发动机转数、风门开度、车速等，从而控制点火提前角、燃油配量和喷射时间等，产品主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。 (4) 氧传感器：检测排气中空燃比，向供油系统发出负 反馈信号，以修正喷油脉冲，使空燃比调整到理论值，以达到理想的排气净化效果，常用的是氧化锆和氧化钛传感器。 (5) 流量传感器：测定进气量和燃油流量以控制空燃比。 主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。 空气流量传感器检测进入的空气量从而控制电子喷油器喷油量，以得到较准确的空燃比，实际应用的产品主要有卡尔曼旋涡式、叶片式、热线式。 卡尔曼式无可动部件，反应灵敏，精度较高。 热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝。 燃料流量传感器用于检测燃料流速，以计算汽车燃油消耗量，产品主要有水车式、球循环式。 (6) 爆震传感器：检测发动机的振动，并 根据检测到的爆震信号适当调整点火时刻，主要产品有磁致伸缩式和压电式。 (7) 空气质量流量计：测量空气质量流量，提供发动机负荷信息。 传感器内有加热的传感元件，此传感元件同时构成电桥的一个臂。 流过传感器的空气从传感元件表面带走热量，同时改变传感元件电阻，电桥电路与混膜电路配合，对信号进行处理，以提供控制器反映空气质量流量的电压信号。 传感元件的独特设计使空 气流量的测量不受进气回流的影响。 (8) 机油粘度传感器：通过测量液体所传递的切变波形来确定粘度。 压电振动式粘度传感器 的 工作原理与振动式粘度计相近 —— 振子 (球型、片状或棒式 )在受到粘滞阻尼时其振频会发生衰变。 因此，依靠不同形状的振子，就可以测出粘度和密度的一些参数。 有一种振动式粘度计的振子是石英棒，它能被激发扭振，通过测量与液体粘度相对应的振幅和谐振 频宽，就可以确定粘度（准确地说是粘度和密度的综合值）。 在 底盘控制系统 中的应用 良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的安全性、动力性和舒适性。 电子控制系统在汽车底盘技术中的应用很好地改善了汽车的主动安全性。 汽车底盘的主要功能是让汽车能根据驾驶员的意愿作相应的运动，像加速、减速和转向运动等。 驾驶员 是通过操纵汽车里的转向盘、油门和制动踏板等元件来表达自己意愿的 ,相应于这些操纵的执行量是前轮的转向角以及车轮上的驱动力矩或制动力矩 ,而真正起作用的是轮胎的纵向力和侧向力。 影响汽车轮胎力的主要因素有路面的附着系数、车轮的法向力、车轮滑动率和车轮侧偏角。 汽车底盘控制设计的基本原理就是在给定了路面附着系数和车轮法向力的前提下，对车轮滑动率和车轮侧偏角进行适当的调整和控制 ,从而达到间接调控轮胎的纵向力和侧向力的目的 ,最大限度地利用轮胎和路面之间的附着力 ,达到提高汽车的主动安全性、机动性和舒适性的目的。 汽车底盘的电 子控制是一个多系统相互影响 ,相互作用的复杂系统工程 ,具体表现如下： (1) 同一个控制系统可能会拥有多个执行机构、并对多个变量同时进行 控制。 (2) 同一个控制目标可以由不同的控制系统单独控制或者多个系统共同控制。 (3) 同一个控制目标同时被不同的控制系统所控制。 (4) 不同的控制系统可能共用同一传感器或者控制单元。 底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器，它们在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有以下几种形式传感器。 (1) 变速器控制用传感器：主要有车速 传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、离合器传感器、水温传感器、油温传感器等。 这些传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和变矩器锁止，实现最大动力和最大燃油经济性。 (2) 悬架系统控制用传感器：主要有车速传感器、节流阀开度传感器、加速度传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器等。 系统根据这些传感器检测到的信息自动调整车高，抑制车辆姿势的变化等，实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。 (3) 动力转向系统用传感器：主要有车速传感器、发动。