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畢業論文-汽車車速傳感器檢測系統設計.docx

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畢業論文-汽車車速傳感器檢測系統設計.docx

畢業設計(論文) 設計題目汽車車速傳感器檢測系統設計 系別汽車工程學院 學生姓名 學號 專業班級 14 專汽車制造與裝配技術 1班 指導老師 目錄 摘要與關鍵詞 . 3 緒論 . 4 1 工作原理 . 2 1.1 汽車車速傳感器的工作原理 . 2 1.2 車速傳感器 2 1.2.1 霍爾式車速傳感器 2 1.2.2 磁電式車速傳感器 4 1.2.3 加速度傳感器 5 1.3 控制裝置的工作原理 . 6 1.3.1 ABS控制原理 6 1.3.2 ECU控制原理 7 2 車輛限速裝置的設計 . 7 2.1 控制裝置系統的設計 . 7 2.2 數據采集系統的設計 . 9 2.3 系統總體設計 10 3 車輛限速裝置的性能測試 12 3.1 性能指標 12 3.2 測試方法與結果 14 3.3 干擾問題 15 4 車輛限速裝置的應用 15 5 汽車車速傳感器的發展趨勢 16 6 結語 17 汽車車速傳感器檢測系統設計 摘要 汽車車速傳感器檢測系統設計 是 一種傳感器檢測裝置。利用車速 傳感器把檢測到的轉速信號轉變成的電壓信號輸送給計算機,計算機通過變頻器來控制電機速度,利用傳感器檢測的速度值與規定值進行比較,達到對傳感器的檢測目的。本文介紹了 車速傳感器檢測系統的工作原理,詳細講述了系統的組成、原理和檢測方法。系統采用硬件兼軟件對測量過程及測量結果進行處理。 與傳統的檢測技術相比,此種 傳感器檢測裝置 有結構簡單、新穎、易于實現的特點。實踐證明在檢測,維修范圍內都取得了良好的效果,系統具有良好的穩態精度及動態響應性能,檢測 實用性強、準確度高 ,具有廣闊的應用前景。 【關 鍵詞 】 數據采集 ; 控制裝置;傳感器 ; 速度檢測 Auto speed sensor detection system design Abstract Auto speed sensor detection system design is a kind of sensor detection device. Use the detection speed sensor to the speed signal into a voltage signal transmission to the computer, the computer through the inverter to control motor speed, using sensor test speed value and comparison, achieve e. of sensor detection purpose. This paper introduces the working speed sensor detection system, the system are described in detail the principle component, the principle and test s. Hardware and software system adopts the measuring process and measurement results for processing. Compared with the traditional test technology, this kind of sensor detection device has simple structure, the characteristics of novelty, easy to realize. Practice has proved in the test, repair within achieved good effect, the system has good dynamic response perance steady precision and practicability, detection, high accuracy, has the broad application prospect Keywords Data acquisition; Control device; Sensors; Speed detection 緒論 隨著電子技術的發展,汽車電子化程度不斷提高,通常的機械系統已經難以解決某些與汽車功能要求有關的問題,而被電子控制系統代替。傳感器的作用就是根據規定的被測量的大小,定量提供有用的電輸出信號的部件,亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學量轉換成信號的變換器。傳感器作為汽車電控系統的關鍵部件,它直接影響汽車的技術性能的發揮。 近年來,汽車保有量迅速增加,車輛安全性已成為人們最關心的問題。為了保障人民生命財產安全,政府部門制定了相關的道路交通安全法規,為了滿足安全法規和消費者對車輛安全性的要求,廠 商采取了多方面措施來改善車輛的安全性能,其中電子技術起了很大的作用。 隨著現代電子技術的發展,車輛電子化的程度越來越高,車輛傳感器成為汽車電子控制系統的重要組成部件,也是車輛電子技術領域研究的核心技術之一。 車輛內傳感器的工作環境十分惡劣,因此對傳感器的要求也十分嚴格。這些傳感器必須要經受 40℃ ~150℃ 的溫度變化,而且要求精度高、可靠性好、反應快、抗干擾和抗振動能力強,才能準確地實時檢測車輛運行的有關狀態, 速度傳感器是列車安全行駛的重要設備,它能否穩定工作,將直接影響到車輛的正常運行。 作為現代信息技術三大支柱之一的傳感器技術 ,已成為 21世紀人們在高新技術發展方面爭奪的一個制高點 。 在現代汽車電子控制中,傳感器廣泛用于發動機控制系統、底盤控制系統、車身控制系統和導航系統中,傳感器的使用數量和技術水平決定了現代車輛控制系統的性能,為汽車性能的改善提供了有力保障。傳感器是汽車電子控制系統的信息源,是促進汽車高檔化、電子化、自動化的關鍵部件,也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。 普通汽車上大約裝有 10-20只傳感器,高級豪華轎車則更多 。 傳感器能及時識別外界和系統本身的變化,對溫度、壓力、位置、轉 速、體積流量等信息進行實時、準確的測量,并將信息傳遞給電腦進行處理,從而實現汽車各系統的電子控制。現代社會對車輛性能的要求越來越高,促使汽車傳感器技術不斷發展,今后汽車傳感器的發展趨勢是實現微型化、智能化和多功能化,開發新材料、新工藝和新型傳感器。 1 工作原理 1.1 汽車車速傳感器的工作原理 車輛自動強制限速裝置,包括傳感器、控制電路和操控機構 。 車 輛 限速器分為兩種一種是在車輛超速時發出語音警報,提醒駕駛者減速;另一種限速器是在車輛超過限定速度后,通過車載電腦發出指令,強制降低車輛行駛速度 。 車輛 遙控自動限速器由發射器和接收器組成,采用遙控專用編碼集成塊。通過對遙控限速進行編碼,使每一組編碼對應一種車速限制,并利用設置在路碼表與之刻度同步上的光電傳感器進而控制執行繼電器切斷和接續汽車起動、點火和熄火回路,從而達到控制車速的目的。限速器的發射器包括固定發射器和移動發射器,固定發射器安裝在需限速道路路段的出入口處,移動發射器由執法人員掌握,接收器安裝在各受控車輛的駕駛室內 。 車輛智能限速器由汽車傳感器、微電腦速度控制儀和智能機械手組成。其工作原理是當車輛速度低于設定值時,控制儀不啟動機械手,車輛行駛如 常;當車輛速度臨界設定值時,控制器立即啟動機械手拉起油門,等同于司機放松油門,汽車只能滑行減速不能加速,從而使車速得到控制;當車輛速度低于設定值時,控制器立即反向放松油門,使油門恢復如初。由于它的科學控速原理,車輛限速時呈自然、平穩狀態,不易被站立的乘客察覺。 電子限速的作用是限制車速過高,防止因車速過高造成事故。電子限速器可以實時監測車輛的速度,當車速達到一定值的時候,它就會控制供油系統和發動機的轉速,這時即使踏下油門踏板,供油系統也不會供油。 1.2 汽車車速傳感器 1.2.1 霍爾式車速傳感器 霍爾效 應 是一種磁電效應,是德國物理學家霍爾 1879年研究載流導體在磁場中受力的性質時發現的 。 流垂直于外磁場方向通過導體時,在垂直于磁場和電流方向的導體的兩個端面之間出現電勢差的現象稱為霍爾效應,該電勢差稱為霍爾電勢差(霍爾電壓)。根據霍爾效應,人們用半導體材料制成霍爾元件,它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點,因此,在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。 霍爾效應在應用技術中特別重要 , 如果對位于磁場 B中的導體 d施加一個電壓 V,該磁場的方向垂直 于所施加電壓的方向,那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓 UH,人們將這個電壓叫做霍爾電壓,產生這種現象被稱為霍爾效應。好比一條路 , 本來大家是均勻的分布在路面上 , 往前移動 。 當有磁場時 , 大家可能會被推到靠路的右邊行走 。 故路 導體 的兩側 , 就會產生電壓差 。 這個就叫 “ 霍爾效應 ” 。 其原理圖如下圖 1 所示。 dFEFLBeVLII- - - - - - - - - - - - - -WUH圖 1 霍爾效應原理圖 霍爾傳感器常用來檢測車輛上車速和轉速的信號。霍爾傳感器由傳感頭和齒心組成,其傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成。霍爾車速傳感器的工作原理在齒蹦轉動的過程中,使得通過霍爾元件的磁力線密度發生變化,從而引起霍爾電壓的變化,霍爾元件將輸出一準正旋波電壓,此信號由電子電路轉換成表中的脈沖電壓。由霍爾原理可知,霍爾傳感器的輸出電壓與被測物體的運動速度無關,因此它的高、低、速特性都很好,若用其測量物體的轉速,其下限速度可以接近于 0,上限速度從理論上講可以不受限制,即它可以滿足工程中各種運行速度的測量。霍爾輪速傳 感器還有 1000Km/h,以下優點一是輸出信號電壓幅值不受轉速的影響;二是頻率響應高,其幅頻響應可高達 ,相當于車速為時所檢測的信號頻率;三是抗電磁波干擾能力強。正因為如此,車輛上的車速傳感器大都采用霍爾式傳感器。 霍爾元件產生的霍爾電壓 U的大小為 dneIBU 0? 式中 I 控制電流, A; 0e 帶電粒子的電荷, 0e C19106.1 ?? ; B磁感應強度, T; d半導體的厚度, mm; n電子濃度。 當齒圈轉到兩個齒輪都與霍爾元件對正時,永磁體轉到霍爾元件的磁力線分散,磁場較弱,輸出的霍爾電壓較小;當齒圈轉到一個齒與霍爾元件對正時,永磁體轉到霍爾元件的磁力線集中,磁場較強,輸出的霍爾電壓較大。齒輪轉動過程中,使得通過霍爾元件的磁力線密度發生變化,從而引起霍爾電壓的變化,霍爾元件將輸出一準正弦波電壓,此信號由電子電路轉換成表中的脈沖電壓。 1.2.2 磁電式車速傳感器 磁電式傳感器與霍爾式傳感器是車輛上常用來檢測車速和轉速的信號。磁電式傳感器是利用電磁感應原理工作的,即當閉合回路中的磁通量發生變化時,回路中就產生感應電動勢,其大小與磁通量的變化率有關,即 dtdNE ??? E 感應電動勢; N 導電回路中線圈的匝數; dtd? 穿越線圈磁通量的變化率; 通過改變 dtd? 就可以改變感應電動勢 E的變化,而在實際應用過程當中,改變 dtd? 的方式有 3種,即移動線圈、移動磁鐵或改變磁阻,與之對應的分別稱為動圈式磁電傳感器、動鐵式磁電傳感器及磁阻式磁電傳感器。而在車輛上應用最廣的是磁阻式磁電傳感器。下面以磁阻式磁電傳感器為例來講磁電式傳感器在車輛上的應用情況。磁阻式磁電傳感器在車輛上的應用可以用來檢測發動機轉速和車輪轉速,一般由傳感頭和齒圈組成,而傳感頭主要由永磁體、磁極和感應線圈組成。當齒圈的齒隙與傳感器的極軸端部相對時,極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最大,磁阻也最大,通過感應線圈的磁通量最小。而當齒圈的 齒頂與傳感器的極軸端部相對應時,極軸端部與齒圈之間的空氣間隙最小,磁阻也最小,通過感應線圈的磁通量最大。當齒圈隨同車輪轉動時,齒圈的齒頂和齒隙就交替地與傳感器極軸頂部相對,傳感器感應線圈周圍的磁場隨之發生強弱交替變化,在感應線圈中就會感應出交變電動勢,其頻率與齒圈的齒數和轉速成正比。 磁電式輪速傳感器結構簡單、成本低、 工作穩定可靠 ,幾乎不受溫度、灰塵等環境因素的影響 ,缺點是一是輸出信號的幅值隨轉速的變化而變化。若車速過慢,其輸出信號低于 1V,電控單元就無法檢測;二是響應頻率不高。當轉速過高時,傳感器的頻率響應跟不上;三是抗電磁波干擾能力差。目前,國內外 ABS系統的控制速度范圍一般為 15km/h~160km/h,今后要求控制速度范圍擴大到 8km/h~ 260km/h以至更大,顯然磁電式輪速傳感器很難適應。 1.2.3 加速度傳感器 加速度傳感器是由加速度敏感頭、高精度電橋放大器、溫度補償電路、輸出飽和控制及輸入輸出接口構成。其原理框圖如圖 2所示。 高 精 度 電 橋 放 大 器溫 度 補償 電 路輸 出 飽和 控 制壓 電 式M E M S加 速 度感 應 頭( P 1 濾波器輸入輸出接口電 源圖 2 加速度傳感器原理圖 智能加速度傳感器 的工作原理是敏感元件將測點的加速度信號轉換為相應的電信號,進入前置放大電路,經過信號調理電路改善信號的信噪比,再進行模數轉換得到數字信號,最后送人計算機,計算機再進行數據存儲和顯示。 本加速度傳感器是采用 MEMS Micro Electro Mechanical System技術成果研制而成的高穩定、高精度、可靠性高、低漂溫、環境適應性強的新型加速度傳感器。其輸出信號可直接送入記錄儀器。 1.3 控制裝置的工作原理 控制裝置是變速器的中央控制單元,它的核心是 ECU控制裝置,所有傳感器和信號都匯集于此,由它分析后,發出指令并實施監控。 控制理論在汽車電控中得到了廣泛的應用,主要有 PID控制、最優控制、自適應控制、滑模控制、模糊控制、神經網絡控制以及預測控制等。就其結構而言,電控系統主要由傳感器、電子控制組件 ECU、執行器三個部分組成。 1.3.1 ABS控制原理 汽車 ABSAntilock Braking System是改善汽車主動安全性的重要裝置,通過調節制動力,使汽車獲得良好的制動效能并保持較高方向操縱穩定性。 ABS 最重要的功能并不是為了縮短制動距離,而是為了能夠盡量保持制動時汽車的方向穩定性。 ABS起作用時,車輪與路面的摩擦屬滾動摩擦,它會充分利用車輪與路面之間的最大附著力進行制動,從而提高制動加速度,縮短制動距離,但最重要的還是保證汽車的方向穩定性。 ABS工作時就相當于以很高的頻率進行點剎。于是,在緊急情況下如果將制動踏板踩到底,肯定會感到制動踏板在顫動,同時也會聽到制動總泵發出的 “ 噠噠 ” 聲,這便是 ABS 在正常工作。制動總泵不斷調整制動壓力,從而對制動踏板產生連續的反饋力。 防抱死制動系統(簡稱 ABS)是一種 防止制動過程車輪抱死的車輛主動安全裝置。 ABS是改善車輛主動安全性能的重要裝置,其核心是通過調節制動車輪滑移率,使得在制動過程中,車輪滑移率盡量在附著系數相對應的滑移率區域,從而獲得盡量大的制動效能,并保持較高的方向操縱性能 [6]。 為描述車輪制動過程中與道路接觸的狀態,引入滑移率 ????? ? Rs ???? 1 ( 1) 式中 R 為車輪半徑, ? 為車輪制動時轉速,輪速 ??? R? , ? 為車速。通常,車輛要經過大量的道路試驗,才能獲得 ABS制動時車速變化規律和其相應的控制邏輯。基于輪缸壓力函數的制動時參考車速計算方法,適合制動時有穩定壓力源的液壓制動系統 。選擇合適的加速度傳感器可以檢測車輛制動過程的車速。 dtdtdt??? 00 ??? ( 2) 制動前 00 ?? R? 根據制動時傳感器給出的輪速和加速度,用梯形公式計算出不同時刻的速度值。由加速度求車速的表達式為 3 式中 t? 為采樣周期, 1?ja 、 ja 為第 1?j 、 j 時刻測量的加速度值。 ABS系統在制動過程中通過傳感器感知車輪與路面的滑移,由 ABS電控單元做出判斷,并通過電磁閥調整制動力的大小,使輪胎滑移率保持在一個理想的范圍( 10~ 20),來保證車輛制動時有較大的縱向制動和抗側向外力的能力,防止可能發生的后輪側滑,甩尾,提高車輛在制動過程中的方向穩定和轉向操縱的能力,并能提高附著系數利用率,縮短制動距離,減少輪胎磨損。電子控制防抱死系統是目前提高車輛行駛安全性的有效措施之一。 汽車驅動防滑系統 ASR( Automobile dynamic-control system)是在汽車起步和加速時將滑移率控制在一定范圍( 5~ 15)內,防止驅動輪快速滑動,提高汽車的驅動力。ASR 在控制中,通過輪速傳感器反饋來的信號經控制單元處理后發出指 令,調節發動機的輸出轉矩,從而調節驅動輪的驅動轉矩。目前 ASR 的裝備大多是在 ABS系統增設一部分部件的方法來實現,可看成是對 ABS系統的完善和補充。 1.3.2 ECU控制原理 車輛電子控制器常稱為 ECU,也叫電子控制單元。它是發動機的一種綜合電子控制裝置。其核心部件是電腦 ECU或電子計算機 ,簡稱微處理機或微機。電子控制器包括硬件和軟件兩部分 控制裝置是變速器的中央控制單元,該裝置由一個電子控制單元和一個電動液壓控制單元組成,它安裝在變速器內并浸在 DSG機油中。所有傳感器和其他控制單元的信號都匯集到此,并由它分析后,向各個執行器發出指令并監控 。 2 車輛限速裝置的設計 2.1 控制裝置系統的設計 電子控制器 ECU硬件的作用是根據電子控制器存儲的程序和數據,對發動機 或汽車 傳感器輸入的各種信息 模擬/數字 進行運算、處理、判斷。然后輸出動作指令,控制各有關執行器進行工作,達到快速、準確、自動地控制發動機 或汽車 工作的目的 [5]。若系統中采用硬件較多,則處理信息的速度加快,可改善控制系統的性能,但系統的結構復雜化;若系統中多采用軟件替代一些硬件,則可減少電器元件數目,但系統的處理速度減慢,taaij jji ???? ?? ?1 10 2??響應度也降低。因而電子控制器合理地選配硬件與軟件兩者的比例是至關重要的,應按控制系統的具體要求來確定電子控制器的硬件有專用控制微機、電路、輸入與輸出接口等。即主要是集成電路、電子元件與印刷電路板。汽車發動機電子控制器 ECU的組成如圖 2所示。主要由輸入電路、 A/D轉換器 中轉換電路 、微型計算機 ECU和輸出回路等四部分組成。輸入電路的作用是將系 統中各傳感器檢測到的信息 號 通過 I/O 輸入/輸出接口電路 接口送入 ECU,完成汽車發動機在運行過程中對其工況狀態的實時檢測任務。在檢測過程中,需要檢測與輸入的信號有模擬信號和數字信號兩種。從傳感器送來的信號,首先進入輸入回路。在輸入回路中,對輸入信號進行預處理。一般是去除雜波和將正弦波變為矩形方波后,再轉換成輸入電平,其大致過程如圖 3所示。 模擬信號數字信號輸入回路輸入回路A / D轉換器I / O存 儲 器( R O M - R A M C P U輸出回路執行器圖 3發動機電子控制的組成 從傳感器送出的信號有模擬信號和數字信號兩種,其中的模擬信號 ECU不能直接識別與 處理,需經過相應的 A/D中轉換電路將模擬信號轉換成數字信號后才能輸入 ECU微機 。從傳感器送出的信號有模擬信號和數字信號兩種,其中的模擬信號 ECU不能直接識別與處理,需經過相應的 A/D中轉換電路將模擬信號轉換成數字信號后才能輸入 ECU微機 。輸入的模擬信號有吸入空氣流量、空氣溫度、發動機冷卻水溫度、發動機負荷 轉速 、電源電壓等多個信號。這幾個信號分別經過相應的處理電路后,再經過模/數 A/D轉換器轉換之后,才以數字量的形式送入到中央處理器 CPU,控制系統采集的數字信號主要是來自轉速傳感器的轉速信號與活塞上止點參考信息,它們都是脈沖信號。這兩個信號經過處理電路之后,通過 I/O 輸入/輸出接口電路 接口就可直接送入 ECU。其過程如圖 4所示。 A / D模擬量輸入0101D1D2D3D4數字量輸入5V計算機C P U圖 4A/D轉換工作過程示意圖 2.2數據采集系統的設計 車輛行駛記錄儀大多采用輪速傳感器記錄制動過程中的車速曲線。國內研制的車輛行駛記儀大多采用輪速傳感器記錄制動過程中的車速曲線 如圖 5所示 。實際上,目前國內車輛大多沒有配置防抱死制動系統 ABS,在緊急制動時,如果路面的附著系數較低,車輛車輪有時會發生抱死,車輛滑行速度遠大于車輪轉動的速度 如圖 5中的車身速度、車輪速度 ,此時輪速不能反映汽車真實的行駛狀況,有必要測量記錄實時車速。傳統上測量車速主要有五輪儀、非接觸式五輪儀,僅適用于測量系統,不適用于控制系統,且價格也較高。 圖 5車輛制動過程的輪速與車速 因此,這里提出一種利用加速度傳感器測量加速度,然后進行積分求出速度的汽車行駛記錄系統。同時利用微處理器的存儲功能記錄汽車在最近 360h內的行駛狀態數據,并且具有數據鎖死功能。 在 AD處理電路中,由于壓力傳感器送到采集板的壓力信號是電流信號,因此在輸入端利用精密電阻將其轉換成電壓信號,并經放大電路對其進行放大。對于輪速信號,數據采集系統使用了霍爾式傳感器處理電路,集和處理輪速信號。其電路圖如圖 6所。開關量輸入處理電路主要指人踩下制動踏板所發出的信號。這里用 MAX6816對其進行防抖整形處理。然后輸入到 MCU的中斷口。 圖 6霍爾傳感器速度采集轉換電路 2.3 系統總體設計 汽車車速傳感器是車輛安全行駛的重要設備,它能否穩定工作,將直接影響到車輛的正常運行車輛的運行離不開速度信號。而速度信號的可靠性主要取決于以下幾個方面其一,速度傳感器本身的內在質量好壞;其二,速度傳感器與車輛輪對是否可靠連接;其三,車輛正常行駛狀態下,車輛輪對是否出現空轉的現象。針對以上情況,本文設計了一種實現方法。 車輛速度處理裝置的主要原理是綜合檢測車輛輪對上安裝的多個 多路 速度傳感器,經過有效性檢測、分析、運算,得到速度的平均值和有效值,并根據設定輸出相應的2R3R 7U 4R 9U速度信號。 車輛的速度是通過機械傳動方式傳到儀表頭內的,經過齒輪變換,達到 U 轉行程 /Km車速的測量就是將這一模擬信號經 A/D得到數字信號,最后成為對方波信號的測量。由于中國公路條件復雜,規定不同等級的公路允許的最高速度不同。所以取中等平均速度,當取中等平均速度為 hUs ,采樣信號為方波,而采樣后進行 8倍頻時,采樣后方波的頻率為 hUUf S 倍率??? 4 式 1中為汽車中速行駛時的平均速度; sU 汽車每行駛 1公里到達表頭內的轉速;倍率為設計值,此 值取值越大,采樣精度就越高;如果取 ?SU 90 km/h; ?U 4000 轉;倍率 8 ,則取樣方波的頻率為 ? ? 36008400090 ???f ≈ 100Hz。 由分析可知,當把信號周期作為一次測量的周期時,對車速的測量大約要 8~ 10ms。這樣,在 1s內最多可測量 100次,為了保證數據的有效性和準確性,又有足夠的時間來顯示報警,對車速的測量周期為 10次 /s。整個工作過程是經光電轉換取得的代表車速的脈沖信號,經過分頻整形后,再由多路電子開關電路,送至 CPU,方脈沖的下沿觸發中斷。此時控制器對 2次中斷之間的 周期 時間進行測量。再將周期轉換為頻率。 CPU的 0T 作為計數脈沖的輸人端, 1T 作為控制定時器使用。只要車輛停止行駛時, CPU亦停止測量。當選擇 CPU的定時時間為 10ms,晶振頻率為 12MHz時, CPU的初值按下式計算得 ? ? oscFT 1122 16 ???? , ? ? ? ?1610 085 5 5 3 6 HFDX ?? , 整個車輛速度控制報警系統主要由速度測量判斷識別、行車安全報警決策模塊、譯碼顯示、隨機刷新存儲、語音報警提示、高壓延時控制等幾部份組成。統的結構方框圖如圖7所示。 車 輛 采 樣 檢 測觸 發 整 形速 度 識 別 C P U譯 碼 / 顯 示存 儲行 車 安 全報 警 決 策模 塊語 音 報 警 高 壓 控 制供 油 控 制延 時圖 7 系統結構圖 車輛限速的控制過程通過機械傳動方式傳到儀表頭內的,經過齒輪變換,達到行程的轉速,車速的測量就是將這一模擬信號經 A/ D變換得到數字信號, 最后成為對方波信號的測量。然后對數據進行有效的分析,采用實時報警、延時控制等方法實現車輛的安全行駛,并將行駛速度進行隨機的存儲,提高了系統對復雜路況處理能力。最后系統對車輛行駛的速度及其它車況參數進行采樣、測量、計算。并將測量結果顯示出來,進行語音報警,從而達到限速控制。 3 車輛限速裝置 的 性能測試 3.1 性能指標 本裝置選用了國產 CS3020霍爾開關元件,主要參數如下 ?ccV 4.5~ 24V 最大灌電流≥ 100kHz; 工作效率≥ 100kHz; 供電電源 DC1101-30 110125 V; 檢測控制器的總功耗≤ 1W; 環境溫度 -25 70℃ 絕緣電壓 AC1500V, 1rain; 體積 285nlnl185 n lnl75 n lnl; 本加速度傳感器是高穩定、高精度、可靠性高、低漂溫、環境適應性強的新型加速度傳感器。其輸出信號可直接送入記錄儀器。其主要指標 ①量程 -2g~ 2g; ②輸出信號范圍 0~ 5V; ③輸出信號 DC 2.50000.40V ; ④頻率響應 0~ 100Hz; ⑤電源電壓 DC 125 ; ⑥輸入電流≤ 0.1A; 4.5~ 5.5V控制裝置技術參數如下 ①電源輸入 110 10V; ②信號輸入 110 10V; ③單片機工作電壓 4.5~ 5.5V; ④ 壓力開關動作值 560kPa; ⑤電空閥工作電壓 110 10V; 3.2 測試方法與結果 方法一 為了測試該速度傳感器的精度和誤差范圍,特在實驗條件下對其進行了測試。所得到的實驗數據如表 1所列。可以看出,實驗所測得的數據漂移較小,低速情況下相對誤差范圍在 1r/min以內,高速情況下在 3r/rain以內,能夠滿足車輛速度傳感器檢測的要求。該校驗儀的低速特性非常好、轉速平穩,而且車輛的正常行駛速度在其所能檢測的范圍之內。本文介紹的車輛速度傳感器在線校驗儀已通過試用。使用過程中,車輛輪徑 900~1200mm可調,速度范圍 2~ 200Km/h,精度 0.3 Km/h,穩定性 2r/min。該裝置體積小、使用簡單、運行穩定、可靠性好,可準確地檢測車輛速度傳感器的精度和性能。 表 1 實驗數據 轉速 ( r/min) 13 50 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 漂移 ( r) 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -2 2 1 2 2 -2 1 時間 ( min) 4 4 3 3 2 2 2 3 3 3 方法二 利用永磁同步電動機定子交軸電流和轉速方程構造降維線性 Luenberger 觀測器來獲得電動機的轉速,觀測器簡單易行,通過特征值的配置可以獲得快速的收斂速度。采用直接反饋線性控制策略來設計系統控制器,使系統具有良好的速度跟蹤和轉矩響應。通過Mat lab 的仿真,驗證了系統設計的有效性和可行性 。 方法三 OES- Ⅲ 二維速度傳感器能夠以非接觸方式測量傳感器與被測物體表面的相對位移和速度,它的研制成功,解決了我國汽車制動側滑量的難題,實用且可靠性強,對于提高我國汽車安全性能檢測有著重要意義。 3.3 干擾問題 硬件系統和軟件系統中都存在著很多干擾因素。在測控系統中,主要存在空間輻射干擾、信號通道干擾、電源干擾和數字電路引起的干擾。本設計中有較多經傳感器轉換和放大器放大的電信號,由于測試環境的電磁干擾、傳感器和放大器自身的影響,往往會含有多種頻率成分的噪音信號。嚴重時 ,這種噪音信號會淹沒待提取的輸入信號,造成測試系統無法獲 取被測信號。這時就要對其采取抗干擾措施。 硬件抗干擾是應用系統最基本和最主要的抗干擾手段,一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。其總原則是抑制或消除干擾源;切斷干擾對系統的耦合通道;降低系統對干擾信號的敏感性對于本系統,硬件抗干擾設計的具體措施有光耦隔離、接地、屏蔽、濾波去耦等方法。 軟件抗干擾措施有數字濾波技術(有算術平均法、中值法、抑制脈沖算術平均法、一階慣性濾波法、程序判斷濾波法和遞推平均濾波法等)、軟件冗余、設備軟件陷阱等方法。 4 汽車車速傳感器裝置 的 應用 汽車車速傳感器 電子限速的作用是限制車速 過高,防止因車速過高造成事故。電子限速器可以實時監測車輛的速度,當車速達到一定值的時候,它就會控制供油系統和發動機的轉速,這時即使踏下油門踏板,供油系統也不會供油。 電子限速器的臨界值在車輛出廠時已經設置好,一般是無法改變的。在國外,汽車的最高時速一般被限制在 250km,而在國內,因為大部分國產車輛的最高時速只是 200km多一點,很多都達不到 200km, 所以一般都沒有電子限速器。電子限速器的應用,可以在很大程度上降低交通事故的發生率,減少人員傷亡及財產損失 。 車輛的微機控制時代已經來臨,并且隨著微機、電子技術的日臻完善蓬勃發展,再加上控制理論的不斷成熟完善,發動機電控技術有望取得更大的突破。現代車輛電控技術的理論基礎就是現代控制理論。從早期的經典控制到目前的智能控制,控制理論在車輛電控中得到了廣泛的應用。主要有 PID控制、最優控制、自適應控制、滑模控制、模糊控制、神經網絡控制以及預測控制等。現代控制理論的發展使得電控系統更能適應復雜的多變量系統、時變系統和非線性系統,甚至對于數學模型不甚精確的系統也能實施精確有效的控制。 近二十年里, 自動化技術已在工業 、 科學應用 和軍事方面得到迅猛的發展。可是,由于缺少精確可靠的測量儀器,自動控制技術的應用受到嚴得的阻礙。一種具有良好線性度的熱偶流速度傳感器已在英國 TROLEXLTD服了許多傳感器因為非線性失真(精度 5F.S)而不能在工業上應用的問題。 國外目前的智能制動控制,已經由 ABS發展到 TCSTractive force control system牽引力控制系統 ,又進一步發展到 VDC( Automobile dynamic control system汽車動態控制系統)。 VDC系統能夠把汽車的制動、驅動、懸架、轉向、 發動機等各主要總成的控制系統,在功能、結構上有機的綜合在一起。在系統安裝中,增加 車輛 轉向行駛時橫向擺動的角速度傳感器,通過控制內外、前后車輪的驅動力和制動力,確保 車輛 行駛的穩定狀態。 VDC的開發,使 車輛 的主動安全系統能夠在大部分的工作狀態下,都能對駕駛員提供主動的行駛安全保證。今后在 車輛 制動技術方面的研究,通過 CAN總線,把 車輛 在行駛過程中產生的信息共享,進行整個傳動系統的控制。 5汽車車速傳感器裝置 的 應用及發展趨勢 由于汽車傳感器在汽車電子控制系統中的重要作用和快速增長的市場需求,世界各國對其理論研究、新材料應用和新產品開發都非常重視。未來的汽車用傳感器技術,總的發展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。 微型傳感器基于半導體集成電路技術發展而來的 MEMS 微電子機械系統 ,微型傳感器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號處理器、數據處理裝置封裝在一快芯片上,由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點,可以明顯提高系統測試精度。目前該技術日漸成熟,可以制作各種能敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和 生物量的微型傳感器。由于基于 MEMS 技術的微型傳感器在降低汽車電子系統成本及提高其性能方面的優勢,它們已開始逐步取代基于傳統機電技術的傳感器。 多功能化是指一個傳感器能檢測 2 個或者兩個以上的特性參數或者化學參數,從而減少汽車傳感器數量,提高系統可靠性。 集成化是指利用 IC 制造技術和精細加工技術制作 IC 式傳感器。 智能化是指傳感器與大規模集成電路相結合,帶有 CPU,具有智能作用,以減少 ECU的復雜程度,減少其體積,并降低成本。 總之,隨著電子技術的發展和汽車電子控制系統應用的日益 廣泛,汽車傳感器市場需求將保持高速增長,微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統的傳感器,成為汽車傳感器的主流。 6 結語 本文設計的車輛速度控制系統能針對不同汽車行駛速度,得出車輛的行駛的安全程度,并采取有效的措施針對性的防護。該裝置工作可靠,操作簡單,對確保車輛安全有極其重要的作用。系統裝置在經過實驗和測試后效果良好,試驗表明,其性能非常可靠。

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