汽車車速限速系統的設計論文-文庫吧

【正文】 測速的裝置，以知道自己的運行情況。并根據外界條件，如溫度，風速等進行適當的調節，已達到最佳的運行效果。因此需要尋找一種裝置與方法進行對訓練中各種參數的測定記錄。從各項數據上顯示，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,已成為當今社會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1020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。第二章 汽車車速檢測涉及部件的工作原理第一節 傳感器的工作原理車速傳感器檢測電控汽車的車速，控制電腦用這個輸入信號來控制發動機怠速，自動變速器的變扭器鎖止，自動變速器換檔及發動機冷卻風扇的開閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號，也可以是霍爾式數字信號或者是光電式數字信號，車速傳感器通常安裝在驅動橋殼或變速器殼內，車速傳感器信號線通常裝在屏蔽的外套內，這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設備產生的電磁及射頻干擾，用于保證電子通訊不產生中斷，防止造成駕駛性能變差或其他問題，在汽車上磁電式及光電式傳感器是應用最多的兩種車速傳感器，在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來進行車速(VSS)、曲軸轉角(CKP)和凸輪軸轉角(CMP)的控制，同時還可以用它來感受其它轉動部位的速度和位置信號等，例如壓縮機離合器等。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。第2節 汽車車速傳感器的工作原理一、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。霍爾效應傳感器如圖21所示，磁場中有一個霍爾半導體片恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移使該片在CD方向上產生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化磁場越強電壓越高磁場越弱電壓越低。霍爾電壓值很小通常只有幾個毫伏但經集成電路中的放大器放大就能使 該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用需要用機械的方法來改變磁場強度。下圖所示的方法是用一個轉動的葉輪作為控制磁通量的開關當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時磁場偏離集成片霍爾電壓消失。這樣霍爾集成電路的輸出電壓的變化就能表示出葉輪驅動軸的某一位置利用這一工作原理可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器它要有外加電源才能工作這一特點使它能檢測轉速低 的運轉情況。 圖21 霍爾效應傳感器 1霍爾半導體元件 2永久磁鐵 3擋隔磁力線的葉片 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”，霍爾效應原理如圖22所示。 圖22 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： 式中： ：控制電流，A ：帶電粒子的電荷， = B：磁感應強度，Td：半導體的厚度，mmn：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。二、 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器是一個模擬交流信號發生器，它們產生交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個線圈接線柱是傳感器輸出的端子，當由鐵質制成的環狀翼輪(有時稱為磁組輪)轉動經過傳感器時，線圈里將產生交流電壓信號。磁組輪上的逐個齒輪將產生一一對應的系列脈沖，其形狀是一樣的。輸出信號的振幅(峰對峰電壓)與磁組輪的轉速成正比(車速)，信號的頻率大小表現于磁組輪的轉速大小。傳感器磁芯與磁組輪間的氣隙大小對傳感器的輸入信號的幅度影響極大，如果在磁組輪上去掉一個或多個齒就可以產生同步脈沖來確定上止點的位置。這會引起輸出信號頻率的改變，而在齒減少時輸出信號幅度也會改變，發動機控制電腦或點火模塊正是靠這個同步脈沖信號來確定觸發電火時間或燃油噴射時刻的。測試步驟可以將系統驅動輪頂起，來模擬行駛時的條件，也可以將汽車示波器的測試線加長，在行駛中進行測試。波形結果車輪轉動后，波形信號在示波器顯示中心處的零伏平線上開始上下跳動，并隨著車速的提高跳動越來越高。波形顯示與例子十分相似，這個波形是在大約30英里/小時的速度下記錄的，它又不像交流信號波形，車速傳感器產生的波形與曲軸和凸輪軸傳感器的波形的形狀特征十分相似的。通常，波形在零伏線上下的跳變是非常對稱的，車速傳感器的信號的振幅隨車速增加。速度越快波形幅值就越高，而且車速增加，波形頻率也將增加，示波器將顯示有較多的波形震蕩。確定振幅、頻率和形狀等關鍵的尺度是正確的、可重復的、有規則的、可預測的。這是指波峰的幅值正常，兩脈沖間的時間不變，形狀是不變的且可預測的，尖峰高低不平是因傳感器的磁芯與磁組輪相碰所引起的，這可能是有傳感器的軸襯或傳動部件不圓造成的，尖峰丟失是損壞缺點的磁組輪造成的。 不同型式的傳感器，其波形的峰值電壓和形狀有輕微的差異，另外由于傳感器內部是一個線圈，所以故障是與溫度有關的，在大多數情況下波形會變得短很多，變形也很大，同時還可能設定故障碼(DTC)，故障在示波器上顯示的搖動線束，這可以更進一步確定磁電式傳感器是造成故障的根本原因，車速傳感器信號輸出最常見的故障是根本不產生信號，但如果駕駛汽車時波形