汽车转速测量系统的设计)

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1、 传感器技术课程设计 题 目 汽车转速测量系统的设计 摘要随着我国经济建设步伐的加快，汽车开始越来越多地进入现代家庭，汽车电子也因此受到更多的重视。近些年来，国内外众多企业和学术科研机构投入了大量的人力物力，研究和开发新的汽车电子技术，并在某些领域取得了许多突破性的进展。传感器技术作为现代工业控制的支柱产业，在汽车电子的设计研究中占有突出的地位，传感器已成为汽车控制系统中的一个重要组成部分。通常一辆现代化的汽车，装备的传感器数量可多达 5060 个，而国外有些高级轿车，其装备的传感器数量已达到数百个，至于概念型汽车装备的传感器数量就更多了。传感器已成为世界装备市场上增长最快的领域之一。事实上，

2、应用于汽车上的传感器有很多种，目前主要有：转速传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、车速传感器、节气门位置传感器等等。其中转速传感器是控制汽车运转非常重要的一种传感器。本文对滞环电流控制的电流跟踪型逆变器进行了原理的分析，并且利用 Matlab/Simulink 动态仿真工具对其系统进行了动态的仿真，验证了其原理的正确性和可行性，证明了滞环电流控制具有输出电流正弦，具有鲁棒性好和动态性能好的突出优点。关键词：传感器 汽车 霍尔传感器目 录一 、设计目的 -1二、设计任务与要求 -12.1 设计任务 -12.2 设计要求 -1三、设计步骤及原理分析 -23.1 设计方法 -23.2 设计步

3、骤 -23.3 设计原理分析 -4四、课程设计小结与体会 -74.1 转速传感器的故障诊断-74.2 心得体会-9五、参考文献 -101一、 设计目的对汽车的发动机转速进行监测，以便于控制车速，减少安全事故的发生。二、 设计任务与要求2.1 设计任务转 速 测 量 的 方 案 选 择 一 般 要 考 虑 传 感 器 的 结 构 、 安装 以 及 测 速 范 围 与 环 境 条 件 等 方 面 的 适 用 性 再 就 是 二 次 仪表 的 要 求 除 了 显 示 以 外 还 有 控 制 、 通 讯 和 远 传 方 面 的 要 求 ，因 此 我 们 要 选 择 合 适 的 传 感 器 和 控 制

4、仪 表 。2.2 设 计 要 求2.2.1 低成本化：目前电控技术应用已从高级轿车逐渐向中低档轿车普及。今后，为了向普及型轿车和商用车普及，要求电控系统小型化、低成本，特别要控制好传感器数量及制造成本，并要简化结构。2.2.2 复合化：近年汽车中新开发的 ASR（汽车驱动防滑系统） 、ESP（车身电子稳定系统） 、巡航等系统，都能从共用原汽车 ABS 里的轮速传感器中采集到相关信息。2.2.3 接融性要好：现代中高档汽车的各控制单元之2间都已采用 CAN 数据传输系统，汽车的各传感器及控制单元的接融性要好，便于软件升级。2.2.4 可靠性、保险性要高：如别克车的点火系统中若 1X、24X 出故

5、障时，只要 7X 传感器正常，系统还能维持汽车运行，只是发动机性能有所下降。三、设计步骤及原理分析3.1 设计方法 首先，我们要对测量转速的传感器有个大概的了解，我们要去弄懂这些传感器的工作原理好加以设计。3.2 设计步骤首先，选择设计方案，以下有两套设计方案的简要说明：方案一： 霍尔传感器测量方案传 感 器 的 定 子 上 有 2 个 互 相 垂 直 的 绕 组 A 和 B,在 绕组 的 中 心 线 上 粘 有 霍 尔 片 和 ,转 子 为 永 久 磁 钢 霍 尔 元AHB件 和 的 激 励 电 机 分 别 与 绕 组 和 相 连 ,它 们 的 霍AHB AB尔 电 极 串 联 后 作 为

6、传 感 器 的 输 出 。3图 3.2.1 霍尔转速传感器的结构原理图图 3.2.2 方案霍尔转速传感器的接线图采 用 霍 尔 传 感 器 在 信 号 采 样 的 时 候 ， 会 出 现 采 样 不 精确 ， 因 为 它 是 靠 磁 性 感 应 才 采 集 脉 冲 的 ， 使 用 时 间 长 了 会出 现 磁 性 变 小 ， 影 响 脉 冲 的 采 样 精 度 。 但 是 它 可 避 免 由 于汽 车 行 驶 中 产 生 的 环 境 干 扰 。 避 免 了 无 效 信 号 的 产 生 。方案二： 光电传感器从 下 图 中 可 见 转 子 由 一 直 流 调 速 电 机 驱 动 ， 可 实 现大

7、 转 速 范 围 内 的 无 级 调 速 。 转 速 信 号 由 光 电 传 感 器 拾 取 使4用 时 应 先 在 转 子 上 做 好 ， 光 电 标 记 具 体 办 法 可 以 是 ： 将 转子 表 面 擦 干 净 后 用 黑 漆 (或 黑 色 胶 布 )全 部 涂 黑 再 将 一 块反 光 材 料 贴 在 其 上 作 为 光 电 标 ， 记 然 后 将 光 电 传 感 器 光 电头 固 定 在 正 对 光 电 标 记 的 某 一 适 当 距 离 处 。 光 电 头 采 用 低功 耗 高 亮 度 LED,光 源 为 高 可 靠 性 可 见 红 光 ,无 论 黑 夜 还 是白 天 ， 或 是

8、 背 景 光 强 有 大 范 围 改 变 ， 都 不 影 响 接 收 效 果 。光 电 头 包 含 有 前 置 电 路 ， 输 出 0-5V 的 脉 冲 信 号 。 接 到 单片 机 89C51 的 相 应 管 脚 上 ， 通 过 89C51 内 部 定 时 /计 时 器 T0、 T1 及 相 应 的 程 序 设 计 ， 组 成 一 个 数 字 式 转 速 测 量 系统 。图 3.2.3 测量系统的组成框图此 方 案 的 缺 点 ： 采 用 光 电 传 感 器 在 信 号 采 样 的 时 候 ，会 出 现 采 样 不 精 确 ， 所 以 需 要 信 号 整 形 、 放 大 电 路 ， 而 且如

9、 果 运 用 于 汽 车 速 度 测 量 时 ， 由 于 汽 车 行 驶 时 ， 轮 胎 转 动会 产 生 外 部 干 扰 如 ： 水 滴 ， 飞 石 等 环 境 因 素 ， 对 光 电 传 感5器 产 生 影 响 。 所 以 不 能 运 用 于 此 。3.3 设 计 原 理 分 析霍尔传感器测量原理：霍 尔 传 感 器 是 根 据 霍 尔 效 应 制 作 的 一 种 磁 场 传 感 器 。霍 尔 效 应 是 研 究 半 导 体 材 料 性 能 的 基 本 方 法 。 通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。霍尔器件是由半导体材料制成的

10、一种薄片，器件的 长 、 宽 、 高 分 别 为l、 b、 d。 若 在 垂 直 于 薄 片 平 面 （ 沿 厚 度 d） 方 向 施 加 外磁 场 B， 在 沿 l 方 向 的 两 个 端 面 加 一 外 电 场 ， 则 有 一 定 的电 流 流 过 。 由 于 电 子 在 磁 场 中 运 动 ， 所 以 将 受 到 一 个 洛 仑磁 力 ， 其 大 小 为 ： qVBf=式中： 洛仑磁力， 载流子电荷，v载流子运动f速度，B磁感应强度。这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差 称为霍尔电压。HU霍尔电压大

11、小为： (mV) HR=dBI/式中： 霍尔常数，d元件厚度，B磁感应强度，IHR控制电流6设 , 则 = (mV)HKR=d/HUKdBI/为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在H单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度反向时，霍尔电动势也反向。图 3.3.1 霍耳元件的原理结构图若 控 制 电 流 保 持 不 变 ， 则 霍 尔 感 应 电 压 将 随 外 界 磁 场强 度 而 变 化 ， 根 据 这 一 原 理 ， 可 以 将 两 块 永 久 磁 钢 固 定 在电 动 机 转 轴 上 转 盘 的 边 沿 ， 转 盘 随 被 测 轴 旋

12、 转 ， 磁 钢 也 将跟 着 同 步 旋 转 ， 在 转 盘 附 近 安 装 一 个 霍 尔 元 件 ， 转 盘 随 轴旋 转 时 ， 霍 尔 元 件 受 到 磁 钢 所 产 生 的 磁 场 影 响 ， 输 出 脉 冲信 号 。 传 感 器 内 置 电 路 对 该 信 号 进 行 放 大 、 整 形 ， 输 出 良好 的 矩 形 脉 冲 信 号 ， 测 量 频 率 范 围 更 宽 ， 输 出 信 号 更 精 确稳 定 ， 已 在 工 业 ， 汽 车 ， 航 空 等 测 速 领 域 中 得 到 广 泛 的 应用 。 其 频 率 和 转 速 成 正 比 ， 测 出 脉 冲 的 周 期 或 频 率

13、 即 可 计算 出 转 速 。光 电 效 应 式 转 速 传 感 器 工 作 原 理 ：光 电 效 应 式 转 速 传 感 器 是 利 用 光 敏 元 件 （ 光 敏 三 极 管7或 光 敏 二 极 管 ） 的 光 电 效 应 原 理 制 成 。 如 图 3 所 示 ， 光电 效 应 式 转 速 传 感 器 由 遮 光 盘 、 遮 光 盘 轴 、 光 源 、 光 接 收器 等 组 成 。 光 电 式 发 生 器 利 用 信 号 转 子 即 遮 光 盘 的 转 动 ，光 接 收 器 （ 光 敏 二 极 管 或 光 敏 三 极 管 ） 就 不 断 地 受 到 照 光和 遮 光 ， 因 而 光 敏

14、二 极 管 或 光 敏 三 极 管 不 断 地 导 通 或 截 止 ，从 而 输 出 高 、 低 电 平 信 号 。图 3.3.2 光 电 效 应 式 传 感 器1、 遮 光 盘 2、 遮 光 盘 轴 3、 光 源 4、 光 接 收 器四、课程设计小结与体会 4.1 转速传感器的故障诊断：8转速传感器故障检查步骤如下：1. 转速传感器若出现故障，一般汽车的仪表上故障灯会亮，对于一般的故障可用经验方法对其检验与排除，例如，零件外观有无破损及配线有无断裂及损伤，接头是否牢固。2利用自诊断系统检查故障。若汽车自诊断系统检查出系统有故障码时，则要先找到此故障码相对应的传感器， （一般对转速传感器而讲

15、2 线是磁感应式，3 线是霍尔感应式或光电式） 。（1） 霍尔传感式：（如别克车出现 P0336CKP、P0341CM P 故障）我们可根据霍尔式转速传感器的原理，先应检查输向传感器电源的电压是否正常，一般两侧脚为传感器的输入电压，中央脚为信号线输出。在输入电压正常的前提下，人为地使触发叶轮挡住磁场，此时信号线输出处于高电位。人为地使触发叶轮离开磁场，此时信号线输出应处于低电位。（2） 磁感应式：（如丰田车出现 12 码NE 故障）我们可根据磁感应式转速传感器的原理，应先9检查传感器在工作状态下是否有交流电发出，有电发出说明传感器基本工作正常，没电发出则检查转速传感器的线圈电阻是否正常，再测量传感器与电脑之间电线的电阻值是否符合要求，适当时拆下传感器检查它与触发轮之间的间隙是否正常。有时检查磁感应式传感器的好坏，也可用起子在传感器触发头处来回移动，用万用表交流电压 2V 档，