毕业设计机电一体化技术在汽车中的应用与发展

1、工业大学继续教育毕业设计专业：班级:学生姓名:指导教师:论文（设计题目：机电一体化技术在汽车中的应用与发展摘要1关键词1正文:第一章前言第二章汽车用传感器在汽车中的应用2. 1发动机控制用传感器在汽车中的应用2. 2非发动机用传感器在汽车中的应2. 2.1车速传感器在汽车中的应用(d磁电式车速 传感器在汽 车中的应用(2)霍尔式车速传感器在汽车中的应用2. 2.2车内、车外空气温 度传感器识别与检测在汽车中的应第三章电子控制防爆死 系统在汽车 中的应用3. 1轮速传感器在汽车中的应用3.2压力调节器在汽车中的应用3. 3电子控制装置在汽车中的应用第四章机电一体化技术在汽车中的发展趋势4. 1机

2、电一体化概述4. 1.1机电一体 化设计的关 键技术4.1.2精密机械技术 4.1.3信息处理技术4.1.4检测与传感器技术 4.1.5自动控制技 4.1.6伺服驱动技术 4.1.7系统总体技术4.2汽车机电 一体化技术 的发展状况4. 3机电一体化的应用4. 3.1发动机微机 控制系统4. 3.2汽车激光雷达自动防撞微机控制系统4. 3.3电子控制4. 3. 4 abs 系统5. 1发展反方向5.1.1柔性化方向5.1.2智能化方向5. 1.3仿生物系统化方向5.1.4微型化方向第五章结论摘要:关键词:正文：第一章前言第二章汽车用传感器在汽车中的应用2. 1发动机控制用传感器在汽车中的应用传

3、感器技术是汽车的机电一体化最重要的一环。现代汽车发动机已实现用 微机系统控制，各种传感器的并用使汽车更容易被控制。表2-1汽车用传感器及其检测对象检测量及检测对象：温度、冷却水、排出气体（催化剂）、吸入空 气、发动机油、室外（内）空气等 吸气压（计示压力、绝对压力）、大气压、燃烧压、发动机油压、 制动压、种种泵压、轮胎压转数与速曲轴转角、曲轴转数、车轮速度、发动机速度、车速加速度负加速度吸入空气量、燃料流量、排气再循环装置、二次空气量 燃料、冷却水、电池液、洗窗器液、发动机油、制动油位移方位节流阀开口度、排气再循环阀升降度、车高（悬置、位移）、行驶距离、行驶方位排出气体。2、co、no、碳氢化

4、合物、集油烟转矩、爆震、料酒精成分、湿度、玻璃结霜、鉴别饮酒和睡眠 状态、电池、电压、电池储能多寡、灯泡断线、荷重、冲击 物、轮胎失效率发动机控制用传感器的精度多以表示。这个数值必须在各种不同条件 下满足燃料经济性指标和排气污染指标规定的控制，活塞式发动机基本上就是 控制曲轴的转角位置。利用传感器可测出曲轴转角位置，计算点火提前角，并 用微机计算出发动机转速，其信号以时序脉冲形式输出。燃料供给信号可以用 两种方法获得。一种是直接测量空气的质量流量；另一种是检测曲轴位置，再 由歧气管绝对压力（map）和温度计算出每个汽缸的空气量。燃料控制环路多采 用第二种方法或采用测量空气质量流量的方法。因此m

5、ap传感器和空气质量流量 传感器都是重要的汽车传感器。map传感器有膜盘线性差动变换传感器、电容盒map传感器和硅膜压力传感器、空气流量传感器等。离子迁移式、热丝式、叶片式传感器是真正的空气质量流量计。涡流式、祸轮式是测量空气流速的，需把 它换算成质量流量。为算出恰当的点火时刻，需要检测曲轴转角指示脉冲、发 动机转速和发动机负荷三个参量。其中，发动机负荷可用歧气管负压换算。在 美国的发动机控制系统中，虽然前两个参量均用曲轴转角位置传感器测量，但 控制环路的组成方法不同。有的系统直接测量歧气管负压，有的系统用 类 似map传感器的传感器测量环境空气压力（aap）,用减法算出歧气管负压。后者可用准

6、确的环境空气压力完成海拔高度修宽的空燃比范围内的工作，因而并不要 求计算化学当量。由于汽车要便于对燃料供给和废气再循环（egr）环路进行微 调，所以在点火环路中，歧气管负排气标准的确定，需从根本上改进发动机的 工作状况。为此，很多汽车采用了一种三元催化系统一一三元催化剂。只有废 气比例较小时，才能有效地净化hc、co和no-所以，发动机必须正确计算化学 当量的7 %范围内的工作。带催化剂的发动机可看作气体发生器。按要求需在 燃料供给环路中加装氧环路，这一环路的关键传感器是氧传感器。它可以检测 废气中是否存在过剩的氧气。氧化错氧传感器和二氧化钛氧传感器可以完成此 项工作。为了确定发动机的初始条件

7、或随时进行状态修正，还需使用一些其他 传感器，如空气温度和冷却水温度传感器等。最新式的汽车中，不少还安装了 爆震传感器，是由于涡轮增压发动机在中间或高负荷状态下振动较大。过去的 火花点火发动机是在很从而带来许多问题，安装爆震传感器后，当振动超过某 一限度时，就自动推迟点火时间，直至振动减弱到要求范围为止。即发动机在 无激烈振动时提前点火，从而找出最佳超前量。2. 2非发动机用汽车传感器在汽车中的应用为了提高汽车的安全、可靠、操纵方便及舒适性，还采用了非发动机用传 感器，如表2-2所示。工业自动化领域的各类传感器直接或稍加改进，即可作为 汽车非发动机用传感器使用。表2-2非发动机用汽车传感器项目

8、传感器防打滑的制动器对地速度传感器，车辆转速传感器液压转向装量车速传感器，油压传感器速度自动控制系统车速传感器，加速踏板位置传感器轮胎压力传感器自动空调车内温度传感器，吸气温度传感器亮度自动控制光传感器电子式驾驶车速传感器，气流连度传感器自动门锁系统磁传感器2. 2. 1车速传感器在汽车中的应用车速传感器检测电控汽车的车速，控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速，自动 变速器的变扭器锁止，自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。 车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数 字信号，车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，车速传感器信号线通

9、常装在屏蔽 的外套内，这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干 扰，用于保证电子通讯不产生中断，防止造成驾驶性能变差或其他问题，在汽车上磁电式 及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器，在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较广 泛采用磁电式传感器来进行车速(vss)、曲轴转角(ckp)和凸轮轴转角(cmp)的控制，同时 还可以用它来感受其它转动部位的速度和位置信号等，例如压缩机离合器等。(1)磁电式车速成传感器在汽车中的应用磁电式车速传感器是一个模拟交流信号发生器，它们产生交变电流信号,通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。这两个线圈接线柱是传感器输出的 端子，当由铁质制成

10、的环状翼轮(有时称为磁组轮)转动经过传感器时，线圈里 将产生交流电压信号。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。输 出信号的振幅(峰对峰电压)与磁组轮的转速成正比(车速)，信号的频率大小表 现于磁组轮的转速大小。传感器磁芯与磁组轮间的气隙大小对传感器的输入信 号的幅度影响极大，如果在磁组轮上去掉一个或多个齿就可以产生同步脉冲来 确定上止点的位置。这会引起输出信号频率的改变，而在齿减少时输出信号幅 度也会改变，发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发 电火时间或燃油喷射时刻的。测试步骤可以将系统驱动轮顶起，来模拟行驶时的条件，也可以将汽车示波器的 测试线加长

11、，在行驶中进行测试。波形结果 车轮转动后，波形信号在示波器显示中心处的零伏平线上开始上下跳动,并随着车速的提高跳动越来越高。波形显示与例子十分相似，这个波形是在大约30英里小时的速度下记录的，它又不像交流信号波形，车速传感器产生的 波形与曲轴和凸轮轴传感器的波形的形状特征是十分相似的。通常，波形在零伏线上下的跳变是非常对称的，车速传感器的信号的振幅随车速增加。速度越快波形幅值就越高，而且车速增加，波形频率也将增 加，示波器将显示有较多的波形震荡。确定振幅、频率和形状等关键的尺度是正确的、可重复的、有规则的、可预测的。这是指波峰的幅值正常，两脉冲间的时间不变，形状是不变的且可 预测的，尖峰高低不

12、平是因传感器的磁芯与磁组轮相碰所引起的，这可能是有 传感器的轴衬或传动部件不圆造成的，尖峰丢失是损坏缺点的磁组轮造成的。不同型式的传感器，其波形的峰值电压和形状有轻微的差异，另外由于传感器内部是一个线圈，所以故障是与温度有关的，在大多数情况下波形会变 得短很多，变形也很大，同时还可能设定故障码(dtc),故障在示波器上显示 的摇动线束，这可以更进一步确定磁电式传感器是造成故障的根本原因，车速 传感器信号输出最常见的故障是根本不产生信号，但如果驾驶汽车时波形是齐 直的直线，那么应该先检查示波器和传感器的连线，确定电路有没有对地搭 铁，确认零部件能否转动(塑料齿轮有没有咬死等)确认传感器气隙是否正

13、常, 然后再断定传感器。(2)霍尔式车速传感器在汽车中的应用霍尔效应传感器(开关)在汽车应用中是十分特殊的，这主要是由于变速器周围空间位置冲突，霍尔效应传感器是体传感器，它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需 要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。霍尔效应传感器或开关，由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极 部分的磁路组成，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子 上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分 则中断磁场，因此，叶片转子窗口的作用是开关磁场，使霍尔效应象开关一样 地打开或关闭，这就是一些汽车

14、厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称 为霍尔开关的原因，该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件是霍 尔效应传感器。测试步骤将驱动轮顶起模拟行使状态，也可以将汽车示波测试线加长进行行驶的测试。波形结果当车轮开始转动时，霍尔效应传感器开始产生一连串的信号，脉冲的个数将随着车速增加而增加，与图例相像，这是大约30英里小时记录的，车速 传感器的脉冲信号频率将随车速的增加而增加，但位置的占空比在任何速度下 保持恒定不变。车速传感器越高，在示波器上的波形脉冲也就越多。确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度，频率和形状是一致的，这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压，两脉冲间隔一致，形状一致，且与预

15、 期的相同。确定波形的频率与车速同步，并且占空比决无变化，还要观察如下内 容：观察波形的一致性，检查波形顶部和底部尖角。观察幅度的一致性：波形高度应相等，因为给传感器的供电电压是不变的。有些实例表明波形底部或顶部有缺口或不规则。这里关键是波形的稳定性不变，若波形对地电位过高，则说明电阻过大或传感器接地不良。观察由行驶性能问题的产生和故障码出现而诱发的波形异常，这样可 以确定与顾客反映的故障或行驶性能故障产生的根本原因直接有关信号问题。虽然霍尔效应传感器一般设计能在高至150°c温度下运行，但它们的工作仍然会受到温度的影响，许多霍尔效应传感器在一定的温度下（冷或热）会失 效。如果示波器

16、显示波形不正常，检查被干扰的线或连接不良的线束，检 查示波器和连线，并确定有关部件转动正常（如：输出轴、传感器转轴等）。当示波器显示故障时，摇动线束，这可以提供进一步判断，以确认霍尔效 应传感器是否是故障的根源。2. 2. 2车内、外空气温度传感器识别与检测在汽车中的应用识别车内、外空气温度传感器用于测量车内、车外的空气温度，为汽车空调控制系统工作温度的控制提供信息。车内、外空气温度传感器用负温度系数热 敏电阻制成。当车外空气温度发生变化时，传感器的电阻值发生变化，温度升 高时，电阻值减小；温度降低时，电阻值增大。车外空气温度传感器与车内空气温度传感器在空调系统中与电位计串联, 当车外空气温度

17、变化时，车外空气温度传感器的电阻值也随之发生变化，这 时，空调控制系统起动空调压缩机运转，保持车内温度恒定在设定范围。车外 空气温度传感器一般安装在汽车前部o检测空调器控制器总成内、外空气温度信息控制空调器的工作，室内温度不能 保持恒定时空调系统发生故障，这时应检查车内、外空气温度传感器，判断工 作状况。雷克萨斯ls400轿车车内、外空气温度传感器的检查内容如下。(1) 车内空气温度传感器的检查：拆下仪表板下连接板，拔下传感器连接 器接头，用万用表测量传感器连接器接头端子1和2之间的电阻。(2) 车外空气温度传感器的检查：拆下汽车散热器护栅，拔下传感器连接 器接头，用万用表测量传感器连接器接头

18、端子1和2之间的电阻。第三章电子控制防抱死制动系统在汽车中的应用电子控制防抱死制动系统c8(abs)是提高汽车行驶安全性的一个重要装置。它的主要功用是防止汽车制动时车轮打滑和车轮抱死。该系统主要由轮速 传感器、压力调节器和电子控制装置3部分组成。3. 1轮速传感器在汽车中的应用由于磁电式传感器工作稳定可靠，几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响,所以，目前在汽车中使用的轮速传感器广泛采用变磁阻式电磁传感器。变 磁阻式轮速传感器由定子和转子组成。定子包括感应线圈和磁 头(为永久磁铁 构成的磁级)两部分。转子可以是齿圈或齿轮两种形式。齿轮形式的转子如图4 -1所示。磁头固定在磁极支架上，支架固定在长轴

19、上，齿圈通过轮毂、制动毂 连为一体，长轴穿过车轮与内部的轴承配合，如图4-2所示。磁头(a) wheel rotation spcc4 setvore) sensor insiallatton4-1轮速传感器及安装示意图转子的转速与车轮的角速度成正比。转鼓带动车轮转动，传感器转子的齿 顶、齿间的间隙交替地与磁极接近、离开，使定子感应线圈中的磁场周期性的 变化，在线圈中感应出交流正弦波信号。控制试验台使车轮运转在各种工况， 对传感器输出信号进行测量。实验结果表明了变磁阻式轮速传感器产生的信号 具有如下特征：(1) 传感器产生的信号为接近零均值的正弦波信号。(2) 正弦波信号的幅值受气隙间隔(磁头

20、与齿圈间的气隙,一般在1. omm左右 为最理想)和车轮转速的影响。气隙间隔越小，车轮速度越高，正弦波信号的 幅值越大。(3) 正弦波信号的频率受齿圈的齿数和车轮转速的影响，为每秒钟经过磁 头线圈的齿数，即等于齿圈齿数乘以每秒钟的轮速。变磁阻式轮速传感器所产 生的信号如图4-2所示。试验模拟的是bj212车型的前轮，用转鼓转速模拟车速。当控制转鼓转速 为 3km, abs)。其基本功能是可感知制动轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态 相应地调节制动器动力矩的大小，避免出现轮上的抱死现象。abs系统是电子控制技术在汽车上最突出的一项应用，可使汽车5机 电一体化技术发展趋势5. 1光机电一体化方

21、向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。引进光学技术、 利用光学技术的先天优点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源 系统和信息处理系统。5. 1发展反方向5.1.1柔性化方向未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔 性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这种系统中， 各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律 性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并 附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地 增加了系统的能力（柔

22、性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。5.1.2智能化方向今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越髙。 这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。5. 1.3仿生物系统化方向今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物: 当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工 作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有向仿生物系统 化方向发展的趋势，但还有一段漫长的道路要走。5.1.4微型化方向目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，

23、在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”,机体、执行结构、传感器、cph等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机 电一体化的重要发展方向。第五章结论目前，日、美、德等发达国家，为了占领国际市场。不断提高汽车的性能与价格比， 其主要手段就是通过加紧开发研制和应用汽车用传感器，努力提高汽车的机电一体化水 平。据某汽车市场研究公司预测，世界汽车用电子产品的需求，今后5年内将增长43%, 其中增长最快的将是驾驶者信息系统。包括驾驶指令导向、前视、后视显示和防撞报警系 统等。其次是车身系统的安全舒适性系统，包括气囊、空调、灯光控制等系统。究其原因 大概是汽车交通法规的驱动和人们对汽车运行安全可靠的关心大增所致。在汽车导向系统（包括交通诱导信息广播系统和gps汽车导向系统）方面, 美国的销售量（gps汽车导向系统接受天线）从1996年的80万台增至2000年的2000万台。1991年在美国兴起的its （智能运输系统）的增长势头一直方兴未艾, 美国its机构目前监管着整个美国的240个开发研究项目its增长最快的最终用 户领域之一是车内导向系统，通用