一種車高傳感器實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張永新（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京　100070）

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一種車高傳感器實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張永新
（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100070）

摘要：本文主要提出了一種以教學(xué)為目的車身高度傳感器實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)箱只是滿足汽車傳感器教學(xué)需要，故它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，通過車身高度傳感器對(duì)車身高度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示，控制箱上安裝了用于檢測(cè)的插孔、故障檢修設(shè)置開關(guān)，并且畫出了線路圖，使學(xué)生在教學(xué)過程中能非常直觀地檢測(cè)并通過故障設(shè)置開關(guān)強(qiáng)化他們的動(dòng)手實(shí)踐能力，從而大大提高老師的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)箱；車身高度；傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

現(xiàn)代汽車電子技術(shù)從所應(yīng)用的電子元器件到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入了一個(gè)有本質(zhì)性提高的新階段。其中最有代表性的核心技術(shù)之一就是傳感器在汽車上的廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)為了能使學(xué)生在實(shí)踐過程中能直觀地學(xué)習(xí)掌握車身高度傳感器的工作原理并使之加深印象，達(dá)到較好的教學(xué)效果，特地有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)，選定相應(yīng)的元器件，搭接電路。

2 開發(fā)實(shí)驗(yàn)箱的背景與意義

我在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)國內(nèi)汽車傳感器實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠家較少，存在產(chǎn)品空白。其生產(chǎn)的產(chǎn)品無相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，各廠家按照本廠的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，而且是單件小批量生產(chǎn)。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，汽車傳感器教學(xué)設(shè)備較為落后，以演示為主，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的效果較差，產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平不高，教學(xué)實(shí)用性不足。該選題的目的在于：增加設(shè)備的教學(xué)直觀性、實(shí)用性，把理論教學(xué)與實(shí)物教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來，推進(jìn)情景教學(xué)、仿真教學(xué)等教學(xué)模式在我院的進(jìn)一步發(fā)展，逐步形成教學(xué)與科研相結(jié)合的多功能實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)基地。選題的意義：旨在創(chuàng)建北京市高水平的汽車電子技術(shù)職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地，打造精品特色專業(yè)，使我院真正擔(dān)負(fù)起本市汽車電子技術(shù)類學(xué)生實(shí)訓(xùn)、教師培養(yǎng)以及職業(yè)技能鑒定的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享。

3 光電式車身高度傳感器作用及工作原理

空氣懸架ECU通過分析各個(gè)相關(guān)傳感器的反饋信息，計(jì)算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動(dòng)機(jī)和閥門，從而使電控空氣懸架隨行駛及路面狀況不同而隨時(shí)變化，車身高度傳感器的作用就是檢測(cè)汽車行駛時(shí)車身高度的變化情況，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入電控懸架系統(tǒng)的ECU。在汽車正常行駛過程中，電控空氣彈簧特性變軟、阻尼變?nèi)?，提高了乘客乘坐舒適性，如果汽車急速啟動(dòng)或急轉(zhuǎn)彎及緊急制動(dòng)時(shí)，ECU控制空氣彈簧迅速轉(zhuǎn)換成較強(qiáng)的阻尼及硬朗的特性，從而提高了車身的通過性和穩(wěn)定性。在車速比較慢時(shí)車身高度又可恢復(fù)正常，此系統(tǒng)的電控減振器還能調(diào)整汽車高度，可以隨車速增加到設(shè)定數(shù)值就降低車身高度，以減小離地間隙，減少風(fēng)阻從而降低了車身的重心并節(jié)省了能源。汽車電控主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，要對(duì)車身高度進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)節(jié)，一般只需在懸架上安裝三個(gè)車身高度傳感器即可，所以高度傳感器是電控懸架上最常見，也是最重要的傳感器，主要進(jìn)行監(jiān)測(cè)車底高度的變化。它可以采用光敏三極管或者光電二極管，將車輛乘坐高度變化的信號(hào)傳送至電控懸架ECU；它也可以是霍爾效應(yīng)式傳感器，一種以磁場(chǎng)為工作媒體，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使電控懸架ECU能準(zhǔn)確地計(jì)算出車輛的行駛高度，從而能夠補(bǔ)償?shù)缆返淖兓?，有效地防止了車輛托底故障的發(fā)生。本實(shí)驗(yàn)箱采用的是光電式車身高度傳感器，它的具體工作原理如下，當(dāng)車身的高度發(fā)生改變時(shí)，其內(nèi)部的導(dǎo)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶槽的金屬圓盤掃過光耦合器組，使光耦合器組相對(duì)應(yīng)的光敏晶體管和發(fā)光二極管上的光線發(fā)生“開/關(guān)”的轉(zhuǎn)換，于是光敏晶體管把接收到的光線轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過導(dǎo)線傳送給電控懸架ECU。ECU根據(jù)每一個(gè)光耦合器上每組光敏晶體管和發(fā)光二極管發(fā)生“開/關(guān)”轉(zhuǎn)變的不同組合，從而分析出金屬圓盤轉(zhuǎn)過的角度，進(jìn)一步計(jì)算出電控懸架高度的變化的具體數(shù)值。

4 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

車身高度檢測(cè)采用前、中、后三個(gè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)應(yīng)2、3、4三個(gè)信號(hào)輸出電壓，1為直流12伏電源電壓，6為接地點(diǎn)。信號(hào)輸出電壓通過電壓表進(jìn)行顯示。工作時(shí)，學(xué)生通過手動(dòng)模擬汽車旋架高度移動(dòng)，帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳感器信號(hào)輸出電壓發(fā)生變化，學(xué)生可通過各檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。各斷點(diǎn)、虛接點(diǎn)為故障設(shè)置點(diǎn)，通過故障設(shè)置盒進(jìn)行故障設(shè)置。故障指示燈在設(shè)置故障狀態(tài)點(diǎn)亮。

4.1 實(shí)驗(yàn)箱原始電路的分析整理

由于只有首先設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電路圖，才能選配相應(yīng)的電器元件，并通過正確的裝配焊接完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱電路系統(tǒng)的搭建。所以設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)箱電路的第一步：就是將用到的車身高度傳感器原始電路圖進(jìn)行詳細(xì)的分析整理，看懂并最終整理出一套完整的包括傳感器、電源、接地、輔助件，如導(dǎo)線、保險(xiǎn)絲等的車身高度傳感器電路原理圖。

4.2 主體部分電路設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)箱的主體部分涉及到與SDA-300-12型直流穩(wěn)壓電源的相連導(dǎo)線及傳感器信號(hào)線上的檢測(cè)插孔的連接；與其相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)主體部分設(shè)計(jì)的電路就相對(duì)較少，光電式車身高度傳感器放在實(shí)驗(yàn)箱上，它插腳上的很多導(dǎo)線都要和實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的元器件相連接。

4.3 控制部分電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制部分電路的設(shè)計(jì)主要是在從原始電路中整理出來的車身高度傳感器電路圖上加入或舍去一些線路元件，控制部分電路是實(shí)驗(yàn)箱電路最重要的組成部分，目的是將此實(shí)驗(yàn)箱所需的開關(guān)、指示燈等元件相互連接起來，詳細(xì)設(shè)計(jì)過程如下：

4.3.1 故障設(shè)置開關(guān)的選擇

系統(tǒng)故障設(shè)置開關(guān)是車身高度傳感器實(shí)驗(yàn)箱作為多媒體教學(xué)設(shè)備的特殊裝置，老師可在教學(xué)過程中通過接通或關(guān)閉開關(guān)人為設(shè)置系統(tǒng)故障，于是學(xué)生就可使用數(shù)字萬用表進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測(cè)診斷、分析和排除，進(jìn)而大大提高學(xué)生實(shí)際操作動(dòng)手能力。

4.3.2 檢測(cè)插孔

不同于開關(guān)用于設(shè)置故障，檢測(cè)插孔的設(shè)計(jì)是為了方便學(xué)生通過檢測(cè)相應(yīng)的信號(hào)或參數(shù)從而排除故障。和故障開關(guān)相似的，檢測(cè)插孔也是本實(shí)驗(yàn)箱的特殊設(shè)計(jì)。

5 系統(tǒng)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

本實(shí)驗(yàn)箱的軟硬件系統(tǒng)開發(fā)工作已經(jīng)完成，并制作出了樣機(jī)用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)開發(fā)了一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果非常令人滿意，實(shí)現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。目前根據(jù)該實(shí)驗(yàn)箱可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：汽車車身高度傳感器結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知實(shí)驗(yàn)；汽車車身高度調(diào)節(jié)工作過程演示實(shí)驗(yàn)；車身高度傳感器故障檢修實(shí)驗(yàn)等。

參考文獻(xiàn)

[1]宋福昌.汽車傳感器識(shí)別與檢測(cè)圖解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

中圖分類號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A