一種簡單的汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉明輝 林禹銘 李建東 石朋杰 趙凱

一、設(shè)計(jì)背景

1.1汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

（1）汽車電控系統(tǒng)簡介。汽車電控系統(tǒng)技術(shù)是現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展背景下的產(chǎn)物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今，它涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、材料工程、電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域。伴隨著這些科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)汽車性能需求的不斷提高，現(xiàn)代的汽車正在不斷地向著電子化、智能化方向發(fā)展。目前汽車的電控程度以及智能化程度，已經(jīng)成為了判斷一個(gè)國家汽車研發(fā)能力、生產(chǎn)力水平以及汽車產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)。

（2）汽車傳感器發(fā)展簡介。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)中廣泛使用的部件，它可以采集環(huán)境中的各種信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)在汽車中顯示?，F(xiàn)在汽車上不僅有用來測定各種流體溫度和壓力的傳感器;還有用來確定各部分速度和位置的傳感器;也有用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器等等。這些新型傳感器的應(yīng)用極大地提高了汽車的智能化水平。為了進(jìn)一步提高汽車的安全性能，增加汽車的舒適性，未來的汽車也必向著更加智能化的方向不斷的發(fā)展，汽車傳感器的應(yīng)用也會(huì)更加的廣泛。

1.2設(shè)計(jì)意義

在如今，汽車電控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志就是越來越多的汽車部件采用電子技術(shù)控制。而汽車相應(yīng)部件采用電子式控制，就離不開傳感器的應(yīng)用。在目前的汽車電控系統(tǒng)中，需要使用多種傳感器，去感知汽車自身及所處環(huán)境的相關(guān)信息，因此傳感器檢測系統(tǒng)就成為了汽車電控系統(tǒng)必不可少的部分。這些傳感器具有測量車輪轉(zhuǎn)速、水溫、油溫、氣體密度、干濕度、壓力、液位以及距離等功能，它們發(fā)揮著各自的作用，保證汽車的安全運(yùn)行。一旦某個(gè)傳感器失靈，對(duì)應(yīng)的裝置就會(huì)不正常運(yùn)行甚至不工作，這對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此，設(shè)計(jì)好相應(yīng)的傳感器及其測量電路，不僅關(guān)系著汽車的操控性能、安全性能等方面的正常運(yùn)行，同時(shí)在促進(jìn)汽車電控系統(tǒng)提高控制精度，往更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方面發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

二、設(shè)計(jì)方案

2.1方案比較選擇

（一）輪速檢測系統(tǒng)：

遇到緊急情況，迫使汽車減速而發(fā)生的汽車重大事故，大都是由于汽車制動(dòng)距離過長或制動(dòng)發(fā)生側(cè)翻等導(dǎo)致的。好的汽車ABS系統(tǒng)能夠有效地防止車輪出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。為了提高駕駛的安全性能，這就需要測量精度高的輪速傳感器來為它提供準(zhǔn)確的車輪轉(zhuǎn)速，所以在車輪的轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)中采用霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器以保證測得的數(shù)字更加精確。并且采用補(bǔ)償和保護(hù)措施后霍爾傳感器的工作范圍可達(dá)-55℃～150℃。

（二）液位檢測系統(tǒng)：

在汽車的使用中，對(duì)于水箱、油箱的水位、油位的檢測是十分必要的。尤其是汽車的水箱水量，如果水量缺少時(shí)，汽車就不能有效地給發(fā)動(dòng)機(jī)降溫，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重的損壞，所以這就要求所選用的傳感器靈敏度高，精度較高。并且在燃油以及水箱內(nèi)工作空間有限，環(huán)境溫度也高，要選用結(jié)構(gòu)輕小，耐高溫、耐振動(dòng)的傳感器。綜合上述的條件我們選用電容式傳感器，并采取一定的補(bǔ)償措施，減小它的非線性誤差。

（三）車內(nèi)溫度檢測系統(tǒng)：

與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，數(shù)字溫度傳感器能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms 和750ms 內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，并且內(nèi)含寄生電源。經(jīng)比較我們采用數(shù)字溫度傳感器。

（四）汽車防撞檢測系統(tǒng)：

隨著我國汽車工業(yè)水平的持續(xù)提升，在公路通行的車輛變得更多，再加上現(xiàn)代生活節(jié)奏日益提速，汽車事故呈現(xiàn)多發(fā)、突發(fā)的態(tài)勢，尤其是在大雨、大霧、沙塵暴等惡劣的環(huán)境下，很容易使汽車刮擦、碰撞。并且本人設(shè)計(jì)的防撞系統(tǒng)主要應(yīng)用于，駕駛員視野盲區(qū)的近距離防撞，所以我們選用對(duì)雨、雪、霧的穿透力較強(qiáng)、測量距離較近的超聲波傳感器。

三、設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

電控系統(tǒng)總體框圖

本次設(shè)計(jì)的汽車電控系統(tǒng)主要是由檢測裝置、信號(hào)處理裝置、控制部件、輸出裝置組成，其中檢測裝置主要由外部的環(huán)境信息、傳感器以及檢測組成，主要是獲取和輸出傳感器信號(hào);信號(hào)處理裝置主要包括信號(hào)放大電路、低通濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換器，它的作用將上一步獲取的傳感器原始信號(hào)進(jìn)行放大、降噪處理并將測得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，使處理過的電信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)控制部件，輸出相應(yīng)的動(dòng)作信息;控制部件主要就是通過單片機(jī)進(jìn)行輸出相應(yīng)信息控制輸出裝置;輸出裝置包括液晶顯示，指示燈警告，以及蜂鳴器報(bào)警裝置。液晶顯示主要顯示車輪轉(zhuǎn)速、油位、水位、車內(nèi)溫度信息;當(dāng)汽車油量或水量較少時(shí)，相應(yīng)的指示燈就會(huì)亮起，來提醒駕駛?cè)藛T添加;當(dāng)汽車靠近障礙物時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，提醒駕駛?cè)藛T躲避。

3.2誤差分析及解決

3.2.1誤差產(chǎn)生原因

傳感器在使用時(shí)存在一定誤差，產(chǎn)生的原因包括環(huán)境因素的影響和自身性質(zhì)的影響，比如霍爾傳感器的不等位效應(yīng)、電容式傳感器的邊緣效應(yīng);除此之外它們還受環(huán)境溫度的影響，比如超聲波傳感器，音速在不同的溫度下傳播的速度也不同。這些因素都是引起誤差的原因。

3.2.2誤差解決辦法分析

對(duì)于霍爾傳感器的不等位效應(yīng)，我們可以根據(jù)下圖2霍爾元件的等效電路中A、B點(diǎn)電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定大小的電阻，從而使電橋達(dá)到平衡，消除不等位電勢。如下為補(bǔ)償電路：

對(duì)于電容式傳感器的邊緣效應(yīng)，我們可以盡可能的減小極板間距、基板厚度來減小電容傳感器的邊緣效應(yīng)。對(duì)于超聲波傳感器，在常溫下，超聲波的傳播速度為，但聲音的傳播速度易受溫度的影響。如下表例舉了一些溫度下，聲音的傳播速度。

一般溫度每升高1℃，聲音的傳播速度增加約0.6。通過實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?。T為現(xiàn)場溫度，可以通過本系統(tǒng)的溫度傳感器測得，帶入式中可計(jì)算出實(shí)際波速V，從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償，減小誤差。

四、結(jié)論

本次設(shè)計(jì)的汽車電控系統(tǒng)主要包括汽車車輪轉(zhuǎn)速，水箱、油箱液位，車內(nèi)溫度以及汽車防撞的檢測。該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為作為系統(tǒng)的芯片，并且具有顯示電路，可以把測得的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來，系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，智能化程度高。