電控發(fā)動機用液位傳感器與ECU匹配方法研究

葛兆鳳 李永昌 張勇

摘要： 隨著發(fā)動機電控技術(shù)發(fā)展及用戶需求提高，水位傳感器、機油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器等液位傳感器需求越來越多。發(fā)動機電控單元（ECU）采集各種液位傳感器信號，采集的信號是否正確，信號處理及數(shù)據(jù)標定是否正確，關(guān)系發(fā)動機是否可以正常運行。本文詳細闡述發(fā)動機上各種液位傳感器與ECU匹配方法，為液位傳感器電路設(shè)計、ECU電路設(shè)計、軟件設(shè)計及數(shù)據(jù)標定提供一定的指導(dǎo)。

Abstract： With the development of engine electronic control technology and the increase of user demand， water level sensor， oil level sensor， fuel level sensor， urea level sensor and other liquid level sensors demand more and more.The electronic control unit （ECU） collects various level sensor signals. Whether the collected signals are correct， whether the signal processing and data calibration are correct， is related to whether the engine can run normally.This paper describes in detail the matching methods of engine level sensors and ECU， which provides some guidance for the circuit design of level sensor， ECU circuit design， software design and data calibration.

關(guān)鍵詞： 液位傳感器;電控單元ECU;匹配

Key words： liquid level sensor;electric control unit ECU;matching

中圖分類號：TK403 ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0004-03

0 ?引言

液位傳感器有水箱液位傳感器、機油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器、油中有水傳感器等，在不同位置檢測不同液體的液位。ECU硬件接口設(shè)計要求不同，對液位傳感器硬件接口處理電路要求不同。傳感器工作原理不同，對應(yīng)的軟件設(shè)計及數(shù)據(jù)標定不同。本文主要介紹液位傳感器與ECU如何匹配，為傳感器硬件接口處理電路設(shè)計、ECU硬件接口電路設(shè)計和ECU軟件處理方式及數(shù)據(jù)標定匹配提供指導(dǎo)。

1 ?油中有水傳感器與ECU匹配分析

1.1 接口電路分析

常用的油中有水傳感器為數(shù)字輸出類型。

ECU與油中有水傳感器接口電路設(shè)計如圖1所示，ECU內(nèi)部是上拉10kΩ電阻到5V的數(shù)字輸入電路，Input PIN針腳采集油中有水傳感器傳輸?shù)碾妷褐?，根?jù)電壓值大小判斷是否有水。傳感器接口電路設(shè)計為一個NPN三極管，當有水時，三極管工作，導(dǎo)通到地，Input PIN處輸出給ECU的電壓V1≤0.5V。在沒有水時，三極管不工作，Input PIN處輸出給ECU的電壓V2≥4V，ECU根據(jù)電壓值判斷是否有水。

傳感器的供電和地來自于ECU，如果地線來自于車架搭鐵，會產(chǎn)生地線電壓不穩(wěn)，給傳感器信號帶來干擾。

1.2 軟件邏輯分析

油中有水傳感器可以通過CAN報文發(fā)送信息給ECU;可以是模擬輸出類型，給ECU發(fā)送模擬信號;也可以傳輸給ECU一個數(shù)字信號。本文主要介紹數(shù)字輸出類型。

軟件邏輯如圖2所示。

①傳感器設(shè)計有高電平有效，有低電平有效，根據(jù)傳感器輸出高低電平狀態(tài)進行判斷;

②若傳感器為低電平有效，則進行下一步;若傳感器設(shè)計是高電平有效，需要將應(yīng)用層的取反開關(guān)置1，轉(zhuǎn)換成低有效狀態(tài);

③由于輸出信號在高低電平變化時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，因此需要進行防抖處理;

④若傳感器處于有水狀態(tài)，進行報警;

⑤若傳感器處于無水狀態(tài)，則流程結(jié)束。

1.3 數(shù)據(jù)標定分析

①首先通過標定選擇傳感器走數(shù)字類型;

②根據(jù)傳感器高低有效狀態(tài)選擇取反開關(guān)是否置1;

③標定去抖的標定量根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗標定值為600ms左右，時間太短，達不到防抖動的處理，時間過長，會濾掉真正的故障;

④在T15上電后，油中有水傳感器進行初始化，信號輸出有效電平持續(xù)時間約為700ms，大于去抖的標定時間600ms，因此會誤報故障。故在報故障檢測標定時，將上電檢測故障標定為不進行故障檢測，時間為3s，即在T15上電，3s以后進行故障檢測。

2 ?尿素液位傳感器與ECU匹配分析

2.1 接口電路分析

常用的尿素液位傳感器為電阻類型，即不同的液位下，傳感器的阻值不同。

圖3為傳感器與ECU匹配的IO電路，R傳為尿素液位傳感器的電阻值，R2的一端接到V1（5V），另一端與傳感器內(nèi)部的電阻R傳分壓，Input PIN端即為分壓后的電壓，電壓信號經(jīng)π型濾波電路后進入MCU的AD通道。不同的液位下，傳感器的阻值是不同的，與R2分壓后，電壓值是不同的，ECU硬件采集這個電壓值，在應(yīng)用層軟件中，將采集的電壓值通過CURVE轉(zhuǎn)換為液位值。

2.2 軟件邏輯分析

尿素液位傳感器有兩種，一種是ECU直接采集電壓，一種是通過CAN報文傳輸給ECU，本文主要介紹ECU直接采集電壓值類型。

軟件邏輯如圖4所示。

①將底層采集的電壓值傳輸?shù)綉?yīng)用層;

②判斷電壓值是否超預(yù)設(shè)最大值或最小值，即檢測傳感器信號是否存在對5V短路或?qū)Φ囟搪坊蜷_路或傳感器損壞故障。若有故障，進行故障報警;

③若無故障，將采集的電壓值轉(zhuǎn)換成物理值即液位值，單位mm;

④檢測物理值是否超預(yù)設(shè)的最大值或最小值，即檢測此時液位是否在合理范圍內(nèi)。若不在合理范圍內(nèi)，進行故障報警;

⑤若無故障，將采集的物理值轉(zhuǎn)換成以%為單位的液位信息;

⑥講過PT濾波得到最終尿素箱液位。

2.3 數(shù)據(jù)標定分析

①首先通過標定選擇傳感器走硬線直接采集;

②標定電壓值的SRC標定量;

③將電壓值轉(zhuǎn)換成液位值，如表1所示（只截取部分數(shù)據(jù)），將數(shù)據(jù)標定到對應(yīng)的CUR中;

④根據(jù)液位正常使用范圍，標定物理值的SRC。

3 ?機油液位傳感器與ECU匹配分析

3.1 接口電路分析

大缸徑柴油機上機油液位一般為浮子式，原理圖及實物拆檢圖如圖5和圖6所示，是一個普通的開關(guān)類型，對于ECU來說高有效數(shù)字輸入和低有效數(shù)字輸入都可以滿足使用要求。

3.2 軟件邏輯分析

機油液位傳感器有多種類型，有數(shù)字輸出類型，有CAN報文類型，有模擬輸出類型。本文主要介紹數(shù)字輸出類型的。

軟件邏輯如圖7所示。

①傳感器的安裝方向，決定其是常開開關(guān)還是常閉開關(guān)。

傳感器有向上安裝，也有向下安裝的。

當向上安裝時，油位高時，浮子上浮，開關(guān)是閉合的，兩個端子導(dǎo)通;油位低于一定位置時，浮子向下落，開關(guān)斷開，兩個端子不導(dǎo)通，此時為常閉開關(guān);

當傳感器向下安裝時，結(jié)果相反，為常開開關(guān)。

因此需要軟件做取反邏輯。

②由于輸出信號在高低電平變化時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，因此需要進行防抖處理;

③若傳感器處于低油位時，進行報警;

④若傳感器處于高油位時，則流程結(jié)束。

3.3 數(shù)據(jù)標定分析

①首先通過標定選擇傳感器走硬線還是CAN類型;

②根據(jù)傳感器高低有效狀態(tài)選擇取反開關(guān)是否置1;

③標定去抖的標定量根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗標定值為600ms左右。

4 ?結(jié)束語

液位傳感器在電控發(fā)動機中的應(yīng)用越來越多，傳感器與ECU硬件匹配、軟件設(shè)計及數(shù)據(jù)標定是否合理，直接影響發(fā)動機的正常運行。

參考文獻：

[1]國樹文.傳感器檢測技術(shù)在汽車電控發(fā)動機中應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（28）.

[2]何金戈.汽車傳感器原理與檢修[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[3]楊小玲.液位測量技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2003.

[4]魏朝廷.柴油機高壓共軌系統(tǒng)電子控制單元硬件的研究與開發(fā)[D].昆明理工大學(xué)，2014.

[5]葛兆鳳.電控發(fā)動機傳感器與控制單元匹配方法介紹[J].自然科學(xué)，2020.