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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),*,Click to edit Master title style,Click to edit Mast

2、er text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),*,2024/12/10,1,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),信號與信息處理研究所,丁 山,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2024/12/10,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2,第,3,章 汽車嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ),汽車電子控制系統(tǒng)可概括為傳感器、控制器、執(zhí)行器和通信診斷四個主要部分。,傳感器：控制系統(tǒng)首先需要感知外部信號，作為系統(tǒng)控制的依據(jù)。這些傳感器包括溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等幾十種傳感器；,控制器：核心器件是微控制器，可以完成采集、控制和通信等功能；,執(zhí)行器：真正實現(xiàn)控制操作的部件稱為執(zhí)

3、行器，將控制器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動功率裝置的實際動作,;,通信診斷：包括在電控單元中通信接口電路、汽車的,CAN,、,LIN,等網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及外部通信診斷裝置。,汽車電子控制系統(tǒng),現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2024/12/10,3,2024/12/10,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),4,3.1,嵌入式處理器,對信號進行分析、運算和處理，然后輸出控制信號經(jīng)輸出信號接口電路到執(zhí)行器。按功能可分為以下,4,種：,1.,微處理器；,2.,微控制器；,3.,嵌入式數(shù)字信號處理器（,DSP,）,4.,片上系統(tǒng)和可重構(gòu)硬件,a.,片上系統(tǒng)（,System on Chip,）,b.,可重配置硬件的基本原理,2024/12/1

4、0,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),5,嵌入式處理器的總線結(jié)構(gòu)：,馮,諾依曼結(jié)構(gòu)；,哈佛結(jié)構(gòu)；,嵌入式處理器的選擇：,1.,低成本,2.,低功耗,3.,適當?shù)奶幚砟芰?4.,合適的操作系統(tǒng)支持,5.,與原有產(chǎn)品的兼容,6.,符合行業(yè)應(yīng)用的編程語言,7.,上市時間,2024/12/10,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),6,單片機選型基礎(chǔ)：,1.,中央處理器,CPU:,對于發(fā)動機等實時控制系統(tǒng)，選擇合適的主頻速度至關(guān)重要，還取決于采樣周期，控制速度等諸多因素。,2.,存儲器,:,分易失性存儲器與非易失性存儲器。,RAM:,易失性存儲器,ROM:,只讀存儲器,PROM:,程序一旦寫入，無法修改。,EPROM:,擦寫速度較慢，芯

5、片的石英窗口，防止程序丟失。,EEPROM:,電可擦可編程只讀存儲器一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲芯片。,EEPROM,可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。,Flash,：快速擦寫,/,寫入的非易失性存儲器。,2024/12/10,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),7,3.,定時器,定時計數(shù)器：,脈沖測量功能：輸入撲捉，高速輸入,脈沖產(chǎn)生功能：定時輸出，高速輸出,脈沖累計功能：用于統(tǒng)計外部事件出現(xiàn)的次數(shù),4.,A/D,功能：選擇的主要參數(shù)、因素：,通道數(shù)目：,轉(zhuǎn)換精度：,轉(zhuǎn)換速度：,參考電壓：,3.2,傳感器,一、傳感器特性,傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信

6、號的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。,傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成。,1),、敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分，即將被測量通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的非電量或其它量。,2,）、轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。,3,）、測量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測電量，以便進行顯示、記錄、控制和處理的部分。,2024/12/10,8,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標,1,靈敏度,靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量和輸入量之比，或輸出量的增量和輸入量的增量之比，用表示為,dY/dX,2

7、,分辨率,傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨率。,3,測量范圍和量程,在允許誤差限內(nèi)，被測量值的下限到上限之間的范圍稱為測量范圍。,4,線性度（非線性誤差）,在規(guī)定條件下，傳感器校準曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差。,2024/12/10,9,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),5,遲滯,遲滯是指在相同的工作條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。,6,重復(fù)性,重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。,7,零漂和溫漂,傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸入值偏離原示值

8、的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。而溫度每升高,1,，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。,2024/12/10,10,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),二、發(fā)動機常用傳感器工作機理,1,磁電效應(yīng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，,N,匝線圈在磁場中運動，切割磁力線（或線圈所在磁場的磁通變化）時，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過線圈的磁通的變化率，,2024/12/10,11,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),直線移動式磁電傳感器,直線移動式磁電傳感器由永久磁鐵、線圈和傳感器殼體等組成當殼體隨被測振動體一起振動且在振動頻率遠大于傳感器的固有頻率時，由于彈簧較軟，運動件質(zhì)量相對較大，運動件來不及隨振動體一起振動（

9、靜止不動）。此時，磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近振動體的振動速度。,2024/12/10,12,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),轉(zhuǎn)動式磁電傳感器,軟鐵、線圈和永久磁鐵固定不動。由導磁材料制成的測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，每轉(zhuǎn)過一個齒，測量齒輪與軟鐵之間構(gòu)成的磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次。線圈中感應(yīng)電動勢的變化頻率（脈沖數(shù)）等于測量齒輪上的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。,2024/12/10,13,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),二、霍耳式傳感器,1,霍耳效應(yīng),半導體或金屬薄片置于磁場中，當有電流（與磁場垂直的薄片平面方向）流過時，在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。,2024/12/10,14,現(xiàn)代汽車

10、電子技術(shù),2024/12/10,15,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2,霍耳元件,目前常用的霍耳材料鍺（,Ge,）、硅（,Si,）、銻化銦（,InSb,）、砷化銦（,InAs,）等。,N,型鍺容易加工制造，霍耳系數(shù)、溫度性能、線性度較好；,P,型硅的線性度最好，霍耳系數(shù)、溫度性能同,N,型鍺，但電子遷移率較低，帶負載能力較差，通常不作單個霍耳元件。,2024/12/10,16,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),三、壓電式傳感器,1,壓電效應(yīng),對某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場，電介質(zhì)會在一定方向上產(chǎn)生機械變形

11、或機械壓力，當外電場去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。,2024/12/10,17,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2,壓電元件,壓電式傳感器是物性型的、發(fā)電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（,SiO,2,）和人工合成的壓電陶瓷。,壓電陶瓷的壓電常數(shù)是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。,2024/12/10,18,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),四、光電式傳感器,1,光電效應(yīng),當光線照射物體時，可看作一串具有能量,E,的光子轟擊物體，如果光子的能量足夠大，物質(zhì)內(nèi)部電子吸收光子能量后，擺脫內(nèi)部力的約束，發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。,1,）在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)，如光電管

12、、光電倍增管等。,2,）在光線作用下，物體的電阻率改變的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。,3,）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象，稱為光生伏特現(xiàn)象，如光電池（屬于對感光面入射光點位置敏感的器件）等。,2024/12/10,19,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2,光敏電阻,光敏電阻受到光線照射時，電子遷移，產(chǎn)生電子,空穴對，使電阻率變小。光照越強，阻值越低。入射光線消失，電子,空穴對恢復(fù)，電阻值逐漸恢復(fù)原值。,3,光敏管,光敏管（光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）屬于半導體器件。,2024/12/10,20,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),4,電致發(fā)光,固體發(fā)光材料在

13、電場激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象稱為電致發(fā)光。電致發(fā)光是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的過程。發(fā)光二極管,(,LED,),是以特殊材料摻雜制成的半導體電致發(fā)光器件。當其,PN,結(jié)正向偏置時，由于電子,空穴復(fù)合時產(chǎn)生過剩能量，該能量以光子形式放出而發(fā)光。,2024/12/10,21,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),五、熱電式傳感器,1,熱電效應(yīng),將兩種不同性質(zhì)的金屬導體,A,、,B,接成一個閉合回路，如果兩接合點溫度不相等（,T0T,），則在兩導體間產(chǎn)生電動勢，并且回路中有一定大小的電流存在，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。,2024/12/10,22,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),2,熱電阻傳感器,熱電阻材料通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵

14、等,3,熱敏電阻傳感器,熱敏電阻用半導體制成，與金屬熱電阻相比有以下特點：,1,）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；,2,）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于點測量；,3,）電阻率高，且適合動態(tài)測量；,4,）阻值與溫度變化的關(guān)系是非線性的；,5,）穩(wěn)定性較差。,2024/12/10,23,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),第二節(jié) 空氣流量計,一、葉片式空氣流量計,空氣流量計的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；但進氣阻力大，響應(yīng)較慢且體積較大,2024/12/10,24,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),二、卡門旋渦式空氣流量計,所謂卡門旋渦，是指在流體中放置一個圓柱狀或三角狀物體時，在這一物體的下游就會產(chǎn)生的兩列旋轉(zhuǎn)方向相反，并交替出現(xiàn)的旋渦,2024/12

15、/10,25,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),光學式卡門旋渦空氣流量計,在產(chǎn)生卡門旋渦的過程中，旋渦發(fā)生器兩側(cè)的空氣壓力會發(fā)生變化，通過導孔作用在金屬箔上，從而使其振動，發(fā)光二極管的光照在振動的金屬箔上時，光敏三極管接收到的金屬箔上的反射光是被旋渦調(diào)制的光，其輸出經(jīng)解調(diào)得到代表空氣流量的頻率信號。,2024/12/10,26,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),超聲波式卡門旋渦空氣流量計,在卡門渦流發(fā)生器下游管路兩側(cè)相對安裝超聲波發(fā)射探頭和接收探頭。因卡門渦流對空氣密度的影響，就會使超聲波從發(fā)射探頭到接收探頭的時間較無旋渦變晚而產(chǎn)生相位差。對此相位信號進行處理，就可得到旋渦脈沖信號，,2024/12/10,27,現(xiàn)代汽車電子

16、技術(shù),三、熱線式空氣流量計,1,工作原理,當無空氣流動時，電橋處于平衡狀態(tài)，控制電路輸出某一加熱電流至熱線電阻,R,H,；當有空氣流動時，由于,R,H,的熱量被空氣吸收而變冷，其電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，如果保持熱線電阻與吸入空氣的溫差不變并為一定值，就必須增加流過熱線電阻的電流,I,H,。因此，熱線電流,就是空氣質(zhì)量流量的函數(shù)。,2024/12/10,28,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),四、熱膜式空氣流量計,膜式空氣流量計的工作原理與熱線式空氣流量計類似，都是用惠斯登電橋工作的。所不同的是：熱膜式不使用白金絲作為熱線，而是將熱線電阻、補償電阻及橋路電阻用厚膜工藝制作在同一陶瓷基片上構(gòu)成的。,2024/12/10,29,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),第三節(jié) 壓力傳感器,半導體應(yīng)變式進氣壓力傳感器是利用壓阻效應(yīng)原理工作的。,2024/12/10,30,現(xiàn)代汽車電子技術(shù),第四節(jié) 節(jié)氣門位置傳感器,一、開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器,傳感器由與節(jié)氣門軸聯(lián)動的凸輪、動觸點、怠速觸點、滿負荷觸點等組成。動觸點接微機電源，當節(jié)氣門全關(guān)閉時，怠速觸點與動觸點接通；當節(jié)氣門開度達,50%,以上時，滿負荷觸點與動觸點接通；而當節(jié)氣