传感器信号的处理

信号处1 在ECU的设计中，传感器信号处理方法？传感器输出信号可以分为模拟量和数字量，其处理方法都是以运算放大器为基础的。以运放为基础的放大、滤波、积分和微分等处理，是ECU输入通道的主要处理手段

2 汽车电子系统执行器的驱动方法？

3 需要了解一些什么类型的元器件就可以动手搭建简单的电子系统？

4 重点：运放和MOSFET的使用。

理的预备知识:理想运放的特点？1 理想运放的性质：

“虚短”、“虚断”

开环差模增益无穷大；差模输入电阻：?；输出电阻：0；共模抑制比：?；上限截止频率：?；温漂为0,内部没有噪声。

1 比例电路(同相)

uo(t)=(1+R2/R3) ui(t)

Uo(s)= (1+R2/R3)Ui(s)2 比例电路(反相）Uo(s)= (-R1/R2) Ui(s)信号积分积分很容易饱和，所以目前一般采用数字积分，即微处理器将信号采集后再积分，优点是具有灵活的处滤波的作用：

（1）提高信号的信噪比；

（2）提高控制系统的抗干扰能力；

滤波的种类：带通、低通和高通，带阻；

有源和无源；（1）无源RC滤波缺点：R较大时输出电阻太大.2有源RC滤波:优点：输入电流小；可调幅；输出能力强

3带数字接口的有源滤波器优点：可以实现复杂的滤波功能；可以由微控制器实时修改滤波参数；

缺点：代价较高，电路复杂。用处：用于特殊的滤波器设计。举例：MAX270

RLC；RC滤波；

理方法和手段。

§2.1.6 模拟信号保护处理

◎限制差模幅值,限制共模幅值,限制输出幅值;防止电源反接

MOSFET驱动 N沟道耗尽型 N沟道增强型 P沟道耗尽型 p沟道增强型

为了加大通过的电流和降低内阻，提高散热能力，MOSFET可设计成V型或者梯形

漏极和源极最大电压为150V，超过150V时，片内的齐纳二极管被击穿，导通电阻很小，若此时电压降至零，则齐纳二极管可以恢复关断。在VGS>导通电压后，漏极和源极中间的电阻为0.042欧姆。

在持续工作的条件下：DS持续导通，最大的电流可以达到43A。]

低边驱动

型电路：如图所示的电路中，MOSFET IRF520N

被用来控制感性负载L1的导通和关断。由于S极

（源极）接地，因此只要在G极（栅极）加上一个

大于4V、小于15V的电压就可使IRF520N处于

完全导通状态。VGS＝12V，VD＝0V

VS＝0；VL1＝Vbat

（二）高边驱动（High Side Driver）典型电路：

如右图所示，注意和低边驱动的对比图。

此时D极（漏极）直接结电源，而S极

源极）接执行器的高端。通过对比低边和高边驱动

可以看出，高边驱动的难度较高，因为栅极和源极

之间的电压是变化的。在MOSFET导通的瞬间，

栅极电压要从12V迅速上升到Vbat＋12V，需要

有专门的自举电路提升该电压。

这种栅极浮动驱动的技术在很多的执行器控制中

被用到，也已经形成了专门的高边驱动接口电路。

半桥驱动（Half Bridge Driver）把高边驱动和

低边驱动结合起来，就可以得到如图所示

的半桥驱动电路。(VG＝Vbat+12v，

VD＝Vbat,VS＝Vbat, VL1＝Vbat)

全桥驱动（Full Bridge Driver）

MOSFET参数的选择MOSFET的应用举例:电动进排气门耐压值；最大电流；内阻的大小；开关速度；封装/散热要求成本

777777777 汽车电子控制系统基本结构都是由

传感器（传感软件）与开关信号、电控单元ECU和、

执行器（执行原件）三个部分组成

注意：安全保护 散热问题 电磁干扰问题

最小系统

MCU的选择和注意事项

选择的原则：成熟的且先进的应考虑的因素：工作温度应力ESD

2 电源设计按供电电源的原理分：

线性电源：调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。

开关电源：调整管工作是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。

BUCK型是降压型的DC-DC,而BOOST是升压式的DC-DC. BUCK型的基本原理: 电源通过一个电感给负载供电,同时电感储存一部分能量,然后将电源断开，只由电感给负载供电.如此周期性的工作，通过调节电源接通的相对时间，来实现输出电压的调节。 BOOST型的基本原理: 电源先给电感储能，然后，将储了能的电感，当作电源,与原来的电源串联，从而提高输出电压.如此周期性的重复.

buck开关电源

Boost开关电源 精密电源主要用于传感器电源。

传感器电源的精度直接影响到传感器所采集的信号的精度，也直接影响到整个控制系统的精度。因此设计一个高精度传感器电源

时钟设计

单片机的时钟可由两种方式产生：

内部：

利用芯片内部振荡电路，在XTAL1和XTAL2之间接晶振和电容。

外部：

可把XTAL1接地， XTAL2接外部时钟源。

复位电路 功能：

复位有效后，单片机启动一内部复位序列，进入到预先指定的默认状态。

复位分为：手动复位和自动复位

最简单的复位系统：

电压监控的复位电路又叫电源监控电路监控电路必须具备如下功能：

上电复位，保障上电时能正确地启动系统；

掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统；

八、 1、车速传感器’1、车速传感器

车速传感器通过检测变速器输出轴转速，向电子控制器提供汽车行驶速度电信号。

车速传感器信号在自动变速器、悬架、巡航、点火、燃油喷射等电子控制系统中是重要控制参数或辅助控制参数。

按产生信号的原理不同分，车速传感器有磁感应式、光电式、霍尔效应式、舌簧开关式、磁阻式等多种类型，其中磁感应式、光电式、霍尔效应式等车速传感器其组成及工作原理与同类别的发动机转速/曲轴位置传感器相同，但车速传感器轴由变速器输出轴通过齿轮驱动或直接用变速器输出轴上某一齿轮为信号触发齿轮2、车轮转速传感器‘车速/车轮转速传感器车轮转速传感器向电子控制器提供反映车轮转速电信号，在防抱死制动控制(ABS）系统和驱动防滑转控制(ASR）系统中，电子控制器根据此信号计算车轮角加速度或滑移率、滑转率，并据此参数实现车轮防抱死、防滑转控制。

车轮转速传感器多为磁感应式，其基本组成与工作原理参见磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器，传感器的信号触发齿轮或齿圈一般安装在轮毂上。

九、车身位移传感器（车身高度传感器）车身位移传感器用于监测车身相对于车桥的位移，电子控制器根据车身位移传感器输入的信号可计算得到车身的位移和振动参数。光电式车身位移传感器具有结构简单、定位准确等优点，因此在汽车上被广泛使用。

1、光电式位移传感器的原理

（1)光电信号产生原理 2)车身高度与振动情况的确定

通过连接杆，将车身的移动变成遮光转子的转动。比如某一车身位移传感器在车身高度变化范围内有16组信号输出，每一组信号都代表某一车身的位置，于是电子控制器根据传感器输入的一组信号就得到了车身位移信息。

电子控制器根据信号的变化情况，得到了车身高度变化的幅度和振动的频率，可判断车身的振动情况；控制器根据一段时间(一般为lms，)内车身高度在某一区间的频率来判断车身的高度。

2、光电式车身位移传感器的结构

传感器固定在车身上，传感器通过连接杆与悬架臂（或车桥）连接。当车身的高度发生变化时，拉杆就会推动连接杆摆动，并通过传感器遮光转子轴使遮光转子转动，从而使传感器输出随车身高度变化的信号。

十、转向盘转角传感器2转向盘转角传感器监测转向盘转动的角度和转动方向。转向盘转角传感器主要有光电式和磁电式两种，目前汽车使用较多的是光电式转向盘转角传感器

1、光电式转向盘转角传感器

传感器的遮光盘上有尺寸相同且均布的透光槽，当转向盘转动而带动遮光盘转动时，两对光电耦合器便产生脉冲电压。电子控制器根据传感器输出的脉冲个数就可判断转向盘转过的角度。

、磁电式转向盘转角传感器

磁电式转向盘转角传感器的组成与原理如图所示。

当转向盘转动时，通过转向轴带动齿盘转动，齿盘的齿和齿隙交替通过铁心，使感应线圈产生交变的感应电动势。

此电动势经传感器的信号处理电路的放大、整流及整形后向电子控制器输出。电子控制器根据传感器输入的脉冲数确定转向盘的转动角度，根据A信号在下降沿时，B信号的高、低电平判断转向盘转动的方向。

电子控制系统的名称 包括的传感器名称

汽油机电子控制系统 进气歧管绝对压力、冷却水温、大气压力、大气温度、节气门开度、燃油温度、曲轴位置、凸轮轴位置、空气流量、空调开关、 巡航控制开关、爆震传感器和氧传感器等； 、

、车载传感器的集成度划分感知——传送——处理——采集

汽车悬架的作用 电控悬架由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成0. 被动悬架

1. 主动悬架

根据载荷、车速、路面等条件的变化，自动调节弹簧刚度、减振器阻尼、车身高度。按弹簧的种类又可分为空气弹簧主动悬架和油气弹簧主动悬架。

2. 半主动悬架

悬架系统中只有弹簧刚度或减振器阻尼之一可以调节。

汽车悬架是指连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的一系列传力装置。

1） 承载即承受汽车各方向的载荷，

这些载荷包括垂直方向、纵向和

侧向的各种力。

（2） 传递动力即将车轮与路面间产生

的驱动力和制动力传递给车身，

使汽车向前行驶、减速或停车。

（3） 缓冲即缓和汽车和路面状况等引

起的各种振动和冲击，以提高乘

员乘坐的舒适性。

汽车悬架的分类

目前，汽车的悬架系统通常分为传统被动式、半主动式、主动式三类。

主动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统中附加一个可控制作用力的装置。

主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、启动、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力及车身高度等。

在现代中、高档汽车上很少采用普通的减振器，转而采用电控半主动悬架或电控主动悬架，以提高汽车的综合性能。

半主动悬架采用了手动控制方式，由驾驶员根据路面状况和汽车的行驶条件，手动控制相关的动作，对减振器的阻尼力进行变换。

如果当减振器的阻尼力被调整为“硬” 时，还可增强汽车在转弯或在不平道路上行驶时抗侧倾的能力，提高汽车操纵的稳定性。如果当减振器的阻尼力被调整为“软”时，使汽车行驶时的上下颠簸幅度减少，提高汽车乘坐的舒适性这种悬架系统，可以通过驾驶员根据汽车行驶的路面状况，借助挡位转换开关来控制悬架的特性参数变化。悬架系统性能控制的特性参数包括：减振器的阻尼力、横向稳定杆的刚度。

其控制方式有机械式和电子控制式两种。电控半主动悬架的一般工作原理是：利用传感器把汽车行驶时路面的状况和车身的状态进行检测，检测到的信号经输入接口电路处理后，传输给计算机进行处理，再通过驱动电路控制悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。

阻尼力的调节 所谓阻尼力的调节就是根据汽车负荷、行驶路面的条件和汽车行驶状态(加速、减速、制动或转弯等)来控制减振器的阻尼力，使汽车在整个行驶状态下，减振阻尼力在二段(软、硬)或三段(软、中等、硬)之间变换

这种阻尼力的特性是：

硬(hard)——减振器的阻尼力较大，减振能力强，使汽车好像具有跑车的优良操纵稳定性。中等(normal)——适合用于汽车高速

行驶。软(soft)——减振器的阻尼力较小，减振能力较弱，可充分发挥弹性元件的缓冲作用，使汽车具有高级旅游车的舒适性。

可调节阻尼力的减振器的基本工作原理： 当ECU促使执行器工作时，通过控制杆带动回转阀相对活塞杆转动，使回转阀与活塞杆上的油孔连通或切断，从而增加或减小油液的流通面积，使油液的流动阻力改变，达到调节减振器阻尼力的目的。减振器的阻尼力与汽车的行驶状态和路面状况的配置情况

减振器阻尼力

自动、标准 自动、运动

一般情况下 软 中等

汽车急加速、急转弯或紧急制动 硬 硬

高速行驶 中等 中等

执行器

ABS和ASR的比较：相同点：

　1. ABS和ASR都是通过控制作用于被控制车轮的力矩，而将车轮的滑动率控制在设定的理想范围之内，从而缩短汽车制动距离或提高汽车的加速性能。

2. ABS和ASR 都要求系统具有快速的反应能力，以适应车轮附着力的变化；都要求控制偏差量尽可能达到最小；都要求尽量减少调节过程中的能量消耗。

不同点：

　1. ABS对驱动和非驱动车轮都可进行控制，而ASR只对 驱动车轮进行控制。

　2. 在ABS控制期间，离合器通常处于分离状态（手动变速），发动机也处于怠速运转，而在ASR控制期间，离合器处于接合状态，发动机的惯性对ASR控制有较大影响。

3.在ABS控制期间，汽车传动系的振动较小，在ASR控制期间，很容易使传动系统产生较大的振动。

4.在ABS控制期间，各车轮之间的相互影响不大，而在ASR控制期间，由于差速器的作用会使驱动车轮之间产生较大的互相影响。

5. ABS只是一个反应时间近似一定的制动控制单环系统，而ASR却是由反应时间不同的制动控制和发动机控制等组成的多环系统。

自动变速器的特点：

与手动变速器相比，自动变速器具有下列特点：

优点：

①自动变速，连续变扭，换档时动力不中断，

②路况适应性，操纵方便，安全舒适 ，

③动载荷小，机件寿命长。

缺点：

结构复杂，价格高，油耗高，维修难 1.有级式自动变速器：又称电控机构式自动变速器AMT。

2.无级式自动变速器：如液力式.电力式，金属带式CVT。

3.综合式自动变速器：一般指液力机械式自动变速器AT。AT的组成：1 液力变矩器 2 齿轮变速器3 液压控制装置 4 电子控制装置 5 壳体

AT的类型1）液压控制式（液压式）将决定变速器档位的汽车运行参数转变成液压信号，利用液压控制原理实现对变速器档位的控制。（2）电子液压控制式（电液式）将决定变速器档位的汽车运行参数转变成电压信号，利用电子控制原理和液压控制原理实现对变速器档位的控制。

传感器信号的处理