【正文】 結(jié)構(gòu)及組件都已受到電子設(shè)備掌控，但因為車體內(nèi)可應(yīng)用空間過于狹隘，構(gòu)件系統(tǒng)空間更是受到限制。第三章 車用傳感器 引言隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域電子化、信息化的發(fā)展時代。 低溫活塞環(huán)磨損實例 低溫氣缸磨損實例發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，氣缸蓋和氣缸壁面內(nèi)外兩側(cè)存在較大的溫差，由于內(nèi)壁的溫度高，所以內(nèi)壁的膨脹必然大于外壁，但內(nèi)壁的膨脹受到外壁的限制，故內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，而外壁產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，即所謂的熱應(yīng)力，在此應(yīng)力的作用下，氣缸容易發(fā)生扭曲變形，會出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，造成發(fā)動機的嚴重損壞。腐蝕沿著缸孔材料組織中的石墨發(fā)生，在氣缸上部形成疏松的細小洞穴，進而在摩擦作用下造成缸壁金屬脫落。當(dāng)氣缸壁溫度低于零點時，氣缸壁發(fā)生化學(xué)腐蝕。而當(dāng)發(fā)動機處于異常工況時，氣缸與活塞環(huán)之間的潤滑油膜遭到破壞，兩者有微小部分金屬面直接接觸，摩擦造成局部高溫，使之熔融粘著、撕脫，并逐步擴展造成粘著磨損。一般取b=~，k≈2；p——潤滑油所承受的表壓力(或稱相對壓力)，Pa；、t——潤滑油的某一標準溫度及在壓力p時的溫度，℃；從該式中可以看出，潤滑油的動力粘度與溫度t的二次方成反比，即隨著溫度的升高潤滑油的動力粘度急劇下降。發(fā)動機內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱對圍繞發(fā)動機燃燒室的各種零部件加熱，在冷卻狀態(tài)差時，燃燒室部分的氣缸蓋、分開式燃燒室、活塞、排氣門等處過分地受熱()，會使材料強度下降很大，造成磨損加大，影響該部分零件及周圍結(jié)構(gòu)的可靠性及使用壽命，嚴重時甚至發(fā)生故障，造成發(fā)動機報廢。由此可以得到在吸熱和放熱過程中，從高溫?zé)嵩次蘸蛡鹘o低溫?zé)嵩吹臒崃糠謩e為： （23） （24）式中：、分別為吸熱和放熱過程中的傳熱系數(shù)，在內(nèi)燃機循環(huán)分析中，常數(shù)=，分析中用h表示；、各為吸熱和放熱過程所經(jīng)歷的時間，若令一個循環(huán)的時間為t，則可認為=at，=bt，其中a，b均為小于1的常數(shù)；， 分別為高低溫?zé)嵩礈囟炔⑶矣? 由(23) 、(24) 及熱力學(xué)公式，根據(jù)輸出功率表達式: (25)和熱效率表達式: (26)可以導(dǎo)出發(fā)動機理論循環(huán)輸出功率P和熱效率為: (27) (28)由(27)、(28)消去后，得到輸出功率P與熱效率之間的函數(shù)關(guān)系式: (29)由式(29)可導(dǎo)出，當(dāng)a、b、h、為常數(shù)時，P有極大值 (210)此時由分析可以看出，熱效率增大能使發(fā)動機輸出功率增加，使發(fā)動機的動力性提高；冷卻散熱會使熱效率降低，所以適當(dāng)提高冷卻液溫度可以增加發(fā)動機有效功率的輸出。從圖中可知，油溫在某一特定值tm時機械損失功率具有最小值Pm最小，高于tm時，由于機油粘度減小，油膜易破，導(dǎo)致潤滑不良，摩擦損失增加，嚴重時會損傷發(fā)動機零件。 冷卻水溫度與燃油消耗率的關(guān)系由以上分析可以看出，較高的冷卻水溫使燃油的經(jīng)濟性提高，但冷卻水溫度過高，由于燃燒室和燃氣溫度升高，使發(fā)動機充氣效率下降，各缸進氣量減少，因而使燃燒過程延長或惡化，反而會使發(fā)動機功率下降，油耗增加，所以冷卻水要維持適宜的溫度以保證發(fā)動機的正常工作。當(dāng)水溫和機油溫度同時由70℃提高到85℃和95℃時，對于發(fā)動機性能的影響，從節(jié)約燃油消耗來看，顯然冷卻水溫度提高有利于降低燃油消耗率。顯示出了發(fā)動機冷卻水溫度對經(jīng)濟性的影響。在發(fā)動機工作過程中燃氣通過氣缸蓋壁、氣缸壁將熱量傳給冷卻水()，從傳熱學(xué)原理可知，其傳熱計算公式為： （21） （22）式中：q——熱流密度，K——傳熱系數(shù)，、——燃氣和冷卻液溫度，℃——材料導(dǎo)熱系數(shù)，——壁厚，m、——內(nèi)外壁面的溫度，℃ 熱量傳遞示意圖由公式(21)可以看出，燃氣通過壁面?zhèn)鹘o冷卻水的熱量與燃氣和冷卻水兩者的溫差成正比，即當(dāng)燃氣和冷卻液的溫差不大時，那么通過壁面損失的熱量就會減少:相反，則發(fā)動機的熱能損失較大。本文的最后一章對全文作了總結(jié)，并分析了課題中的一些不足之處，對今后的研究進行了展望。信號采集時，可用兩個同類型傳感器進行多次測量，剔除最高值和最低值，取平均值作為該次測量的取樣值。另外，還可根據(jù)汽車的行駛速度、發(fā)動機的冷卻水溫來綜合控制冷卻系統(tǒng)，從而達到降低油耗和提噶破發(fā)動機可靠性的效果。Hoon Cho等人用電控冷卻水泵取代傳統(tǒng)機械零泵，利用試驗和模擬對比分析發(fā)現(xiàn)，通過控制水泵轉(zhuǎn)速并提高電控水泵效率，功率消耗降低量超過87％，若將水泵轉(zhuǎn)速提高至最大值時，可降低散熱器尺寸超過27％，對提升發(fā)動機性能和燃料經(jīng)濟性潛力很大[3]。Elena Cortona等人開發(fā)出的電動冷卻系統(tǒng)中[2]，除了用電動冷卻水泵取代傳統(tǒng)機械冷卻水泵，同時還用電控智能節(jié)溫器取代傳統(tǒng)的節(jié)溫器，并開發(fā)出與這些電動部件相應(yīng)的優(yōu)化控制策略。但隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電控零部件技術(shù)成熟，冷卻系統(tǒng)的智能化和自動化成為可能。發(fā)動機的工作溫度更加穩(wěn)定、可靠，預(yù)熱時間明顯縮短，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)時間也減少，燃油消耗率降低，取得了良好的經(jīng)濟效益。2℃范圍。在智能控制式冷卻系統(tǒng)中，執(zhí)行器為冷卻水泵和節(jié)溫器，一般由電動水泵和液流控制閥組成，可根據(jù)要求調(diào)整冷卻量。從靈敏性、可靠性、以及發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性考慮出發(fā)，應(yīng)使節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇實現(xiàn)多元聯(lián)合控制，即將傳統(tǒng)的冷卻風(fēng)扇改為電控冷卻風(fēng)扇?，F(xiàn)在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計標準是解決滿負荷時的散熱問題，因而部分負荷時過大的散熱能力將導(dǎo)致發(fā)動機功率浪費。傳統(tǒng)的保溫簾是人為控制散熱器的通風(fēng)量。汽車最終將成為集信息化、電子化和智能化的應(yīng)用載體。電子控制元件具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、耗電量少、適應(yīng)性好、成本較低等優(yōu)點，用智能電控代替機械在控制上的改進成效顯著。汽車的技術(shù)性能已上了一個新的臺階，使其可靠性、動力性、經(jīng)濟性、安全性舒適性和環(huán)保性都有了很大提高。這樣，該系統(tǒng)的正常工作溫度范圍提高到95℃～105℃。所謂汽車發(fā)動機正常工作溫度范圍，對于不同的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有不同的規(guī)定。目前影響汽車冷卻系統(tǒng)的因素有：發(fā)動機內(nèi)部摩擦損失，冷卻系統(tǒng)消耗的功率，燃燒邊界條件，如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度。如果冷卻過強，汽油機混合氣形成不良，機油被燃油稀釋，柴油機工作粗暴，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會使內(nèi)燃機工作變壞。汽車冷卻系統(tǒng)智能控制研究畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 汽車冷卻系統(tǒng)的重要性 1 本課題提出的原因 1 汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)智能控制的研究意義 2 現(xiàn)代發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 課題研究的主要內(nèi)容 4第二章 冷卻系統(tǒng)對汽車性能的重要影響 6 引言 6 6 冷卻水溫度對發(fā)動機可靠性和使用壽命的影響 11第三章 車用傳感器 14 引言 14 車用熱線式空氣流量傳感器 14 熱線式空氣流量傳感器基本原理 15 熱線式空氣流量傳感器的溫度補償原理 15 測試結(jié)果 17 結(jié)論 18 溫度傳感器 18 進氣溫度傳感器IATS 19 水溫傳感器CTS 20 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 20 引言 20 霍爾傳感器件 21 檢測原理 21 車輪速度的測試與校準 22 結(jié)論 22第四章 智能冷卻系統(tǒng)軟硬件設(shè)計 23 智能系統(tǒng)設(shè)計要求、組成及原理 23 設(shè)計要求 23 系統(tǒng)組成 23 工作原理 23 系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 24 模數(shù)轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計 27 單片機的監(jiān)控及復(fù)位電路設(shè)計 30 單片機的電源設(shè)計 32 控制驅(qū)動電路 34 系統(tǒng)軟件設(shè)計 37 主程序設(shè)計 37 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計 38 步進電機驅(qū)動控制程序 39 直流電機轉(zhuǎn)速控制程序 40第五章 總結(jié)與展望 42 42 展望 43 課題展望 43 冷卻系統(tǒng)智能控制展望 43致謝 44參考文獻 45杭州電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第一章 緒論 課題研究的背景及意義 汽車冷卻系統(tǒng)的重要性汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是保障發(fā)動機正常穩(wěn)定運行的重要輔助系統(tǒng)。若發(fā)動機冷卻不足，由于氣缸充氣量減少和燃燒不正常發(fā)動機功率下降，且發(fā)動機零件也會因為潤滑不良而加速磨損。冷卻系統(tǒng)的主要作用便是保證發(fā)動機在正常的溫度范圍內(nèi)工作，并且冷卻系統(tǒng)的正常工作與否還關(guān)系著汽車的燃油經(jīng)濟性，發(fā)動機壽命及排放量等指標。 汽車發(fā)動機在工作中，由于受季節(jié)變化、天氣溫度變化、使用維護狀況、工作負荷的變化等因素的綜合影響，很容易出現(xiàn)冷卻水溫度偏離正常工作范圍的異?，F(xiàn)象?？蓪⒗鋮s水的沸點提高到110℃左右。近十幾年來，汽車工業(yè)最大的成績就是汽車電子信息化的普及應(yīng)用。各種越來越嚴格的法規(guī)迫使設(shè)計者開發(fā)新一代的汽車時，能使作為汽車“心臟”的發(fā)動機盡可能在最佳工況范圍內(nèi)工作，但是單純在機械上的改進與完善似乎效果不太明顯，這些改進使機構(gòu)變得更復(fù)雜，而且再次改進收效甚微。未來幾十年汽車市場的競爭就其本質(zhì)而言，是汽車電子化的競爭。傳統(tǒng)的節(jié)溫器控制冷卻液大小循環(huán)的路線，節(jié)流損失大，工作不可靠，工作效率低，不能根據(jù)發(fā)動機的散熱要求準確地調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱能力。智能控制式冷卻系統(tǒng)可彌補目前冷卻系統(tǒng)的不足。智能可控式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)一般包括傳感器、執(zhí)行器和電控模塊。它可以根據(jù)行車速度、大氣環(huán)境溫度、發(fā)動機冷卻水溫度的變化對冷卻系統(tǒng)的冷卻能力進行自動控制，以實現(xiàn)發(fā)動機快速預(yù)熱，大量減少發(fā)動機的傳熱損失和功率損失。穩(wěn)定狀態(tài)時，金屬溫度比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的高10℃，智能控制式冷卻系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)能力，可將冷卻溫度保持在設(shè)定點的177。作為汽車發(fā)動機重要組成部分之一的冷卻系統(tǒng)經(jīng)智能控制改造后，取得了良好的使用效果。目前，大部分發(fā)動機冷卻系統(tǒng)仍屬于傳統(tǒng)的被動系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動機和汽車的熱分布狀態(tài)。采用電子驅(qū)動及控制的冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器等部件，可以通過傳感器和計算機芯片跟據(jù)實際的發(fā)動機溫度控制運行，提供最佳的冷卻介質(zhì)流量，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)部件的智能化和可控化，同時降低能耗，提高效率。在相同的配置和冷卻要求下，電動水泵的能量消耗僅為機械水泵的16％，即使考慮到電能的轉(zhuǎn)換效率只有機械能效率的一半，整個冷卻系統(tǒng)的能量消耗仍可降低2／3左右，優(yōu)勢十分明顯。電控冷卻系統(tǒng)可以精確、自動地調(diào)節(jié)冷卻液的溫度，把發(fā)動機的工作溫度控制在最佳范圍，從前延長發(fā)動機的使用壽命，提高發(fā)動機的工作效率，降低發(fā)動機的故障率。課題研究的幾個關(guān)鍵性技術(shù)：（1） 信號的采集和處理：對發(fā)動機水溫、進氣量大小壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等信號參數(shù)的采集，非常重要，它們是智能控制實現(xiàn)的依據(jù)。智能控制系統(tǒng)不僅可以控制節(jié)溫器的閥門，同時還可以用于控制電控冷卻風(fēng)扇、電控導(dǎo)風(fēng)板等，只要增加不同的控制裝置，就可以有不同的用途。散熱狀況的好壞直接影響水溫的高低，對發(fā)動機的工作狀況有很重要的影響。溫度提高將改善燃油的汽化條件，能明顯縮短滯燃期，改善燃燒過程。前蘇聯(lián)實驗表明，冷卻水和潤滑油溫度每提高10℃，發(fā)動機有效效率可以提高315~410%。由圖可以明顯看出，隨著機油和冷卻水溫的提高，帶走的總熱量Qw逐漸減少。 冷卻介質(zhì)溫度對熱傳量的影響，可以看出，隨著冷卻水溫的提高，消耗單位體積的燃油汽車所行駛的距離也隨之增加，即提高了燃油的經(jīng)濟性。 與機油溫度之間的關(guān)系。應(yīng)用加拿大學(xué)者Curzon的有限時間熱力學(xué)理論分析發(fā)動機的動力性；以工質(zhì)的當(dāng)量溫度為Tcp的可逆等溫膨脹過程和工質(zhì)與高溫?zé)嵩撮g的傳熱過程來代替循環(huán)中的定容放熱過程。相反，發(fā)動機受熱不均勻，局部溫度異常升高，則會造成各種問題。s；k、b——分別為某種潤滑油所對應(yīng)的常數(shù)。冷卻系統(tǒng)水溫正常時，發(fā)動機工作狀態(tài)良好，氣缸壁與活塞環(huán)之間總存在一層潤滑油膜。s)不但過高的溫度有損發(fā)動機的使用壽命，溫度過低也影響發(fā)動機的使用壽命。在冷卻水溫低和低溫起動時，缸壁溫度低，這時水蒸氣會在缸壁上凝聚成水、及部分，極易與水分形成酸性物，酸性物侵蝕油膜后，會與缸壁發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，造成電化學(xué)腐蝕。水冷發(fā)動機的冷卻水溫度與活塞環(huán)磨損、。由此，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)應(yīng)保持適宜的溫度，在保證正常運轉(zhuǎn)的前提下應(yīng)盡量提高發(fā)動機冷卻水溫。其中又以汽車工業(yè)作為車用傳感器產(chǎn)品最為突出，一般使用在車上的傳感器是以行車計算機系統(tǒng)作為輸入裝置，它將汽車運行中各種工作狀況信息，包括車速、車況及各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機運轉(zhuǎn)工作狀況及路面信息等，轉(zhuǎn)化成電訊號輸給計算機，以便發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)、排放廢氣污染為最小，及車身穩(wěn)定控制使行車最安全，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的主要核心?，F(xiàn)代汽車上微機電技術(shù)發(fā)展的車用傳感器發(fā)展趨勢應(yīng)朝多功能化、模塊化、智能化