【正文】 控節(jié)溫器、電控導(dǎo)風(fēng)板、微控制機(jī)構(gòu)組成。第四章 智能冷卻系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、組成及原理 設(shè)計(jì)要求由于汽車行駛過程中會遇到許多復(fù)雜的路況，這就決定了冷卻系統(tǒng)要滿足在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定工作的要求。 速度測試與校準(zhǔn)數(shù)據(jù) 周長CT=60 sVV’k6221246249448184 結(jié)論該系統(tǒng)采用霍爾傳感器作為脈沖發(fā)生器，具有成本低、性能好、構(gòu)造簡單、在機(jī)車處于惡劣的環(huán)境系統(tǒng)中具有很強(qiáng)的抗干擾能力。通過軟件編程可實(shí)現(xiàn)對4種周長車輪的測試，分別為：6 cm、12 cm、24 cm和48 cm。由此可知，測得脈沖頻率f也就測得了轉(zhuǎn)速n。鑲嵌磁鐵的圓盤旋轉(zhuǎn)時，磁鐵交替導(dǎo)通霍爾傳感器，使霍爾傳感器輸出脈沖信號，且頻率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，采用1s時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)作為頻率，即為測頻法。 霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 檢測原理對于脈沖頻率的測量，有測周法和測頻法。具有很寬的測量范圍，抗干擾能力強(qiáng)，在車輪轉(zhuǎn)速很低時，仍具有較高的測量精度。若外加磁場的B值降到Brp(釋放點(diǎn))時，輸出管截止，輸出高電平。在外磁場作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閾值Bop(工作點(diǎn))時，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平。 霍爾傳感器件本設(shè)計(jì)選用的A3144EU型霍爾傳感器，是一種磁電信號轉(zhuǎn)換器件，由穩(wěn)壓器、霍爾片、帶溫度補(bǔ)償?shù)牟罘址糯笃?、施密特觸發(fā)器和輸出極組成。光電編碼器和霍爾傳感器都不怕灰塵和油污，且都廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。將光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，可產(chǎn)生脈沖信號。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，并將脈沖送入微處理器中進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。反之，當(dāng)水溫升高到一定值時，ECU使噴油量減少。反之冷卻水溫度越低，其電阻值越大。水溫傳感器探頭上裝有非常敏感的負(fù)溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻。水溫傳感器通常安裝在發(fā)動機(jī)缸體(或缸蓋)的冷卻水通道上，以便準(zhǔn)確檢測水溫的變化。ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度信號修正噴油時間和點(diǎn)火時間，從而使發(fā)動機(jī)工況處于最佳狀態(tài)運(yùn)行。 水溫傳感器CTS冷卻液溫度(水溫)傳感器CTS，又稱為水溫傳感器，安裝在發(fā)動機(jī)冷卻液出水管上，其功用是檢測發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度，并將溫度信號變換為電信號傳送給ECU。因此，進(jìn)氣溫度的信號便從空氣流量傳感器接線端子“THA”處輸出。在采用葉板式或渦流式空氣流量傳感器的電控系統(tǒng)(L型電噴系統(tǒng))中，由于吸入空氣溫度的變化會引起空氣密度發(fā)生變化，因此需要進(jìn)氣溫度傳感器和空氣流量傳感器配合使用，以便于進(jìn)氣量的準(zhǔn)確檢測。在D型電噴系統(tǒng)中(是靠進(jìn)氣壓力的變化對進(jìn)氣量進(jìn)行檢測)，進(jìn)氣溫度傳感器無論安裝或信號輸出都是獨(dú)立的，它通常安裝在空氣濾清器的殼體或進(jìn)氣管內(nèi)，與控制電腦ECU 有兩個接線端子。傳感器中裝有用半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻。如果進(jìn)氣溫度傳感器信號中斷，就會導(dǎo)致熱起動困難、廢氣排放量增大。進(jìn)氣溫度信號是各種控制功能的修正信號。℃。AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源。常用熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)NTC型和正溫度系數(shù)PTC型兩種。由于熱敏電阻式溫度傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)特性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的突出優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車電子控制系統(tǒng)中廣泛采用。反之， 當(dāng)進(jìn)氣溫度高(空氣密度小)時，ECU將控制噴油器減少噴油量。在采用歧管壓力式、翼片式、卡爾曼渦流式、量芯式空氣流量傳感器的燃油噴射系統(tǒng)中，由于空氣流量傳感器測定的空氣流量為體積流量，因此需要配裝進(jìn)氣溫度傳感器和大氣壓力傳感器來修正噴油量，使發(fā)動機(jī)自動適應(yīng)外部環(huán)境溫度(寒冷、高溫)和壓力(高原、平原)的變化。眾所周知，空氣質(zhì)量大小與進(jìn)氣溫度和大氣(進(jìn)氣)壓力高低有關(guān)。 溫度傳感器溫度是反映發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷狀態(tài)極為重要的參數(shù)。 測試結(jié)果將研制的熱線式空氣流量傳感器放在汽車上試驗(yàn)，將測試的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的BOSCH熱膜式空氣流量傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。針對熱線式空氣流量傳感器，采用了多項(xiàng)式近似線性法。 溫度補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果溫度(℃)有溫度補(bǔ)償輸出(V)無溫度補(bǔ)償輸出(V)20304050 熱線式空氣流量傳感器電路框圖恒溫控制電路主要是保持傳感探頭(熱線)溫度與環(huán)境溫度的溫差恒定:信號調(diào)節(jié)電路主要是對流量傳感器的檢測信號進(jìn)行放大和線性化處理。溫度補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果表明:熱線式空氣流量傳感器經(jīng)溫度補(bǔ)償后，大大減少了環(huán)境溫度對其輸出產(chǎn)生的影響。通過在不同環(huán)境溫度下熱線探頭熱耗散特性試驗(yàn)，確定使輸出電壓保持基本恒定的串聯(lián)電阻器和并聯(lián)電阻器。對于熱線式空氣流量傳感器來說，常用的溫度補(bǔ)償方法是將惠斯登電橋中與熱線斜對的電阻改成串聯(lián)并聯(lián)電路。由于在相同的空氣質(zhì)量流速下，環(huán)境溫度的變化會影響熱線的熱耗散率，進(jìn)而影響傳感器的輸出電壓，因而有必要對由于環(huán)境溫度變化而引起流量傳感器輸出信號變化的情況進(jìn)行修正，即溫度補(bǔ)償。此時集成運(yùn)算放大器會自動增加供給熱線的電流，使熱線恢復(fù)原來的工作溫度和電阻值，直至電橋恢復(fù)平衡。 熱線式空氣流量傳感器基本原理熱線式空氣流量傳感器是建立在熱平衡原理基礎(chǔ)上的。電子控制汽油噴射式發(fā)動機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度(空燃比)的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機(jī)的空氣量，作為電控單元(ECU) ，應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)的空氣流量傳感器大致可分為熱線式和熱膜式兩大類，由于熱線(膜)式質(zhì)量型空氣流量傳感器能直接測出空氣質(zhì)量流量，具有測量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)，因此，該兩種類型空氣流量傳感器已在現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)上廣泛應(yīng)用。總的來說，車用電子系統(tǒng)系是由各個電子控制單元所組成，不但具有自我操控能力，同時又有協(xié)調(diào)整合功能使車上各個子系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率。以本文研究的冷卻系統(tǒng)為例，為使發(fā)動機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，從運(yùn)用空氣流量傳感器量測冷卻汽缸體的空氣流量、壓力傳感器量測進(jìn)氣壓力開始，再根據(jù)冷卻水溫、汽缸體周圍空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)(運(yùn)用溫度傳感器)計(jì)算出冷卻液的動態(tài)流量，同時再通過節(jié)氣門位置傳感器檢測節(jié)氣門的開度，確定發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)而控制、調(diào)整冷卻系統(tǒng)大小循環(huán)，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，判斷發(fā)動機(jī)車速訊號，最終計(jì)算出并發(fā)出最佳冷卻效果工作狀態(tài)的指令。因此，電路及組件的微型化、模塊化是必然趨勢，從工程的角度來看，將傳感器組件微型化有其優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在幾乎所有車體上的機(jī)械結(jié)構(gòu)及組件都已受到電子設(shè)備掌控，但因?yàn)檐圀w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。作為電子技術(shù)的一個分支，傳感器技術(shù)也被廣泛的運(yùn)用到各個領(lǐng)域，如日常信息、通訊、汽車、醫(yī)療等外圍精密設(shè)備。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。當(dāng)冷卻水溫度較高時，就減小，熱應(yīng)力也隨之而減小。 低溫活塞環(huán)磨損實(shí)例 低溫氣缸磨損實(shí)例發(fā)動機(jī)運(yùn)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(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。實(shí)踐表明，冷卻水溫度愈低，磨損速度愈大。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(xì)小洞穴，進(jìn)而在摩擦作用下造成缸壁金屬脫落。在缸壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)腐蝕。當(dāng)氣缸壁溫度低于零點(diǎn)時，氣缸壁發(fā)生化學(xué)腐蝕。 高溫軸承磨損例 (1cP= 而當(dāng)發(fā)動機(jī)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(kuò)展造成粘著磨損。隨著溫度升高，腐蝕磨損也呈增大趨勢。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(biāo)準(zhǔn)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。潤滑油的粘度隨溫度變化的公式如下： （211）式中、 ——分別為潤滑油在壓力p與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1O1325Pa) 下溫度t與某標(biāo)準(zhǔn)溫度時的動力粘度，Pa發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱對圍繞發(fā)動機(jī)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(qiáng)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(yán)重時甚至發(fā)生故障，造成發(fā)動機(jī)報(bào)廢。 冷卻水溫度對發(fā)動機(jī)可靠性和使用壽命的影響適宜而穩(wěn)定的冷卻水溫度能保證發(fā)動機(jī)正常使用的可靠性，并能延長其使用壽命。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(jī)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(rèn)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(dá)式: (25)和熱效率表達(dá)式: (26)可以導(dǎo)出發(fā)動機(jī)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(jī)輸出功率增加，使發(fā)動機(jī)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(jī)有效功率的輸出。 冷卻散失的熱量是熱效率降低的原因之一，同時熱效率同發(fā)動機(jī)輸出功率之間具有一定的關(guān)系。從圖中可知，油溫在某一特定值tm時機(jī)械損失功率具有最小值Pm最小，高于tm時，由于機(jī)油粘度減小，油膜易破，導(dǎo)致潤滑不良，摩擦損失增加，嚴(yán)重時會損傷發(fā)動機(jī)零件。粘度大則機(jī)油內(nèi)摩擦力大，流動性差，使摩擦損失增加，但其承載能力強(qiáng)，易保持液體潤滑狀態(tài)；反之，機(jī)油粘度小，則流動性能好，消耗的摩擦功小，但承載能力差，油膜易破裂而失去潤滑。 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(jì)性提高，但冷卻水溫度過高，由于燃燒室和燃?xì)鉁囟壬?，使發(fā)動機(jī)充氣效率下降，各缸進(jìn)氣量減少，因而使燃燒過程延長或惡化，反而會使發(fā)動機(jī)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(jī)的正常工作。h。當(dāng)水溫和機(jī)油溫度同時由70℃提高到85℃和95℃時，在65℃、75℃、85℃時試驗(yàn)了冷卻水溫度改變時對其所帶走的總散熱量的影響。對于發(fā)動機(jī)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。 某車燃油經(jīng)濟(jì)性提高與出水溫度的關(guān)系冷卻水的溫度對氣缸壁面的溫度幾有很大影響，冷卻液溫度的變化將會導(dǎo)致氣缸壁面溫度成比例改變，錢蘭的研究表明壁面溫度對缸內(nèi)換熱特性具有影響，進(jìn)一步影響到混合氣的燃燒，因而提高冷卻介質(zhì)溫度能減少工質(zhì)傳給氣缸壁的熱量。顯示出了發(fā)動機(jī)冷卻水溫度對經(jīng)濟(jì)性的影響。其次，由于冷卻水溫度提高，在同樣負(fù)荷下，燃燒室內(nèi)壁溫度將有所提高，從而使壓縮終了溫度有所提高。在發(fā)動機(jī)工作過程中燃?xì)馔ㄟ^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(jì)算公式為： （21） （22）式中：q——熱流密度，K——傳熱系數(shù)，、——燃?xì)夂屠鋮s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?xì)馔ㄟ^壁面?zhèn)鹘o冷卻水的熱量與燃?xì)夂屠鋮s水兩者的溫差成正比，即當(dāng)燃?xì)夂屠鋮s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(jī)的熱能損失較大。通過水的循環(huán)運(yùn)動和散熱器的對流換熱作用帶走發(fā)動機(jī)工作中的熱量。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(jìn)行了展望。（2） 模塊化設(shè)計(jì)：控制系統(tǒng)整體采用模塊化設(shè)計(jì)，如單片機(jī)智能控制模塊、自動復(fù)位模塊、數(shù)據(jù)采集與信號調(diào)理模塊、習(xí)D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣便于擴(kuò)展，適用性強(qiáng)。信號采集時，可用兩個同類型傳感器進(jìn)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。論文目標(biāo)是研究出以溫度測控為主的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對冷卻水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣量的自動測量和自動控制。另外，還可根據(jù)汽車的行駛速度、發(fā)動機(jī)的冷卻水溫來綜合控制冷卻系統(tǒng)，從而達(dá)到降低油耗和提噶破發(fā)動機(jī)可靠性的效果。國內(nèi)郭新民等人對汽車智能化可控式冷卻系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行了研究，他們利用單片機(jī)開發(fā)出的智能冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇的多元聯(lián)合智能控制，單片機(jī)控制電路是基于AT89C51單片機(jī)開發(fā)的。Hoon Cho等人用電控冷卻水泵取代傳統(tǒng)機(jī)械零泵，利用試驗(yàn)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