一種簡單的汽車電控系統設計

劉明輝 林禹銘 李建東 石朋杰 趙凱

一、設計背景

1.1汽車電控系統設計背景

（1）汽車電控系統簡介。汽車電控系統技術是現代高科技迅速發展背景下的產物。隨著科學技術的發展，現如今，它涉及機械設計、材料工程、電子技術、控制技術、傳感器技術以及計算機技術等多個學科技術領域。伴隨著這些科學領域技術的不斷發展以及人們對汽車性能需求的不斷提高，現代的汽車正在不斷地向著電子化、智能化方向發展。目前汽車的電控程度以及智能化程度，已經成為了判斷一個國家汽車研發能力、生產力水平以及汽車產品性能的重要指標。

（2）汽車傳感器發展簡介。汽車傳感器是汽車電子控制系統中廣泛使用的部件，它可以采集環境中的各種信號，并將其轉換成電信號在汽車中顯示。現在汽車上不僅有用來測定各種流體溫度和壓力的傳感器;還有用來確定各部分速度和位置的傳感器;也有用于測量發動機負荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器等等。這些新型傳感器的應用極大地提高了汽車的智能化水平。為了進一步提高汽車的安全性能，增加汽車的舒適性，未來的汽車也必向著更加智能化的方向不斷的發展，汽車傳感器的應用也會更加的廣泛。

1.2設計意義

在如今，汽車電控技術發展的一個重要標志就是越來越多的汽車部件采用電子技術控制。而汽車相應部件采用電子式控制，就離不開傳感器的應用。在目前的汽車電控系統中，需要使用多種傳感器，去感知汽車自身及所處環境的相關信息，因此傳感器檢測系統就成為了汽車電控系統必不可少的部分。這些傳感器具有測量車輪轉速、水溫、油溫、氣體密度、干濕度、壓力、液位以及距離等功能，它們發揮著各自的作用，保證汽車的安全運行。一旦某個傳感器失靈，對應的裝置就會不正常運行甚至不工作，這對人們的生命財產安全構成了嚴重的威脅。因此，設計好相應的傳感器及其測量電路，不僅關系著汽車的操控性能、安全性能等方面的正常運行，同時在促進汽車電控系統提高控制精度，往更加智能化、網絡化的方面發展起著至關重要的作用。

二、設計方案

2.1方案比較選擇

（一）輪速檢測系統：

遇到緊急情況，迫使汽車減速而發生的汽車重大事故，大都是由于汽車制動距離過長或制動發生側翻等導致的。好的汽車ABS系統能夠有效地防止車輪出現抱死的現象。為了提高駕駛的安全性能，這就需要測量精度高的輪速傳感器來為它提供準確的車輪轉速，所以在車輪的轉速檢測系統中采用霍爾式轉速傳感器以保證測得的數字更加精確。并且采用補償和保護措施后霍爾傳感器的工作范圍可達-55℃～150℃。

（二）液位檢測系統：

在汽車的使用中，對于水箱、油箱的水位、油位的檢測是十分必要的。尤其是汽車的水箱水量，如果水量缺少時，汽車就不能有效地給發動機降溫，從而對發動機造成嚴重的損壞，所以這就要求所選用的傳感器靈敏度高，精度較高。并且在燃油以及水箱內工作空間有限，環境溫度也高，要選用結構輕小，耐高溫、耐振動的傳感器。綜合上述的條件我們選用電容式傳感器，并采取一定的補償措施，減小它的非線性誤差。

（三）車內溫度檢測系統：

與傳統的熱敏電阻溫度傳感器不同，數字溫度傳感器能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式，可以分別在93.75ms 和750ms 內將溫度值轉化9位和12位的數字量。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠等特點，并且內含寄生電源。經比較我們采用數字溫度傳感器。

（四）汽車防撞檢測系統：

隨著我國汽車工業水平的持續提升，在公路通行的車輛變得更多，再加上現代生活節奏日益提速，汽車事故呈現多發、突發的態勢，尤其是在大雨、大霧、沙塵暴等惡劣的環境下，很容易使汽車刮擦、碰撞。并且本人設計的防撞系統主要應用于，駕駛員視野盲區的近距離防撞，所以我們選用對雨、雪、霧的穿透力較強、測量距離較近的超聲波傳感器。

三、設計內容

3.1電控系統結構及原理

電控系統總體框圖

本次設計的汽車電控系統主要是由檢測裝置、信號處理裝置、控制部件、輸出裝置組成，其中檢測裝置主要由外部的環境信息、傳感器以及檢測組成，主要是獲取和輸出傳感器信號;信號處理裝置主要包括信號放大電路、低通濾波電路和A/D轉換器，它的作用將上一步獲取的傳感器原始信號進行放大、降噪處理并將測得的模擬信號轉換為數字信號，使處理過的電信號能夠驅動控制部件，輸出相應的動作信息;控制部件主要就是通過單片機進行輸出相應信息控制輸出裝置;輸出裝置包括液晶顯示，指示燈警告，以及蜂鳴器報警裝置。液晶顯示主要顯示車輪轉速、油位、水位、車內溫度信息;當汽車油量或水量較少時，相應的指示燈就會亮起，來提醒駕駛人員添加;當汽車靠近障礙物時，蜂鳴器就會報警，提醒駕駛人員躲避。

3.2誤差分析及解決

3.2.1誤差產生原因

傳感器在使用時存在一定誤差，產生的原因包括環境因素的影響和自身性質的影響，比如霍爾傳感器的不等位效應、電容式傳感器的邊緣效應;除此之外它們還受環境溫度的影響，比如超聲波傳感器，音速在不同的溫度下傳播的速度也不同。這些因素都是引起誤差的原因。

3.2.2誤差解決辦法分析

對于霍爾傳感器的不等位效應，我們可以根據下圖2霍爾元件的等效電路中A、B點電位的高低，判斷應在某一橋臂上并聯一定大小的電阻，從而使電橋達到平衡，消除不等位電勢。如下為補償電路：

對于電容式傳感器的邊緣效應，我們可以盡可能的減小極板間距、基板厚度來減小電容傳感器的邊緣效應。對于超聲波傳感器，在常溫下，超聲波的傳播速度為，但聲音的傳播速度易受溫度的影響。如下表例舉了一些溫度下，聲音的傳播速度。

一般溫度每升高1℃，聲音的傳播速度增加約0.6。通過實驗可獲得波速與溫度之間的經驗模型： 。T為現場溫度，可以通過本系統的溫度傳感器測得，帶入式中可計算出實際波速V，從而進行溫度補償，減小誤差。

四、結論

本次設計的汽車電控系統主要包括汽車車輪轉速，水箱、油箱液位，車內溫度以及汽車防撞的檢測。該系統采用單片機作為作為系統的芯片，并且具有顯示電路，可以把測得的結果實時顯示出來，系統硬件設備結構簡單合理，智能化程度高。