26571118_宝马车电子控制基础知识(三)经营与管理_Operation_＆Management

(接2021年第9期)

10.超声波传感器

超声波传感器用于测量距离。超声波传感器发出较短的超声波脉冲，环境中的物体反射超声波脉冲，超声波传感器接收反射脉冲。

如图34所示，超声波传感器将发射超声波脉冲与接收第一个反射回声之间的持续时间传输给控制单元，控制单元根据这个持续时间计算出至附近物体的距离。

(a)发送模式

图34 超声波传感器的工作机理

(1)发送模式

处于发射模式时，超声波传感器的作用相当于扬声器。所选择的超声波频率约为40kHz至50kHz，在这个频率范围内对人和家畜无害。超声波传感器电子装置通过电脉冲使压电陶瓷移动(将电能转化为机械能)。压电陶瓷位于外部隔膜的内侧。外部隔膜以共振频率振动并产生超声波。短脉冲序列碰到障碍物后反射回来。(2)接收模式

处于接收模式时，超声波传感器的作用相当于话筒。外部隔膜振荡衰减后(约1ms)，超声波传感器接收到障碍物反射回来的超声波。外部隔膜和压电陶瓷受激振动并向超声波传感器电子装置发送电脉冲(将机械能转化为电能)。

电气测量信号进行数字化处理后传输给控制单元。在控制单元内对数据进行处理并计算出至障碍物的距离。通过开始发射的

◆文/山东 刘春晖

宝马车电子控制基础知识(三)

刘春晖(本刊编委会委员)

高级工程师/副教授，现任山东华宇工学院机械工程学院汽车服务工程教研室主任，有多年的一线汽车电气系统、电子控制系统维修工作经验。现从事汽车类专业学生专业课的教学工作。在各级汽车维修类杂志上公开发表论文30篇，出版汽车维修类图书23部。

时间和接收到回声的时间可计算出回声传播时间。根据超声波在空气中传播的速度和回声传播时间可计算出至障碍物的距离。超声波传感器的电路符号如图35所示。

11.电容传感器

电容传感器也属于非接触式传感器。发动机机油温

度和机油状态传感器常采用电容传感器。

如图36所示，宝马在发动机的油底壳中安装了一个机油状态传感器。通过测量机油油位可以避免油位过低及因此而造成发动机损坏，并且通过测量机油状态可以精确测算出何时需要更换发

动机机油。该传感器由两个重叠安装的筒形电容器组成。机油状态通过下面的小电容器(6)测得。两根金属管(2+3)作为电容器电极嵌套安装。在电极之间有发动机机油(4)作为电介质。发动机机油的电特性随着发动机磨损碎屑不断增加以及添加剂的分解而变

1-壳体；2-外部金属管；3-内部金属管；4-发动机机油；5-油位传感器；6-机油状态传感器；7-传感器电子装置；8-油底壳；9-温度传感器。

图36 机油状态传感器的结构

图35 超声波传感器的电路符号

(b)接收模式

化。电容器(机油状态传感器)的电容又因这个变化(电介质)而变化，相应的电容值将在传感器内的电子分析装置(7)中处理成一个数字信号。这个传感器数字信号作为发动机机油状态信息传送给DME。这个传感器信号值将在DME中进行处理以便计算距下次换油保养的日期。

机油油位在传感器(5)的上部测得传感器的这一部分在油底壳的油位，高度处随着油位(电介质)的下降电容器的电容也发生变化。这个电容值将由传感器电子装置处理成一个数字信号并传送到DME。为了测量机油温度，在机油状态传感器的底座上装有一个铂温度传感器(9)。传感器通过BSD总线与DME进行通讯。

12.智能型蓄电池传感器

IBS是一个自身带有微型控制器μC的智能型蓄电池传感器。IBS持续测量蓄电池端电压、蓄电池充电/放电电流以及蓄电池酸液温度。IBS直接安装在蓄电池的负极上。IBS由机械、硬件和软件三部分功能元件组成。如图37所示，IBS的机械部分是由蓄电池负极接线柱及接地线组成。

图37 IBS的结构

IBS功能：IBSμC中的软件控制该功能过程以及与上级控制单元之间的通信联络。与DME/DDE的联系通过BSD完成。在行驶过程中，DME/DDE从IBS获取数据。此外，IBS中还集成有下列功能：

①持续测量车辆每种行驶状态下蓄电池的电流、电压和温度；

②计算蓄电池指示参数作为蓄电池SoC和SoH的基础；

③平衡蓄电池充电/放电电流；

④SoC处于临界状态时作为相应措施监测SoC并使车辆处于工作状态；

⑤计算启动电流特性曲线用于确定蓄电池SoH；

⑥车辆休眠电流监控；

⑦向上级控制单元传输数据。

13.智能型蓄电池传感器电子分析装置

如图38所示为IBC的功能原理图，IBS电子分析装置持续获取测量数据。IBS利用这些数据来下列电压、电流、温度等蓄电池指示参数。IBS通过BSD将这些蓄电池指示参数的数据传递到DME/DDE。为了计算蓄电池指示参数，还要同时对蓄电池的充电状态SoC进行测量计算。

图38 IBC的功能原理

三、执行机构

执行机构是通过控制单元输出信号执行转动(电动、步进电机)、打开/关闭(继电器)、照明(LED、白炽灯泡)以及发出声音(扬声器)等操作的组件。

1.电机

宝马车辆内安装了大量电机，如用于滑动/外翻式天窗、车窗升降器、座椅、车窗玻璃刮水器等的电机。直流电机和步进电机是特别重要的两种电机。

(1)直流电机

直流电机将电能转化为转动能。这种电机由一个固定部件“定子”和一个转动支撑部件“转子”(电枢)构成。大多数直流电机采用内部转子结构。转子是内部部件，定子是外部部件。定子由电磁铁组成，在小型电机内由永久磁铁构成。转子也称为电枢。

如图39所示，电机工作原理以作用力施加在磁场内的载流导体上为基础。载流导体的磁场和永久磁铁的磁场相互影响。如果永久磁铁牢固固定且导体以可转动方式支撑，则会在导体上施加一个力并使其转动。这个作用力取决于导体内的电流强度、磁场强度以及导体有效长度(线圈圈数)。

如图40、图41所示，在线圈上施加电压时，线圈内流动的电流产生一个磁场(线圈磁场)。永久磁铁两极间的磁场和线圈磁场形成一个总磁场。根据线圈内的电流方向产生一个左旋或右旋力矩(图42)。线圈继续转动，直至线圈磁场方向与永久磁体两极间磁场方向相同。随后线圈停留在所谓的磁极磁场中性区域内。

如图43所示，为了能够继续转动，必须改变线圈内的电流方向。在此通过与线圈起始端和线圈末端连接的电流换向器(集电环)实现电流方向的切换。如果这种电机上没有集电环，则电枢继续转动，直至转子磁场与定子磁场的方向一致。为确保电枢不停留在这个“死点”位置，在每个新分段时电枢线圈内的电流借助电流换向器(也称为集电环或集电极)进行切换。两个位于中性区域内的固定碳刷输送电流。如图44所示，如果使用多线圈电枢绕