第一讲 传感器概述

3.3汽车测试技术的现状
2.汽车试验仪器设备
为了适应试验方法的变化，会需要更多更新的汽车试验用仪器设 备；为了提高试验精度和降低试验成本，必须有功能更强、精度 更好、效率更高的仪器设备源源不断地取代传统的、落后的设备。 汽车试验用仪器设备发展的重要特征是：
1）自动化程度越来越高：现代汽车试验用仪器设备的开发，不仅 包括仪器设备自身的结构和功能，而且还包括对被测对象进行操 控的内容。对于这类仪器设备，不仅仪器设备自身的操作控制已 完全实现了自动化，而且对于许多试验项目而言，试验中的车辆 或总成部件也已由计算机自动操控。
汽车试验是汽车理论研究的基础
汽车技术的高速发展及功能的不断扩充，使得许多理论问题的 研究尚不够充分，不少设计问题无法根据现有理论来解释，而 必须借用汽车试验。这是世界各大汽车公司特别重视汽车试验 研究工作的重要原因。
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3.2汽车测试什么内容
汽车测试技术涉及试验与检测两个方面，试验主要针对产品研发 设计与性能鉴定；而检测主要是针对产品质量监测及在用状态 检测等诸多方面。 • 汽车试验包括：探索性试验；新结构的原理试验； • 获取原始控制数据的标定试验； • 为产品、结构改进提供支持的功能试验； • 产品工艺的验证； • 整车及总成部件的可靠性、耐久性试验； • 产品质量控制试验等。
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3.4以汽车驱动系统研发为例
电动汽车研究中心测功室
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电动汽车研究中心测功室
• 硬件在环
Actuate (D/A)
Sense (A/D)
特点1：半实物； 特点2：物理（实物）系统与虚拟模型之间形成闭环。
电动汽车研究中心测功室
硬件在环测试系统构成
电池组/BMS
alpha theta
驱动 电机
扭矩仪
负载 电机
M(t)
工况数据库
n(t)
虚拟样车
路面数据库
FL(t)
P(t),v(t),a(t)
实时虚拟 场景
车型数据库
计算机系统
电动汽车研究中心测功室
GPIB
3.4以汽车驱动系统研发为例
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3.4以汽车驱动系统研发为例
虚拟环境再现 在实验室再现各种试验环境。为 了全面了解各种不同使用环境对汽车 整车及零部件各项性能的影响，一些 跨国汽车公司都建有可再现不同使用 环境的实验室，如图1-5所示。
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3.3汽车测试技术的现状
1 汽车试验方法 （1）试验内容不断增加：
• 为了满足人们对汽车日益增加的各项要求，需要不断的增加试验 项目和试验内容； • 汽车功能的扩展，各种新结构、新技术在汽车上的应用亦需要增
加试验内容。
（2）试验方法不断更新： • 汽车法规的日渐严格，需要更新试验方法；
• 对汽车要求的日益提高，需要更新试验方法； • 试验技术的进步也会带来试验方法的变化。
专门的 仪器设 备
合理的 实验方 法
测试信号分 析源自结果显 示和处 理2.2为什么要测试？
• 对产品质量和性能提供客观的评价； • 对生产技术的合理改进提供基础数据； • 对科学发现或技术发明提供必需的手段。
2.3测试技术的任务(5方面)
设备设计中，通过对新旧产品进行模型试验或现场实测， 为产品质量和性能提供客观的评价，为技术参数的优化和 效率的提高提供基础数据。
内容如下
信 号 描 述 与 分 析 测 试 装 置 基 本 特 性 信 号 调 理 及 记 录 常 用 传 感 器 典 型 汽 车 传 感 器 检 测
绪 论
….
…
2.1什么是测试？
• 测试是人类认识客观世界的手段和科学研究的基本方法。 • 测试技术是测量和试验技术的统称：为了获得被测物理量 的量值进行测量，获取有用的信息则需要试验。
a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应 开发出的新型传感器。
光纤流速传感器
生物酶血样分析传感器
荧光材料 制作的电 子鼻传感 器
热 /光
电量
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b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器
振动网络传感器
嵌入式计算机
智能压力网络 传感器
智能倾角RS232 传感器
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IC总线数字温度 传感器
2、测量信号处理方面
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4.1测试系统的一般组 成
• 激励装置：有些信息需要通过激励装置作用于被测对象，使之产生有用信息 载于其中。 • 传感器：传感器是测试系统中的第一个环节。将被测信息（速度、位移、电 流、压力、温度、光照等）转换成某种电信号（通常是电压）的器件。 • 信号调理：将传感器微弱的信号进行放大或变换为容易传输和处理的形式。 • 信号处理，对来自信号调理环节的信号进行各种运算和分析，如FFT。 • 信号显示与记录
计算机虚拟仪器技术
用PC机＋仪器板卡 代替传统仪器 用计算机软件 代替硬件分析电路
我们的工作
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高精度 [数字电压、欧姆表]
将量程切换到2V 时，最小显示 值为1μ V
高可靠性
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网络化
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7.本讲要求
• • • • • 理解测试的概念和作用； 掌握测试系统的组成； 了解传感器与测试技术的发展趋势； 了解汽车传感器的作用； 了解汽车测试的方法。
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3.3汽车测试技术的现状
2) 高精度、高效率 为了满足日益严格的汽车排放法规要求，最大限度地保护驾驶 员及乘客地安全、尽可能地提高汽车的乘坐舒适性，继发动机 采用电脑控制系统之后，汽车其它各大总成已逐渐开始采用电 脑控制技术。 电脑控制的依据除来自于各种不同传感器提供的汽车各总成部 件工作状况的信息外，更主要的是，还需在实验室对电脑控制 的汽车总成进行大量的试验，以采集电控所需的大量数据，只 有这样才能保证电脑高精度地控制汽车各总成部件工作。这种 在实验室采集控制所需信息的过程称为“标定”。
本课程公共邮箱：sysusensor@；pwd:E203203 办公室：工学院A505；联系QQ：553922774
6.1什么是好的传感器？
• 灵敏度大； • 线性度高； • 稳定性； • 可重复性； • 动态响应性（无滞后）； • 体积小、重量轻； • 抗干扰性强； • 适用性广泛，能在恶劣环境下工作； • …… （传感器和测量装置的静态与动态性能在第二章还会具体讲）
6.2测量技术和传感器发展趋势
1、传感器方面
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4.2控制系统的一般组成
误差 指令 能量 外界扰动 激励
控制律 反馈
能量 转换
受控 对象
响应
传感器
飞思卡尔智能车控制系统构成
电驱动控制原理
• PWM（脉宽）调速控制 • 是靠改变脉冲宽度来控制输出电压。
期望转速
PWM宽度
PID控制
晶闸管
直流电压
直流电机
实际转速
反馈转速
光电编码器
5.1与发动机控制有关的传感器
•
5.3悬架控制传感器
• 悬架控制能够自动调整悬 架刚度、减振器阻尼及车 身高度等。改善舒适性、 操纵稳定性和行驶平顺性。
路面条件 载质量 行驶速度
悬架系统的刚度
电控悬架 控制单元
调节减振器阻尼力的大小 调整车身身高
5.4车身传感器
• • • • • • • 座椅压力传感器； 安全带传感器； 侧碰加速度传感器； 正碰加速度传感器； 门锁传感器； 胎压传感器； ……
传感器与检测技术
第一讲
主要内容
• • • • • • • 本课程讲什么？ 什么是测试、测试技术与测试系统？ 汽车测试系统简介 什么是传感器？ 汽车传感器简介 测试系统与传感器发展趋势 本讲的要求
1.课程简介
本课程研究汽车领域有关的传感器、及汽车控制和运行监测中涉及到 物理量及其他工程量的测量和测量装置。包括常用的传感器、信号调理电 路及记录、测量装置基本特性的评价方法、测试信号分析和处理。
1. 进气流量传感器 2. 节气门位置传感器 3. 歧管压力传感器 4.冷却液温度传感器 5.排气氧传感器 6.曲轴位置传感器 7.凸轮轴位置传感器
5.2汽车ESP控制传感器
• ESP系统由控制单元及转向传感器（监测 方向盘的转向角度）、车轮传感器（监 测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器 （监测车体绕垂直轴线转动的状态）、 横向加速度传感器（监测汽车转弯时的 离心力）等组成。 当方向盘转向角度传感器检测到驾驶员 的转向角度以后，就会通知ESP控制单元； 与此同时，各个车轮转速传感器测得的 车轮转速信息也会传递到ESP控制单元。 ESP控制单元根据各个车轮的转速计算出 车辆的实际运动轨迹。如果实际运动轨 迹，跟理论运动轨迹有区别，或者检测 出某个车轮打滑（丧失抓地力）， ESP控 制单元就会首先通知节气阀，减小开度 （收油）。然后通知制动系统对某个车 轮进行制动，来修正运动轨迹。当实际 运动轨迹与理论运动轨迹（驾驶员意图） 相一致时，ESP自动解除控制。
在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数据采 集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。
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3.1为什么要做汽车测试？
汽车试验是一种客观需要
无论是新设计或是正在生产的汽车产品；也不论在设计制造上 考虑得多么细致周密，都需经过科学而严格的试验。
汽车试验的作用
通过试验以检验产品设计、制造及结构的先进性、设计思想的 正确性、制造工艺的合理性、使用维修的方便性、各总成部件 的工作可靠性。
设备改造中，为了挖掘设备的潜力，以便提高产量和质量，
经常需要实测设备或零件的载荷、应力、工艺参数和电机 参数，为设备强度校验和承载能力的提高提供依据。
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2.3测试技术的任务(5方面)
在工作和生活环境的净化及监测中，测量振动和噪声的 强度及频谱，分析找出振源，并采取相应的减振、防噪 措施。 科学规律的发现和新的定律、公式的诞生都离不开测试 技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究结果，实 验与理论可以相互促进，共同发展。