一种简单的汽车电控系统设计

刘明辉 林禹铭 李建东 石朋杰 赵凯

一、设计背景

1.1汽车电控系统设计背景

（1）汽车电控系统简介。汽车电控系统技术是现代高科技迅速发展背景下的产物。随着科学技术的发展，现如今，它涉及机械设计、材料工程、电子技术、控制技术、传感器技术以及计算机技术等多个学科技术领域。伴随着这些科学领域技术的不断发展以及人们对汽车性能需求的不断提高，现代的汽车正在不断地向着电子化、智能化方向发展。目前汽车的电控程度以及智能化程度，已经成为了判断一个国家汽车研发能力、生产力水平以及汽车产品性能的重要指标。

（2）汽车传感器发展简介。汽车传感器是汽车电子控制系统中广泛使用的部件，它可以采集环境中的各种信号，并将其转换成电信号在汽车中显示。现在汽车上不仅有用来测定各种流体温度和压力的传感器;还有用来确定各部分速度和位置的传感器;也有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器等等。这些新型传感器的应用极大地提高了汽车的智能化水平。为了进一步提高汽车的安全性能，增加汽车的舒适性，未来的汽车也必向着更加智能化的方向不断的发展，汽车传感器的应用也会更加的广泛。

1.2设计意义

在如今，汽车电控技术发展的一个重要标志就是越来越多的汽车部件采用电子技术控制。而汽车相应部件采用电子式控制，就离不开传感器的应用。在目前的汽车电控系统中，需要使用多种传感器，去感知汽车自身及所处环境的相关信息，因此传感器检测系统就成为了汽车电控系统必不可少的部分。这些传感器具有测量车轮转速、水温、油温、气体密度、干湿度、压力、液位以及距离等功能，它们发挥着各自的作用，保证汽车的安全运行。一旦某个传感器失灵，对应的装置就会不正常运行甚至不工作，这对人们的生命财产安全构成了严重的威胁。因此，设计好相应的传感器及其测量电路，不仅关系着汽车的操控性能、安全性能等方面的正常运行，同时在促进汽车电控系统提高控制精度，往更加智能化、网络化的方面发展起着至关重要的作用。

二、设计方案

2.1方案比较选择

（一）轮速检测系统：

遇到紧急情况，迫使汽车减速而发生的汽车重大事故，大都是由于汽车制动距离过长或制动发生侧翻等导致的。好的汽车ABS系统能够有效地防止车轮出现抱死的现象。为了提高驾驶的安全性能，这就需要测量精度高的轮速传感器来为它提供准确的车轮转速，所以在车轮的转速检测系统中采用霍尔式转速传感器以保证测得的数字更加精确。并且采用补偿和保护措施后霍尔传感器的工作范围可达-55℃～150℃。

（二）液位检测系统：

在汽车的使用中，对于水箱、油箱的水位、油位的检测是十分必要的。尤其是汽车的水箱水量，如果水量缺少时，汽车就不能有效地给发动机降温，从而对发动机造成严重的损坏，所以这就要求所选用的传感器灵敏度高，精度较高。并且在燃油以及水箱内工作空间有限，环境温度也高，要选用结构轻小，耐高温、耐振动的传感器。综合上述的条件我们选用电容式传感器，并采取一定的补偿措施，减小它的非线性误差。

（三）车内温度检测系统：

与传统的热敏电阻温度传感器不同，数字温度传感器能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms 和750ms 内将温度值转化9位和12位的数字量。它具有体积小、接口方便、传输距离远等特点，并且内含寄生电源。经比较我们采用数字温度传感器。

（四）汽车防撞检测系统：

随着我国汽车工业水平的持续提升，在公路通行的车辆变得更多，再加上现代生活节奏日益提速，汽车事故呈现多发、突发的态势，尤其是在大雨、大雾、沙尘暴等恶劣的环境下，很容易使汽车刮擦、碰撞。并且本人设计的防撞系统主要应用于，驾驶员视野盲区的近距离防撞，所以我们选用对雨、雪、雾的穿透力较强、测量距离较近的超声波传感器。

三、设计内容

3.1电控系统结构及原理

电控系统总体框图

本次设计的汽车电控系统主要是由检测装置、信号处理装置、控制部件、输出装置组成，其中检测装置主要由外部的环境信息、传感器以及检测组成，主要是获取和输出传感器信号;信号处理装置主要包括信号放大电路、低通滤波电路和A/D转换器，它的作用将上一步获取的传感器原始信号进行放大、降噪处理并将测得的模拟信号转换为数字信号，使处理过的电信号能够驱动控制部件，输出相应的动作信息;控制部件主要就是通过单片机进行输出相应信息控制输出装置;输出装置包括液晶显示，指示灯警告，以及蜂鸣器报警装置。液晶显示主要显示车轮转速、油位、水位、车内温度信息;当汽车油量或水量较少时，相应的指示灯就会亮起，来提醒驾驶人员添加;当汽车靠近障碍物时，蜂鸣器就会报警，提醒驾驶人员躲避。

3.2误差分析及解决

3.2.1误差产生原因

传感器在使用时存在一定误差，产生的原因包括环境因素的影响和自身性质的影响，比如霍尔传感器的不等位效应、电容式传感器的边缘效应;除此之外它们还受环境温度的影响，比如超声波传感器，音速在不同的温度下传播的速度也不同。这些因素都是引起误差的原因。

3.2.2误差解决办法分析

对于霍尔传感器的不等位效应，我们可以根据下图2霍尔元件的等效电路中A、B点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定大小的电阻，从而使电桥达到平衡，消除不等位电势。如下为补偿电路：

对于电容式传感器的边缘效应，我们可以尽可能的减小极板间距、基板厚度来减小电容传感器的边缘效应。对于超声波传感器，在常温下，超声波的传播速度为，但声音的传播速度易受溫度的影响。如下表例举了一些温度下，声音的传播速度。

一般温度每升高1℃，声音的传播速度增加约0.6。通过实验可获得波速与温度之间的经验模型： 。T为现场温度，可以通过本系统的温度传感器测得，带入式中可计算出实际波速V，从而进行温度补偿，减小误差。

四、结论

本次设计的汽车电控系统主要包括汽车车轮转速，水箱、油箱液位，车内温度以及汽车防撞的检测。该系统采用单片机作为作为系统的芯片，并且具有显示电路，可以把测得的结果实时显示出来，系统硬件设备结构简单合理，智能化程度高。