As will be shown throughout the rem

As will be shown throughout the remainder of this book, automotive electronics has many examples of electronic control in virtually every subsystem. Modern automotive electronic control systems use microcontrollers based on microprocessors (as explained in Chapter 4) to implement almost all control functions. Each of these subsystems requires one or more sensors and actuators in order to operate.


Automotive Control System Applications of Sensors and Actuators
In any control system application, sensors and actuators are in many cases the critical components for determining system performance. This is especially true for automotive control system applications. The availability of appropriate sensors and actuators dictates the design of the control system and the type of function it can perform.
The sensors and actuators that are available to a control system designer are not always what the designer wants, because the ideal device may not be commercially available at acceptable

costs. For this reason, special signal processors or interface circuits often are designed to adapt an available sensor or actuator, or the control system is designed in a specific way to fit available sensors or actuators. However, because of the large potential production run for automotive control systems, it is often worthwhile to develop a sensor for a particular application, even though it may take a long and expensive research project to do so.
Although there are many subsystems on automobiles that operate with sensors and actuators, we begin our discussion with a survey of the devices for powertrain control. To motivate the discussion of engine control sensors and actuators, it is helpful to review the variables measured (sensors) and the controlled variables (actuators). Figure 6.1 is a simplified block diagram of a representative electronic engine control system illustrating most of the relevant sensors used for engine control.
As explained in Chapter 5, the position of the throttle plate, sensed by the throttle position sensor (TPS), directly regulates the airflow into the engine, thereby controlling output power.
A set of fuel injectors (one for each cylinder) delivers the correct amount of fuel to
Variables to be Measured
The set of variables sensed for any given powertrain is specific to the associated engine control configuration. Space limitations for this book preclude a complete survey of all powertrain control systems and relevant sensor and actuator selections for all car models. Nevertheless, it is possible to review a superset of possible sensors, which is done in this chapter, and to present representative examples of practical digital control configurations, which is done in the next chapter.
The superset of variables sensed in engine control includes the following:
1. mass airflow (MAF) rate
2. exhaust gas oxygen concentration
3. throttle plate angular position
4. crankshaft angular position/RPM
5. camshaft angular position
6. coolant temperature
7. intake air temperature
8. ambient air pressure
9. ambient air temperature
10. manifold absolute pressure (MAP)
11. differential exhaust gas pressure (relative to ambient)
12. vehicle speed
13. transmission gear selector position
14. actual transmission gear, and
15. various pressures.
In addition to measurements of the above variables, engine control is also based on the status of the vehicle as monitored by a set of switches. These switches include the following:
1. air conditioner clutch engaged
2. brake on/off
3. wide open throttle
4. closed throttle, and
5. transmission gear selection.

Airflow Rate Sensor
In Chapter 5, we showed that the correct operation of an electronically controlled engine operating with government-regulated exhaust emissions requires a measurement of the mass flow rate of air ðM_ aÞ into the engine. (Recall from Chapter 1 that the dot in this notation implies time rate of change.) The majority of cars produced since the early 1990s use

a relatively simple and inexpensive mass airflow rate (MAF) sensor. This is normally mounted as part of the intake air assembly, where it measures airflow into the intake manifold. It is a ruggedly packaged, single-unit sensor that includes solid-state electronic signal processing. In operation, the MAF sensor generates a continuous signal that varies as
a function of true mass airflow M_ a.
Before explaining the operation of the MAF, it is, perhaps, helpful to review the characteristics of the inlet airflow into an engine. It has been shown that a 4-stroke reciprocating engine functions as an air pump with air pumped sequentially into each cylinder every two crankshaft revolutions. The dynamics of this pumping process are such that the airflow consists of a fluctuating component (at half the crankshaft rotation frequency) superposed on a quasi-steady component. This latter component is a constant only for constant engine operation (i.

Kết quả (Việt) 1:

Như sẽ được hiển thị trong suốt phần còn lại của cuốn sách này, ô tô điện tử có nhiều ví dụ của điều khiển điện tử trong hầu như tất cả hệ thống phụ. Hệ thống điều khiển điện tử ô tô hiện đại sử dụng vi điều khiển dựa trên vi xử lý (như được diễn tả trong chương 4) để thực hiện chức năng kiểm soát hầu như tất cả. Mỗi người trong số các hệ thống con đòi hỏi một hoặc nhiều cảm biến và thiết bị thi hành để hoạt động.Ô tô điều khiển hệ thống ứng dụng của bộ cảm biến và thiết bị thi hànhTrong bất kỳ hệ thống kiểm soát ứng dụng, cảm biến và thiết bị thi hành là trong nhiều trường hợp các thành phần quan trọng trong việc xác định hiệu năng hệ thống. Điều này đặc biệt đúng cho các ứng dụng hệ thống điều khiển ô tô. Sự sẵn có của thiết bị cảm ứng phù hợp và thiết bị thi hành ra các thiết kế của hệ thống điều khiển và các loại chức năng nó có thể thực hiện.Cảm biến và thiết bị thi hành có sẵn cho một nhà thiết kế hệ thống kiểm soát là không luôn luôn những gì các nhà thiết kế muốn, bởi vì các thiết bị lý tưởng không có thể thương mại có sẵn tại chấp nhận được chi phí. Vì lý do này, bộ xử lý tín hiệu đặc biệt hoặc giao diện mạch thường được thiết kế để thích ứng với một bộ cảm biến có sẵn hoặc chấp hành, hoặc hệ thống điều khiển được thiết kế theo một cách cụ thể để phù hợp với cảm biến có sẵn hoặc xi-lanh. Tuy nhiên, do tiềm năng sản xuất lớn chạy cho các hệ thống điều khiển ô tô, nó thường là đáng giá để phát triển một bộ cảm biến cho một ứng dụng cụ thể, mặc dù nó có thể mất một dự án nghiên cứu lâu dài và tốn kém để làm như vậy.Mặc dù có rất nhiều hệ thống con trên xe ô tô hoạt động với bộ cảm biến và thiết bị thi hành, chúng tôi bắt đầu thảo luận của chúng tôi với một cuộc khảo sát của các thiết bị kiểm soát powertrain. Để khuyến khích các cuộc thảo luận của động cơ điều khiển cảm biến và thiết bị thi hành, nó là hữu ích để xem xét các biến đo (cảm ứng) và các biến điều khiển (xi-lanh). Hình 6.1 là một sơ đồ đơn giản hóa khối của một hệ thống điều khiển động cơ điện tử đại diện minh họa hầu hết các bộ cảm biến có liên quan được sử dụng cho điều khiển động cơ.Như đã giải thích trong chương 5, vị trí của các tấm ga, cảm nhận bởi các cảm biến vị trí throttle (TPS), trực tiếp điều chỉnh luồng không khí vào động cơ, do đó việc kiểm soát năng lượng đầu ra.Một tập hợp các kim phun nhiên liệu (một cho mỗi xi lanh) cung cấp đúng số tiền nhiên liệuBiến đo đạcCác thiết lập của các biến cảm nhận cho bất kỳ powertrain nhất định là cụ thể cấu hình điều khiển liên quan đến động cơ. Các giới hạn Space cho cuốn sách này ngăn cản một cuộc khảo sát hoàn thành của tất cả các hệ thống kiểm soát powertrain và bộ cảm biến có liên quan và chấp hành lựa chọn cho tất cả các mô hình xe hơi. Tuy nhiên, có thể xem xét một superset của thể cảm biến, mà được thực hiện trong chương này, và trình bày các ví dụ đại diện của các cấu hình điều khiển kỹ thuật số thực tế, đó thực hiện trong các chương tiếp theo.Superset của các biến cảm nhận động cơ kiểm soát bao gồm:1. khối lượng khí (MAF) tỷ lệ2. nồng độ oxy khí thải3. ga tấm góc vị trí4. crankshaft góc vị trí/vòng/phút5. vị trí góc trục cam6. nước làm mát nhiệt độ7. lượng nhiệt độ không khí8. môi trường xung quanh máy áp lực9. nhiệt độ môi trường không khí10. manifold áp lực tuyệt đối (bản đồ)11. vi sai thải khí áp (liên quan đến môi trường xung quanh)12. xe tốc độ13. bộ truyền động bánh răng chọn vị trí14. thực tế truyền bánh, và15. nhiều áp lực.Ngoài các số đo của các biến nêu trên, điều khiển động cơ cũng dựa trên tình trạng của chiếc xe như giám sát bởi một tập hợp các thiết bị chuyển mạch. Các thiết bị chuyển mạch bao gồm:1. điều hòa không khí clutch đính hôn2. phanh bật/tắt3. mở ga4. đóng cửa ga, và5. truyền lựa chọn bánh.Bộ cảm biến tốc độ dòng khíỞ chương 5, chúng tôi cho thấy rằng hoạt động chính xác của một động cơ điện tử điều khiển hoạt động với lượng khí thải của chính phủ quy định khí thải yêu cầu đo lường tỷ lệ khối lượng dòng chảy của máy ðM_ aÞ vào động cơ. (Nhớ lại từ chương 1 dấu chấm trong ký hiệu này ngụ ý thời gian mức độ thay đổi.) Phần lớn các xe ô tô sản xuất từ việc sử dụng đầu thập niên 1990 một bộ cảm biến mức (MAF) tương đối đơn giản và không tốn kém hàng loạt khí. Điều này thường được gắn kết như là một phần của lượng máy hội đồng, nơi mà nó có các biện pháp khí vào đường nạp khí. Đó là một cảm biến đóng gói ruggedly, đơn vị duy nhất bao gồm xử lý tín hiệu điện tử trạng thái rắn. Trong hoạt động, cảm biến MAF tạo ra một tín hiệu liên tục thay đổi nhưmột chức năng đúng khối lượng khí M_ một.Trước khi giải thích các hoạt động của MAF, đó là, có lẽ, hữu ích để xem xét các đặc tính của các luồng không khí hút gió vào động cơ. Nó đã cho thấy rằng một chức năng 4-đột quỵ động cơ như là một máy bơm với máy bơm tuần tự vào mỗi xi lanh mỗi cuộc cách mạng hai crankshaft. Động lực của quá trình bơm này là như vậy mà các luồng không khí bao gồm một thành phần biến động (lúc nửa crankshaft luân chuyển tần số) superposed trên một thành phần gần như ổn định. Thành phần thứ hai này là một hằng số chỉ dành cho hoạt động liên tục động cơ (i.

Kết quả (Việt) 2:

Như sẽ được hiển thị trong suốt phần còn lại của cuốn sách này, thiết bị điện tử ô tô có nhiều ví dụ về điều khiển điện tử trong hầu như tất cả hệ thống phụ. Ô tô hệ thống điều khiển điện tử hiện đại sử dụng vi điều khiển dựa trên bộ vi xử lý (như đã giải thích ở chương 4) để thực hiện hầu hết các chức năng điều khiển. Mỗi một hệ thống con đòi hỏi một hoặc nhiều cảm biến và cơ cấu chấp hành để hoạt động.


Hệ thống điều khiển ô tô Các ứng dụng của cảm biến và thiết bị truyền động
Trong bất kỳ ứng dụng hệ thống điều khiển, cảm biến và cơ cấu chấp hành trong nhiều trường hợp các thành phần quan trọng để xác định hiệu suất hệ thống. Điều này đặc biệt đúng đối với các ứng dụng hệ thống kiểm soát ô tô. Sự sẵn có của các cảm biến và cơ cấu chấp hành thích hợp ra lệnh thiết kế của hệ thống kiểm soát và loại chức năng nó có thể thực hiện.
Các cảm biến và cơ cấu chấp hành mà có sẵn cho một nhà thiết kế hệ thống điều khiển không phải lúc nào những gì các nhà thiết kế muốn, bởi vì các thiết bị lý tưởng có thể không thương mại có sẵn tại chấp nhận

chi phí. Vì lý do này, các bộ xử lý tín hiệu đặc biệt hoặc các mạch giao diện thường được thiết kế để thích ứng với một bộ cảm biến có sẵn hoặc thiết bị truyền động, hoặc các hệ thống điều khiển được thiết kế một cách đặc biệt để phù hợp với bộ cảm biến có sẵn hoặc thiết bị truyền động. Tuy nhiên, do việc sản xuất tiềm năng lớn chạy cho các hệ thống kiểm soát ô tô, nó thường có giá trị để phát triển một cảm biến cho một ứng dụng cụ thể, mặc dù nó có thể mất một dự án nghiên cứu lâu dài và tốn kém để làm như vậy.
Mặc dù có rất nhiều hệ thống con trên xe ô tô mà hoạt động với cảm biến và cơ cấu chấp hành, chúng tôi bắt đầu thảo luận với một cuộc khảo sát của các thiết bị để kiểm soát hệ thống truyền lực. Để thúc đẩy các cuộc thảo luận của các cảm biến điều khiển động cơ và bộ truyền động, nó là hữu ích để xem xét các biến đo (cảm biến) và các biến kiểm soát (thiết bị truyền động). Hình 6.1 là sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống điều khiển động cơ điện tử đại diện minh họa hầu hết các cảm biến có liên quan được sử dụng để điều khiển động cơ.
Như đã giải thích ở Chương 5, vị trí của các tấm ga, cảm nhận bởi các cảm biến vị trí bướm ga (TPS), trực tiếp điều chỉnh luồng không khí vào động cơ, do đó kiểm soát sản lượng điện.
một tập hợp các kim phun nhiên liệu (một cho mỗi xi lanh) cung cấp đúng số lượng nhiên liệu để
biến số đo
các bộ biến cảm nhận cho bất kỳ hệ thống truyền lực nhất định là cụ thể cho các cấu hình điều khiển động cơ liên quan . Hạn chế không gian cho cuốn sách này ngăn cản một cuộc điều tra đầy đủ tất cả các hệ thống kiểm soát hệ thống truyền lực và lựa chọn cảm biến và bộ truyền động có liên quan cho tất cả các mẫu xe. Tuy nhiên, có thể xem xét một superset của cảm biến có thể, mà được thực hiện trong chương này, và đưa ra ví dụ đại diện của các cấu hình điều khiển số thực tế, được thực hiện trong các chương tiếp theo.
Các siêu của biến cảm nhận được trong điều khiển động cơ bao gồm những điều sau đây :
1. luồng không khí khối lượng (MAF) tỷ lệ
2. nồng độ oxy khí thải
3. tấm ga vị trí góc
4. trục khuỷu góc vị trí / RPM
5. trục cam vị trí góc
6. nước làm mát nhiệt độ
7. nhiệt độ không khí nạp
8. áp suất không khí môi trường xung quanh
9. nhiệt độ không khí xung quanh
10. áp lực đa dạng tuyệt đối (MAP)
11. chênh áp xả khí (liên quan đến môi trường xung quanh)
12. tốc độ xe
13. vị trí chọn bánh răng truyền
14. bánh răng truyền thực tế, và
15. áp lực khác nhau.
Ngoài các phép đo của các biến ở trên, điều khiển động cơ cũng nên được dựa trên tình trạng của chiếc xe là giám sát bởi một bộ chuyển mạch. Những công tắc này bao gồm:
1. điều hòa không khí ly hợp tham gia
2. phanh on / off
3. rộng ga mở
4. ga khép kín, và
5. bánh răng truyền lựa chọn.

Airflow Rate Sensor
Trong Chương 5, chúng tôi cho thấy rằng hoạt động chính xác của một động cơ điều khiển điện tử hoạt động với khí thải do chính phủ quy định đòi hỏi một phép đo lưu lượng khối không khí ðM_ ATH vào động cơ. (Nhớ lại từ chương 1, các dấu chấm trong ký hiệu này có nghĩa tỷ lệ thời gian của sự thay đổi.) Phần lớn các xe sản xuất từ đầu những năm 1990 sử dụng

một cảm biến đo khối lượng luồng không khí tương đối đơn giản và không tốn kém (MAF). Điều này thường được gắn kết như là một phần của việc lắp ráp không khí nạp, nơi mà nó đo luồng không khí vào đường ống nạp. Nó là một đóng gói cứng cáp, cảm biến đơn đơn vị bao gồm xử lý tín hiệu điện tử trạng thái rắn. Trong hoạt động, cảm biến MAF tạo ra một tín hiệu liên tục mà thay đổi như
một chức năng của sự thật luồng không khí khối lượng m_ một.
Trước khi giải thích các hoạt động của MAF, đó là, có lẽ, hữu ích để xem xét các đặc điểm của các luồng không khí hút vào động cơ. Nó đã được chứng minh rằng một 4 thì chức năng cơ pittông như một máy bơm không khí với không khí được bơm liên tục vào mỗi xi lanh mỗi hai cuộc cách mạng trục khuỷu. Các động lực của quá trình bơm này là như vậy mà các luồng không khí bao gồm một thành phần dao động bất thường (một nửa tần số quay trục khuỷu) chồng lên nhau trên một thành phần gần như ổn định. Thành phần thứ hai này là một hằng số duy nhất cho liên tục động cơ hoạt động (i.