Chapter OutlineAutomotive Control S

Chapter Outline
Automotive Control System Applications of Sensors and Actuators 234
Variables to be Measured 236 Airflow Rate Sensor 236 Pressure Measurements 242
Strain gauge MAP sensor 242
Engine Crankshaft Angular Position Sensor 245 Magnetic Reluctance Position Sensor 247
Engine angular speed sensor 256
Timing sensor for ignition and fuel delivery 258
Hall-Effect Position Sensor 259
The Hall-effect 260
Shielded-field sensor 262
Optical Crankshaft Position Sensor 263 Throttle Angle Sensor 265 Temperature Sensors 268
Typical Coolant Sensor 268 Sensors for Feedback Control 270
Exhaust Gas Oxygen Sensor 270
Desirable EGO characteristics 272 Switching characteristics 272
Oxygen Sensor Improvements 274
Knock Sensors 276
Automotive Engine Control Actuators 279
Fuel Injection 284
Fuel injector signal 284
Exhaust Gas Recirculation Actuator 286
Variable Valve Timing 288
V VP Mechanism Model 290
Electric Motor Actuators 292
Brushless DC Motors 301
Stepper Motors 304
Ignition System 304
Ignition Coil Operations 305



Understanding Automotive Electronics. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-097097-4.00006-0
Copyright © 2012 Elsevier Inc. All rights reserved. 233

The previous chapter introduced two critically important components found in any electronic control system: sensors and actuators. This chapter explains the operation of the sensors and actuators used throughout a modern car. Special emphasis is placed on sensors and actuators used for powertrain (i.e., engine and transmission) applications since these systems often employ the largest number of such devices. However, this chapter will also discuss sensors found in other subsystems on modern cars.
In any control system, sensors provide measurements of important plant variables in a format suitable for the digital microcontroller. Similarly, actuators are electrically operated devices that regulate inputs to the plant that directly controls its output. For example, as we shall see, fuel injectors are electrically driven actuators that regulate the flow of fuel into an engine for engine control applications.
Recall from Chapter 1 that fundamentally an electronic control system uses measurements of the plant variable being regulated in the closed-loop mode of operation. The measured variable is compared with a desired value (set point) for the variable to produce an error signal. In the closed-loop mode, the electronic controller generates output electrical signals that regulate inputs to the plant in such a way as to reduce the error to zero. In the open-loop mode, it uses measurements of the key input variable to calculate the desired control variable. Automotive instrumentation (as described in Chapter 1) also requires measurement of some variable. For either control or instrumentation applications, such measurements are made using one or more sensors. However, since control applications of sensors demand more accurate sensor performance models, the following discussion of sensors will focus on control applications. The reader should be aware, however, that many of the sensors discussed below can also be used in instrumentation systems.
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 (

Kết quả (Việt) 1:

Đề cương chươngÔ tô điều khiển hệ thống ứng dụng của bộ cảm biến và thiết bị thi hành 234Biến là đo 236 luồng không khí tốc độ cảm biến 236 áp đo đạc 242Cảm biến căng thẳng khổ đồ 242Động cơ Crankshaft góc vị trí cảm biến 245 miễn cưỡng từ vị trí cảm biến 247Cảm biến góc tốc độ động cơ 256Thời gian cảm biến để đánh lửa và nhiên liệu cung cấp 258Bộ cảm biến vị trí hiệu ứng Hall 259Hall-có hiệu lực 260Màng bảo vệ lĩnh vực cảm biến 262Crankshaft quang vị trí cảm biến 263 Throttle góc Sensor 265 cảm biến nhiệt độ 268Cảm ứng cảm biến 268 dung điển hình cho điều khiển phản hồi 270Thải khí oxy cảm biến 270Mong muốn cái đặc điểm 272 chuyển đổi đặc tính 272Oxy cảm biến cải tiến 274Knock cảm biến 276Các thiết bị truyền động cho các điều khiển ô tô động cơ 279Phun nhiên liệu 284Vòi phun nhiên liệu tín hiệu 284Xả khí tuần hoàn Actuator 286Variable Valve thời gian 288V VP cơ chế Model 290Xi-lanh động cơ điện 292Động cơ Brushless DC 301Cơ stepper 304Hệ thống đánh lửa 304Hoạt động cuộn đánh lửa 305Tìm hiểu về ô tô điện tử. http://DX.Doi.org/10.1016/B978-0-08-097097-4.00006-0Bản quyền © 2012 Elsevier Inc Tất cả các quyền. 233 Giới thiệu các chương trước đó hai thành phần quan trọng được tìm thấy trong bất kỳ hệ thống kiểm soát điện tử: cảm biến và thiết bị thi hành. Chương này giải thích các hoạt động của cảm biến và thiết bị thi hành được sử dụng trong một chiếc xe hơi hiện đại. Đặc biệt nhấn mạnh được đặt trên cảm biến và thiết bị thi hành được sử dụng cho các ứng dụng powertrain (ví dụ, động cơ và truyền dẫn) kể từ khi các hệ thống này thường sử dụng số lượng lớn nhất của thiết bị như vậy. Tuy nhiên, chương này cũng sẽ thảo luận các bộ cảm biến được tìm thấy trong các hệ thống con trên xe hơi hiện đại.Trong bất kỳ hệ thống kiểm soát, bộ cảm biến cung cấp số đo của các biến quan trọng thực vật trong một định dạng thích hợp cho vi điều khiển kỹ thuật số. Tương tự, xi-lanh là vận hành bằng điện các thiết bị điều chỉnh đầu vào cho các nhà máy trực tiếp kiểm soát đầu ra của nó. Ví dụ, như chúng ta sẽ thấy, kim phun nhiên liệu là cơ cấu truyền động điện hướng điều chỉnh dòng chảy của nhiên liệu vào động cơ cho các ứng dụng điều khiển động cơ.Nhớ lại từ chương 1 rằng về cơ bản hệ thống điều khiển điện tử sử dụng số đo của các biến thực vật được quy định trong chế độ vòng lặp đóng cửa hoạt động. Biến đo được so sánh với một giá trị mong muốn (set point) cho biến để tạo ra một tín hiệu lỗi. Ở chế độ kín, điều khiển điện tử tạo ra các tín hiệu điện đầu ra điều chỉnh đầu vào cho các nhà máy trong một cách để giảm bớt lỗi không. Ở chế độ hở, nó sử dụng các số đo của các biến đầu vào quan trọng để tính toán biến điều khiển mong muốn. Thiết bị xe ô tô (như được diễn tả trong chương 1) cũng đòi hỏi phải đo lường của một số biến. Cho các ứng dụng điều khiển hoặc đo lường, đo đạc như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng một hoặc nhiều thiết bị cảm ứng. Tuy nhiên, kể từ khi ứng dụng điều khiển của cảm biến nhu cầu chính xác hơn cảm biến thực hiện mô hình, các cuộc thảo luận sau bộ cảm biến sẽ tập trung vào các ứng dụng điều khiển. Người đọc nên lưu ý, Tuy nhiên, rằng nhiều người trong số các bộ cảm biến thảo luận dưới đây cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống thiết bị đo đạc.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 biến điều khiển)