一種車高傳感器實驗箱的設計與實現

張永新（北京信息職業技術學院，北京　100070）

?

一種車高傳感器實驗箱的設計與實現

張永新
（北京信息職業技術學院，北京100070）

摘要：本文主要提出了一種以教學為目的車身高度傳感器實驗箱設計。本實驗箱只是滿足汽車傳感器教學需要，故它的特點是結構相對較為簡單，通過車身高度傳感器對車身高度進行實時檢測與顯示，控制箱上安裝了用于檢測的插孔、故障檢修設置開關，并且畫出了線路圖，使學生在教學過程中能非常直觀地檢測并通過故障設置開關強化他們的動手實踐能力，從而大大提高老師的教學效果。

關鍵詞：實訓箱；車身高度；傳感器系統設計

1 引言

現代汽車電子技術從所應用的電子元器件到車內電子系統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心技術之一就是傳感器在汽車上的廣泛應用。本設計為了能使學生在實踐過程中能直觀地學習掌握車身高度傳感器的工作原理并使之加深印象，達到較好的教學效果，特地有針對性地設計了實驗箱的結構，選定相應的元器件，搭接電路。

2 開發實驗箱的背景與意義

我在調研中發現國內汽車傳感器實訓教學設備生產廠家較少，存在產品空白。其生產的產品無相應的國家標準，各廠家按照本廠的標準進行生產，而且是單件小批量生產。在現有產品中，汽車傳感器教學設備較為落后，以演示為主，學生動手實驗的效果較差，產品設計水平不高，教學實用性不足。該選題的目的在于：增加設備的教學直觀性、實用性，把理論教學與實物教學有機的結合起來，推進情景教學、仿真教學等教學模式在我院的進一步發展，逐步形成教學與科研相結合的多功能實驗室和實訓基地。選題的意義：旨在創建北京市高水平的汽車電子技術職業教育實訓基地，打造精品特色專業，使我院真正擔負起本市汽車電子技術類學生實訓、教師培養以及職業技能鑒定的任務，實現優質資源共享。

3 光電式車身高度傳感器作用及工作原理

空氣懸架ECU通過分析各個相關傳感器的反饋信息，計算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動機和閥門，從而使電控空氣懸架隨行駛及路面狀況不同而隨時變化，車身高度傳感器的作用就是檢測汽車行駛時車身高度的變化情況，并轉換成電信號輸入電控懸架系統的ECU。在汽車正常行駛過程中，電控空氣彈簧特性變軟、阻尼變弱，提高了乘客乘坐舒適性，如果汽車急速啟動或急轉彎及緊急制動時，ECU控制空氣彈簧迅速轉換成較強的阻尼及硬朗的特性，從而提高了車身的通過性和穩定性。在車速比較慢時車身高度又可恢復正常，此系統的電控減振器還能調整汽車高度，可以隨車速增加到設定數值就降低車身高度，以減小離地間隙，減少風阻從而降低了車身的重心并節省了能源。汽車電控主動懸架系統中，要對車身高度進行檢測與調節，一般只需在懸架上安裝三個車身高度傳感器即可，所以高度傳感器是電控懸架上最常見，也是最重要的傳感器，主要進行監測車底高度的變化。它可以采用光敏三極管或者光電二極管，將車輛乘坐高度變化的信號傳送至電控懸架ECU；它也可以是霍爾效應式傳感器，一種以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變為數字電壓的形式輸出，使電控懸架ECU能準確地計算出車輛的行駛高度，從而能夠補償道路的變化，有效地防止了車輛托底故障的發生。本實驗箱采用的是光電式車身高度傳感器，它的具體工作原理如下，當車身的高度發生改變時，其內部的導桿帶動轉軸轉動，帶槽的金屬圓盤掃過光耦合器組，使光耦合器組相對應的光敏晶體管和發光二極管上的光線發生“開/關”的轉換，于是光敏晶體管把接收到的光線轉變成電信號，通過導線傳送給電控懸架ECU。ECU根據每一個光耦合器上每組光敏晶體管和發光二極管發生“開/關”轉變的不同組合，從而分析出金屬圓盤轉過的角度，進一步計算出電控懸架高度的變化的具體數值。

4 系統的電路設計

車身高度檢測采用前、中、后三個傳感器進行檢測，對應2、3、4三個信號輸出電壓，1為直流12伏電源電壓，6為接地點。信號輸出電壓通過電壓表進行顯示。工作時，學生通過手動模擬汽車旋架高度移動，帶動傳感器轉動，使傳感器信號輸出電壓發生變化，學生可通過各檢測點進行檢測。各斷點、虛接點為故障設置點，通過故障設置盒進行故障設置。故障指示燈在設置故障狀態點亮。

4.1 實驗箱原始電路的分析整理

由于只有首先設計出系統電路圖，才能選配相應的電器元件，并通過正確的裝配焊接完成整個實驗箱電路系統的搭建。所以設計本實驗箱電路的第一步：就是將用到的車身高度傳感器原始電路圖進行詳細的分析整理，看懂并最終整理出一套完整的包括傳感器、電源、接地、輔助件，如導線、保險絲等的車身高度傳感器電路原理圖。

4.2 主體部分電路設計

實驗箱的主體部分涉及到與SDA-300-12型直流穩壓電源的相連導線及傳感器信號線上的檢測插孔的連接；與其相對應，系統主體部分設計的電路就相對較少，光電式車身高度傳感器放在實驗箱上，它插腳上的很多導線都要和實驗箱內的元器件相連接。

4.3 控制部分電路設計

系統控制部分電路的設計主要是在從原始電路中整理出來的車身高度傳感器電路圖上加入或舍去一些線路元件，控制部分電路是實驗箱電路最重要的組成部分，目的是將此實驗箱所需的開關、指示燈等元件相互連接起來，詳細設計過程如下：

4.3.1 故障設置開關的選擇

系統故障設置開關是車身高度傳感器實驗箱作為多媒體教學設備的特殊裝置，老師可在教學過程中通過接通或關閉開關人為設置系統故障，于是學生就可使用數字萬用表進行系統故障檢測診斷、分析和排除，進而大大提高學生實際操作動手能力。

4.3.2 檢測插孔

不同于開關用于設置故障，檢測插孔的設計是為了方便學生通過檢測相應的信號或參數從而排除故障。和故障開關相似的，檢測插孔也是本實驗箱的特殊設計。

5 系統開設的實驗項目

本實驗箱的軟硬件系統開發工作已經完成，并制作出了樣機用于對系統進行測試，同時開發了一些相關實驗項目，系統測試結果非常令人滿意，實現了我們的設計目標。目前根據該實驗箱可開設的實驗項目有：汽車車身高度傳感器結構組成認知實驗；汽車車身高度調節工作過程演示實驗；車身高度傳感器故障檢修實驗等。

參考文獻

[1]宋福昌.汽車傳感器識別與檢測圖解[M].北京：電子工業出版社，2006.

中圖分類號：TP212

文獻標識碼：A