摘要： 隨著發(fā)動機(jī)電控技術(shù)發(fā)展及用戶需求提高，水位傳感器、機(jī)油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器等液位傳感器需求越來越多。發(fā)動機(jī)電控單元(ECU)采集各種液位傳感器信號，采集的信號是否正確，信號處理及數(shù)據(jù)標(biāo)定是否正確，關(guān)系發(fā)動機(jī)是否可以正常運(yùn)行。本文詳細(xì)闡述發(fā)動機(jī)上各種液位傳感器與ECU匹配方法，為液位傳感器電路設(shè)計(jì)、ECU電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)標(biāo)定提供一定的指導(dǎo)。

　　引言

　　液位傳感器有水箱液位傳感器、機(jī)油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器、油中有水傳感器等，在不同位置檢測不同液體的液位。ECU硬件接口設(shè)計(jì)要求不同，對液位傳感器硬件接口處理電路要求不同。傳感器工作原理不同，對應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)標(biāo)定不同。本文主要介紹液位傳感器與ECU如何匹配，為傳感器硬件接口處理電路設(shè)計(jì)、ECU硬件接口電路設(shè)計(jì)和ECU軟件處理方式及數(shù)據(jù)標(biāo)定匹配提供指導(dǎo)。

　　1 油中有水傳感器與ECU匹配分析

　　1.1 接口電路分析

　　常用的油中有水傳感器為數(shù)字輸出類型。

　　ECU與油中有水傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖1所示，ECU內(nèi)部是上拉10kΩ電阻到5V的數(shù)字輸入電路，Input PIN針腳采集油中有水傳感器傳輸?shù)碾妷褐?，根?jù)電壓值大小判斷是否有水。傳感器接口電路設(shè)計(jì)為一個(gè)NPN三極管，當(dāng)有水時(shí)，三極管工作，導(dǎo)通到地，Input PIN處輸出給ECU的電壓V1≤0.5V。在沒有水時(shí)，三極管不工作，Input PIN處輸出給ECU的電壓V2≥4V，ECU根據(jù)電壓值判斷是否有水。

　　傳感器的供電和地來自于ECU，如果地線來自于車架搭鐵，會產(chǎn)生地線電壓不穩(wěn)，給傳感器信號帶來干擾。

　　1.2 軟件邏輯分析

　　油中有水傳感器可以通過CAN報(bào)文發(fā)送信息給ECU;可以是模擬輸出類型，給ECU發(fā)送模擬信號;也可以傳輸給ECU一個(gè)數(shù)字信號。本文主要介紹數(shù)字輸出類型。

　　軟件邏輯如圖2所示。

　　①傳感器設(shè)計(jì)有高電平有效，有低電平有效，根據(jù)傳感器輸出高低電平狀態(tài)進(jìn)行判斷;

　　②若傳感器為低電平有效，則進(jìn)行下一步;若傳感器設(shè)計(jì)是高電平有效，需要將應(yīng)用層的取反開關(guān)置1，轉(zhuǎn)換成低有效狀態(tài);

　?、塾捎谳敵鲂盘栐诟叩碗娖阶兓瘯r(shí)會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，因此需要進(jìn)行防抖處理;

　?、苋魝鞲衅魈幱谟兴疇顟B(tài)，進(jìn)行報(bào)警;

　　⑤若傳感器處于無水狀態(tài)，則流程結(jié)束。

　　1.3 數(shù)據(jù)標(biāo)定分析

　?、偈紫韧ㄟ^標(biāo)定選擇傳感器走數(shù)字類型;

　?、诟鶕?jù)傳感器高低有效狀態(tài)選擇取反開關(guān)是否置1;

　?、蹣?biāo)定去抖的標(biāo)定量根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)標(biāo)定值為600ms左右，時(shí)間太短，達(dá)不到防抖動的處理，時(shí)間過長，會濾掉真正的故障;

　?、茉赥15上電后，油中有水傳感器進(jìn)行初始化，信號輸出有效電平持續(xù)時(shí)間約為700ms，大于去抖的標(biāo)定時(shí)間600ms，因此會誤報(bào)故障。故在報(bào)故障檢測標(biāo)定時(shí)，將上電檢測故障標(biāo)定為不進(jìn)行故障檢測，時(shí)間為3s，即在T15上電，3s以后進(jìn)行故障檢測。

　　2 尿素液位傳感器與ECU匹配分析

　　2.1 接口電路分析

　　常用的尿素液位傳感器為電阻類型，即不同的液位下，傳感器的阻值不同。

　　圖3為傳感器與ECU匹配的IO電路，R傳為尿素液位傳感器的電阻值，R2的一端接到V1(5V)，另一端與傳感器內(nèi)部的電阻R傳分壓，Input PIN端即為分壓后的電壓，電壓信號經(jīng)π型濾波電路后進(jìn)入MCU的AD通道。不同的液位下，傳感器的阻值是不同的，與R2分壓后，電壓值是不同的，ECU硬件采集這個(gè)電壓值，在應(yīng)用層軟件中，將采集的電壓值通過CURVE轉(zhuǎn)換為液位值。

　　2.2 軟件邏輯分析

　　尿素液位傳感器有兩種，一種是ECU直接采集電壓，一種是通過CAN報(bào)文傳輸給ECU，本文主要介紹ECU直接采集電壓值類型。

　　軟件邏輯如圖4所示。

　?、賹⒌讓硬杉碾妷褐祩鬏?shù)綉?yīng)用層;

　?、谂袛嚯妷褐凳欠癯A(yù)設(shè)最大值或最小值，即檢測傳感器信號是否存在對5V短路或?qū)Φ囟搪坊蜷_路或傳感器損壞故障。若有故障，進(jìn)行故障報(bào)警;

　　③若無故障，將采集的電壓值轉(zhuǎn)換成物理值即液位值，單位mm;

　?、軝z測物理值是否超預(yù)設(shè)的最大值或最小值，即檢測此時(shí)液位是否在合理范圍內(nèi)。若不在合理范圍內(nèi)，進(jìn)行故障報(bào)警;

　　⑤若無故障，將采集的物理值轉(zhuǎn)換成以%為單位的液位信息;

　　⑥講過PT濾波得到最終尿素箱液位。

　　2.3 數(shù)據(jù)標(biāo)定分析

　　①首先通過標(biāo)定選擇傳感器走硬線直接采集;

　　②標(biāo)定電壓值的SRC標(biāo)定量;

　?、蹖㈦妷褐缔D(zhuǎn)換成液位值，如表1所示(只截取部分?jǐn)?shù)據(jù))，將數(shù)據(jù)標(biāo)定到對應(yīng)的CUR中;

　　④根據(jù)液位正常使用范圍，標(biāo)定物理值的SRC。

　　3 機(jī)油液位傳感器與ECU匹配分析

　　3.1 接口電路分析

　　大缸徑柴油機(jī)上機(jī)油液位一般為浮子式，原理圖及實(shí)物拆檢圖如圖5和圖6所示，是一個(gè)普通的開關(guān)類型，對于ECU來說高有效數(shù)字輸入和低有效數(shù)字輸入都可以滿足使用要求。

　　3.2 軟件邏輯分析

　　機(jī)油液位傳感器有多種類型，有數(shù)字輸出類型，有CAN報(bào)文類型，有模擬輸出類型。本文主要介紹數(shù)字輸出類型的。

　　軟件邏輯如圖7所示。

　?、賯鞲衅鞯陌惭b方向，決定其是常開開關(guān)還是常閉開關(guān)。

　　傳感器有向上安裝，也有向下安裝的。

　　當(dāng)向上安裝時(shí)，油位高時(shí)，浮子上浮，開關(guān)是閉合的，兩個(gè)端子導(dǎo)通;油位低于一定位置時(shí)，浮子向下落，開關(guān)斷開，兩個(gè)端子不導(dǎo)通，此時(shí)為常閉開關(guān);

　　當(dāng)傳感器向下安裝時(shí)，結(jié)果相反，為常開開關(guān)。

　　因此需要軟件做取反邏輯。

　　②由于輸出信號在高低電平變化時(shí)會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，因此需要進(jìn)行防抖處理;

　　③若傳感器處于低油位時(shí)，進(jìn)行報(bào)警;

　　④若傳感器處于高油位時(shí)，則流程結(jié)束。

　　3.3 數(shù)據(jù)標(biāo)定分析

　?、偈紫韧ㄟ^標(biāo)定選擇傳感器走硬線還是CAN類型;

　?、诟鶕?jù)傳感器高低有效狀態(tài)選擇取反開關(guān)是否置1;

　　③標(biāo)定去抖的標(biāo)定量根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)標(biāo)定值為600ms左右。

　　4 結(jié)束語

　　液位傳感器在電控發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用越來越多，傳感器與ECU硬件匹配、軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)標(biāo)定是否合理，直接影響發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]國樹文.傳感器檢測技術(shù)在汽車電控發(fā)動機(jī)中應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(28).

　　[2]何金戈.汽車傳感器原理與檢修[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

　　[3]楊小玲.液位測量技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2003.

　　[4]魏朝廷.柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)電子控制單元硬件的研究與開發(fā)[D].昆明理工大學(xué)，2014.

　　[5]葛兆鳳.電控發(fā)動機(jī)傳感器與控制單元匹配方法介紹[J].自然科學(xué)，2020.