一种车高传感器实验箱的设计与实现

张永新（北京信息职业技术学院，北京　100070）



一种车高传感器实验箱的设计与实现

张永新
（北京信息职业技术学院，北京100070）

摘要：本文主要提出了一种以教学为目的车身高度传感器实验箱设计。本实验箱只是满足汽车传感器教学需要，故它的特点是结构相对较为简单，通过车身高度传感器对车身高度进行实时检测与显示，控制箱上安装了用于检测的插孔、故障检修设置开关，并且画出了线路图，使学生在教学过程中能非常直观地检测并通过故障设置开关强化他们的动手实践能力，从而大大提高老师的教学效果。

关键词：实训箱；车身高度；传感器系统设计

1 引言

现代汽车电子技术从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心技术之一就是传感器在汽车上的广泛应用。本设计为了能使学生在实践过程中能直观地学习掌握车身高度传感器的工作原理并使之加深印象，达到较好的教学效果，特地有针对性地设计了实验箱的结构，选定相应的元器件，搭接电路。

2 开发实验箱的背景与意义

我在调研中发现国内汽车传感器实训教学设备生产厂家较少，存在产品空白。其生产的产品无相应的国家标准，各厂家按照本厂的标准进行生产，而且是单件小批量生产。在现有产品中，汽车传感器教学设备较为落后，以演示为主，学生动手实验的效果较差，产品设计水平不高，教学实用性不足。该选题的目的在于：增加设备的教学直观性、实用性，把理论教学与实物教学有机的结合起来，推进情景教学、仿真教学等教学模式在我院的进一步发展，逐步形成教学与科研相结合的多功能实验室和实训基地。选题的意义：旨在创建北京市高水平的汽车电子技术职业教育实训基地，打造精品特色专业，使我院真正担负起本市汽车电子技术类学生实训、教师培养以及职业技能鉴定的任务，实现优质资源共享。

3 光电式车身高度传感器作用及工作原理

空气悬架ECU通过分析各个相关传感器的反馈信息，计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门，从而使电控空气悬架随行驶及路面状况不同而随时变化，车身高度传感器的作用就是检测汽车行驶时车身高度的变化情况，并转换成电信号输入电控悬架系统的ECU。在汽车正常行驶过程中，电控空气弹簧特性变软、阻尼变弱，提高了乘客乘坐舒适性，如果汽车急速启动或急转弯及紧急制动时，ECU控制空气弹簧迅速转换成较强的阻尼及硬朗的特性，从而提高了车身的通过性和稳定性。在车速比较慢时车身高度又可恢复正常，此系统的电控减振器还能调整汽车高度，可以随车速增加到设定数值就降低车身高度，以减小离地间隙，减少风阻从而降低了车身的重心并节省了能源。汽车电控主动悬架系统中，要对车身高度进行检测与调节，一般只需在悬架上安装三个车身高度传感器即可，所以高度传感器是电控悬架上最常见，也是最重要的传感器，主要进行监测车底高度的变化。它可以采用光敏三极管或者光电二极管，将车辆乘坐高度变化的信号传送至电控悬架ECU；它也可以是霍尔效应式传感器，一种以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使电控悬架ECU能准确地计算出车辆的行驶高度，从而能够补偿道路的变化，有效地防止了车辆托底故障的发生。本实验箱采用的是光电式车身高度传感器，它的具体工作原理如下，当车身的高度发生改变时，其内部的导杆带动转轴转动，带槽的金属圆盘扫过光耦合器组，使光耦合器组相对应的光敏晶体管和发光二极管上的光线发生“开/关”的转换，于是光敏晶体管把接收到的光线转变成电信号，通过导线传送给电控悬架ECU。ECU根据每一个光耦合器上每组光敏晶体管和发光二极管发生“开/关”转变的不同组合，从而分析出金属圆盘转过的角度，进一步计算出电控悬架高度的变化的具体数值。

4 系统的电路设计

车身高度检测采用前、中、后三个传感器进行检测，对应2、3、4三个信号输出电压，1为直流12伏电源电压，6为接地点。信号输出电压通过电压表进行显示。工作时，学生通过手动模拟汽车旋架高度移动，带动传感器转动，使传感器信号输出电压发生变化，学生可通过各检测点进行检测。各断点、虚接点为故障设置点，通过故障设置盒进行故障设置。故障指示灯在设置故障状态点亮。

4.1 实验箱原始电路的分析整理

由于只有首先设计出系统电路图，才能选配相应的电器元件，并通过正确的装配焊接完成整个实验箱电路系统的搭建。所以设计本实验箱电路的第一步：就是将用到的车身高度传感器原始电路图进行详细的分析整理，看懂并最终整理出一套完整的包括传感器、电源、接地、辅助件，如导线、保险丝等的车身高度传感器电路原理图。

4.2 主体部分电路设计

实验箱的主体部分涉及到与SDA-300-12型直流稳压电源的相连导线及传感器信号线上的检测插孔的连接；与其相对应，系统主体部分设计的电路就相对较少，光电式车身高度传感器放在实验箱上，它插脚上的很多导线都要和实验箱内的元器件相连接。

4.3 控制部分电路设计

系统控制部分电路的设计主要是在从原始电路中整理出来的车身高度传感器电路图上加入或舍去一些线路元件，控制部分电路是实验箱电路最重要的组成部分，目的是将此实验箱所需的开关、指示灯等元件相互连接起来，详细设计过程如下：

4.3.1 故障设置开关的选择

系统故障设置开关是车身高度传感器实验箱作为多媒体教学设备的特殊装置，老师可在教学过程中通过接通或关闭开关人为设置系统故障，于是学生就可使用数字万用表进行系统故障检测诊断、分析和排除，进而大大提高学生实际操作动手能力。

4.3.2 检测插孔

不同于开关用于设置故障，检测插孔的设计是为了方便学生通过检测相应的信号或参数从而排除故障。和故障开关相似的，检测插孔也是本实验箱的特殊设计。

5 系统开设的实验项目

本实验箱的软硬件系统开发工作已经完成，并制作出了样机用于对系统进行测试，同时开发了一些相关实验项目，系统测试结果非常令人满意，实现了我们的设计目标。目前根据该实验箱可开设的实验项目有：汽车车身高度传感器结构组成认知实验；汽车车身高度调节工作过程演示实验；车身高度传感器故障检修实验等。

参考文献

[1]宋福昌.汽车传感器识别与检测图解[M].北京：电子工业出版社，2006.

中图分类号：TP212

文献标识码：A