电控发动机用液位传感器与ECU匹配方法研究

　　摘要： 随着发动机电控技术发展及用户需求提高，水位传感器、机油液位传感器、燃油液位传感器、尿素液位传感器等液位传感器需求越来越多。发动机电控单元(ECU)采集各种液位传感器信号，采集的信号是否正确，信号处理及数据标定是否正确，关系发动机是否可以正常运行。本文详细阐述发动机上各种液位传感器与ECU匹配方法，为液位传感器电路设计、ECU电路设计、软件设计及数据标定提供一定的指导。

　　引言

　　液位传感器有水箱液位传感器、机油液位传感器、燃油液位传感器、尿素液位传感器、油中有水传感器等，在不同位置检测不同液体的液位。ECU硬件接口设计要求不同，对液位传感器硬件接口处理电路要求不同。传感器工作原理不同，对应的软件设计及数据标定不同。本文主要介绍液位传感器与ECU如何匹配，为传感器硬件接口处理电路设计、ECU硬件接口电路设计和ECU软件处理方式及数据标定匹配提供指导。

　　1 油中有水传感器与ECU匹配分析

　　1.1 接口电路分析

　　常用的油中有水传感器为数字输出类型。

　　ECU与油中有水传感器接口电路设计如图1所示，ECU内部是上拉10kΩ电阻到5V的数字输入电路，Input PIN针脚采集油中有水传感器传输的电压值，根据电压值大小判断是否有水。传感器接口电路设计为一个NPN三极管，当有水时，三极管工作，导通到地，Input PIN处输出给ECU的电压V1≤0.5V。在没有水时，三极管不工作，Input PIN处输出给ECU的电压V2≥4V，ECU根据电压值判断是否有水。

　　传感器的供电和地来自于ECU，如果地线来自于车架搭铁，会產生地线电压不稳，给传感器信号带来干扰。

　　1.2 软件逻辑分析

　　油中有水传感器可以通过CAN报文发送信息给ECU;可以是模拟输出类型，给ECU发送模拟信号;也可以传输给ECU一个数字信号。本文主要介绍数字输出类型。

　　软件逻辑如图2所示。

　　①传感器设计有高电平有效，有低电平有效，根据传感器输出高低电平状态进行判断;

　　②若传感器为低电平有效，则进行下一步;若传感器设计是高电平有效，需要将应用层的取反开关置1，转换成低有效状态;

　　③由于输出信号在高低电平变化时会出现抖动现象，因此需要进行防抖处理;

　　④若传感器处于有水状态，进行报警;

　　⑤若传感器处于无水状态，则流程结束。

　　1.3 数据标定分析

　　①首先通过标定选择传感器走数字类型;

　　②根据传感器高低有效状态选择取反开关是否置1;

　　③标定去抖的标定量根据现有经验标定值为600ms左右，时间太短，达不到防抖动的处理，时间过长，会滤掉真正的故障;

　　④在T15上电后，油中有水传感器进行初始化，信号输出有效电平持续时间约为700ms，大于去抖的标定时间600ms，因此会误报故障。故在报故障检测标定时，将上电检测故障标定为不进行故障检测，时间为3s，即在T15上电，3s以后进行故障检测。

　　2 尿素液位传感器与ECU匹配分析

　　2.1 接口电路分析

　　常用的尿素液位传感器为电阻类型，即不同的液位下，传感器的阻值不同。

　　图3为传感器与ECU匹配的IO电路，R传为尿素液位传感器的电阻值，R2的一端接到V1(5V)，另一端与传感器内部的电阻R传分压，Input PIN端即为分压后的电压，电压信号经π型滤波电路后进入MCU的AD通道。不同的液位下，传感器的阻值是不同的，与R2分压后，电压值是不同的，ECU硬件采集这个电压值，在应用层软件中，将采集的电压值通过CURVE转换为液位值。

　　2.2 软件逻辑分析

　　尿素液位传感器有两种，一种是ECU直接采集电压，一种是通过CAN报文传输给ECU，本文主要介绍ECU直接采集电压值类型。

　　软件逻辑如图4所示。

　　①将底层采集的电压值传输到应用层;

　　②判断电压值是否超预设最大值或最小值，即检测传感器信号是否存在对5V短路或对地短路或开路或传感器损坏故障。若有故障，进行故障报警;

　　③若无故障，将采集的电压值转换成物理值即液位值，单位mm;

　　④检测物理值是否超预设的最大值或最小值，即检测此时液位是否在合理范围内。若不在合理范围内，进行故障报警;

　　⑤若无故障，将采集的物理值转换成以%为单位的液位信息;

　　⑥讲过PT滤波得到最终尿素箱液位。

　　2.3 数据标定分析

　　①首先通过标定选择传感器走硬线直接采集;

　　②标定电压值的SRC标定量;

　　③将电压值转换成液位值，如表1所示(只截取部分数据)，将数据标定到对应的CUR中;

　　④根据液位正常使用范围，标定物理值的SRC。

　　3 机油液位传感器与ECU匹配分析

　　3.1 接口电路分析

　　大缸径柴油机上机油液位一般为浮子式，原理图及实物拆检图如图5和图6所示，是一个普通的开关类型，对于ECU来说高有效数字输入和低有效数字输入都可以满足使用要求。

　　3.2 软件逻辑分析

　　机油液位传感器有多种类型，有数字输出类型，有CAN报文类型，有模拟输出类型。本文主要介绍数字输出类型的。

　　软件逻辑如图7所示。

　　①传感器的安装方向，决定其是常开开关还是常闭开关。

　　传感器有向上安装，也有向下安装的。

　　当向上安装时，油位高时，浮子上浮，开关是闭合的，两个端子导通;油位低于一定位置时，浮子向下落，开关断开，两个端子不导通，此时为常闭开关;

　　当传感器向下安装时，结果相反，为常开开关。

　　因此需要软件做取反逻辑。

　　②由于输出信号在高低电平变化时会出现抖动现象，因此需要进行防抖处理;

　　③若传感器处于低油位时，进行报警;

　　④若传感器处于高油位时，则流程结束。

　　3.3 數据标定分析

　　①首先通过标定选择传感器走硬线还是CAN类型;

　　②根据传感器高低有效状态选择取反开关是否置1;

　　③标定去抖的标定量根据现有经验标定值为600ms左右。

　　4 结束语

　　液位传感器在电控发动机中的应用越来越多，传感器与ECU硬件匹配、软件设计及数据标定是否合理，直接影响发动机的正常运行。

　　参考文献：

　　[1]国树文.传感器检测技术在汽车电控发动机中应用[J].科技创新与应用，2016(28).

　　[2]何金戈.汽车传感器原理与检修[M].化学工业出版社，2015.

　　[3]杨小玲.液位测量技术研究[D].上海交通大学，2003.

　　[4]魏朝廷.柴油机高压共轨系统电子控制单元硬件的研究与开发[D].昆明理工大学，2014.

　　[5]葛兆凤.电控发动机传感器与控制单元匹配方法介绍[J].自然科学，2020.

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文章名称： 电控发动机用液位传感器与ECU匹配方法研究

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