張景海　陶敏　張萌

摘? 要? 隨著人工智能、5G技術(shù)的逐漸普及，無人駕駛、高級(jí)輔助駕駛快速發(fā)展，大幅降低人為失誤帶來的交通風(fēng)險(xiǎn)、提高交通運(yùn)輸效率，保證交通運(yùn)輸安全、迅速、推進(jìn)綠色交通發(fā)展。傳感器是自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵，結(jié)合新時(shí)代對(duì)人才的需求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)車用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞? 車用傳感技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；傳感器；噴油脈寬

中圖分類號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2023）03-0143-03

0? 引言

隨著汽車制造技術(shù)發(fā)展日新月異，汽車技術(shù)領(lǐng)域大量應(yīng)用電子信息技術(shù)，其中傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一，針對(duì)車機(jī)系統(tǒng)全況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。汽車技術(shù)智能化、數(shù)字化的發(fā)展，需要高精度的傳感器集成，采集汽車的實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車智能化監(jiān)控[1]。本文利用A1000發(fā)動(dòng)機(jī)電控部件聯(lián)機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和AETS上位機(jī)軟件汽車ECU教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行車用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為深入研究車用傳感器技術(shù)培養(yǎng)人才，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展。

1? 車用傳感技術(shù)簡介

汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究核心之一就是汽車傳感器，汽車傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，也是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件和汽車電子控制系統(tǒng)的輸入來源。汽車傳感器對(duì)壓力、流量、溫度、振動(dòng)和速度等各種指標(biāo)進(jìn)行快速、無誤的測(cè)量與控制。傳感器的數(shù)量越多說明針對(duì)車機(jī)的設(shè)計(jì)越復(fù)雜、功能越完善。所以汽車傳感器在汽車領(lǐng)域市場(chǎng)倍受歡迎，汽車的需求量越高，汽車傳感器在市場(chǎng)中的價(jià)格也會(huì)隨之提高，通過汽車傳感器就可以了解汽車的需求量。車輛本身所需的信息包括車輛運(yùn)行時(shí)各傳感器產(chǎn)生的實(shí)時(shí)參數(shù)信息、車輛發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的異常信息、車輛啟動(dòng)時(shí)車機(jī)檢查各組件的狀態(tài)信息、車輛保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的常規(guī)數(shù)據(jù)信息和實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛駕駛操作參數(shù)信息等[2]。

2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題

車用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是激發(fā)學(xué)生對(duì)傳感器的主觀學(xué)習(xí)性、讓學(xué)生深入了解汽車傳感器的工作原理、在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中鍛煉學(xué)生對(duì)傳感器故障的診斷能力的主要教學(xué)方案。通過實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等流程。要求每位學(xué)生均要獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)仍存在一定的問題[3]。

2.1? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)試性

2.1.1? 忽視學(xué)生的主體作用

大多學(xué)生均是跟隨教師的詳細(xì)指導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而一旦與指導(dǎo)要求不符，則無法得出正確結(jié)論，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)試性的問題就會(huì)暴露出來。由于忽視學(xué)生的主體作用，導(dǎo)致學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱度消極，降低了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2.1.2? 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中過于注重結(jié)果

得到結(jié)果是一瞬的，而追尋實(shí)驗(yàn)正確性結(jié)果的過程是漫長的。學(xué)生為了得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中過度依賴教師，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏獨(dú)立性。

2.2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)和社會(huì)需求存在偏差

1）導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)故障產(chǎn)生，存在人為設(shè)置的因素，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的需求不相適應(yīng)。

2）由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件設(shè)備老舊落后，教師工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滯后于時(shí)代前沿，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)與社會(huì)需求出現(xiàn)偏離，降低了學(xué)生的積極性和就業(yè)競爭力。

3）學(xué)生通過實(shí)踐教學(xué)掌握汽車傳感器開發(fā)和測(cè)試的流程比較困難，達(dá)不到實(shí)際操作應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

3? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

為改善以上問題，本文以車用常見傳感器之一——爆震傳感器和噴油脈寬計(jì)算為例，以“兩主一心，獨(dú)立自主”為理念設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，利用A1000發(fā)動(dòng)機(jī)電控部件聯(lián)機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和AETS上位機(jī)軟件汽車ECU教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行車用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

3.1? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)概述

3.1.1? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程的重要環(huán)節(jié)，其目的主要是使本專業(yè)學(xué)生了解傳感技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及電子測(cè)量技術(shù)的基本原理，汽車傳感器的基本原理，使學(xué)生了解車用傳感器的基本結(jié)構(gòu)以及安裝位置、拆卸方法、注意事項(xiàng)及養(yǎng)護(hù)規(guī)則，熟悉車用傳感器及測(cè)量過程。了解并掌握氧傳感器、流量傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、爆震傳感器、車速傳感器等傳感器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、傳感器的分類及輸入輸出特性，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)基本噴油脈寬計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法。掌握傳感器的組成結(jié)構(gòu)。掌握傳感器的故障，并分析各故障碼對(duì)應(yīng)的含義與原理。掌握組合儀表中顯示各指示燈的作用與含義及傳感器的檢測(cè)方法與數(shù)據(jù)分析方法。

3.1.2? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1）流量傳感器。流量傳感器將電信號(hào)作為噴油的基本信號(hào)的一種，一般安裝于空氣濾清器后，節(jié)氣門前后。

①測(cè)量電壓：改變空氣流量計(jì)模擬進(jìn)氣流量的變化，得出相應(yīng)的信號(hào)電壓U。

②將進(jìn)氣流量與對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓標(biāo)在坐標(biāo)系中（坐標(biāo)軸，橫坐標(biāo)g/s，縱坐標(biāo)V）

③聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)設(shè)置故障，觀察空氣流量計(jì)信號(hào)波形及整個(gè)電控系統(tǒng)的變化，用解碼器讀取ECU故障碼。

④結(jié)論分析。

2）進(jìn)氣溫度傳感器。進(jìn)氣溫度傳感器安裝在空氣濾清器后進(jìn)氣軟管上或與進(jìn)氣流量傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器組合在一起。

①聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，改變進(jìn)氣溫度大小，測(cè)量噴油脈寬，并填入表1。根據(jù)上表分析進(jìn)氣溫度的變化對(duì)噴油脈寬有何影響？

②測(cè)量電壓：改變進(jìn)氣溫度傳感器溫度的變化，測(cè)量與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓U。

③將進(jìn)氣溫度與對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓標(biāo)在坐標(biāo)系中（坐標(biāo)軸，橫坐標(biāo)℃，縱坐標(biāo)V）。

④結(jié)論分析。

3）壓力傳感器。檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑效果的傳感器，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油主油道上，靠近機(jī)油濾清器。

①通過連接ECU模塊，將傳感器處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，啟動(dòng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，進(jìn)行切換選項(xiàng)，選擇調(diào)節(jié)機(jī)油壓力選項(xiàng)，通過按鍵調(diào)節(jié)壓力參數(shù)，通過觀察儀器機(jī)油壓力參數(shù)值，高壓力值、低壓力值和常規(guī)壓力值時(shí)的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)觀察機(jī)油壓力是否正常。

②結(jié)論分析。

4）氧傳感器。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后排放氣體中測(cè)量含氧量是否超標(biāo)，即氧氣含量，安裝在排氣管上。

①電阻測(cè)試。聯(lián)網(wǎng)模式（連接ECU實(shí)訓(xùn)模塊）在儀器參數(shù)設(shè)置中，將電阻設(shè)置為200 Ω，根據(jù)指示圖定位氧傳感器（G39）針腳號(hào)與ECU端口相應(yīng)針腳號(hào)，測(cè)量氧傳感器對(duì)應(yīng)至電控單元針腳的電阻，其電阻值均應(yīng)小于5 Ω。

②電壓測(cè)試。單機(jī)模式下（連接12 V電源），用確認(rèn)鍵進(jìn)行切換選項(xiàng)，切換至“混合氣”時(shí)，上、下調(diào)節(jié)不同混合氣濃度，測(cè)量電壓變化。

③聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下設(shè)置故障，觀察氧傳感器信號(hào)波形及整個(gè)電控系統(tǒng)變化，用解碼器讀取ECU故障碼。

④結(jié)論分析。

5）位置傳感器。曲軸位置傳感器是位置傳感器的一種，它的功能就是確定曲軸的位置，相當(dāng)于曲軸的轉(zhuǎn)角以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

①設(shè)置故障，觀察曲軸位置傳感器信號(hào)波形與整個(gè)電控系統(tǒng)的變化，用解碼器讀取ECU故障碼。

②信號(hào)波形。將傳感器連接12 V電源并且設(shè)置無聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，調(diào)節(jié)功能按鍵選擇調(diào)整選項(xiàng)，選至“轉(zhuǎn)速設(shè)定值”時(shí)，用上鍵或下鍵對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)整，按“確定”鍵確定。

③結(jié)論分析。

6）凸輪軸位置傳感器。

①聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下啟動(dòng)汽車電控系統(tǒng)部件聯(lián)網(wǎng)模擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，斷開凸輪軸實(shí)訓(xùn)模塊連接，觀察汽車電控系統(tǒng)的實(shí)際變化，分析并得出結(jié)果。

②設(shè)置故障，觀察電控系統(tǒng)的變化，再使用儀器分析解讀故障碼。

③電壓測(cè)試。單機(jī)模式（連接12 V電源）測(cè)量插頭節(jié)點(diǎn)1和3之間的電壓，所測(cè)量的電壓值為5 V左右。

④結(jié)論分析。

6）爆震傳感器。

①在聯(lián)網(wǎng)模式下，通過設(shè)置不同的故障碼，再觀察爆震傳感器信號(hào)波形及整個(gè)電控系統(tǒng)的變化，將錯(cuò)誤信息傳至解碼器讀取ECU故障碼。

②結(jié)論分析。

7）車速傳感器。

①將傳感器連接12 V電源并且在單機(jī)模式下，用操作指示按鈕進(jìn)行調(diào)車速，按“確定”鍵確定，觀察顯示器波形變化。

②聯(lián)網(wǎng)模式下（連接ECU模塊），用確認(rèn)鍵進(jìn)行切換選項(xiàng)，切換至“車速”時(shí)，用上鍵或下鍵調(diào)車速，按“確定”鍵確定，觀察儀表盤車速變化。

③結(jié)論分析。

8）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)噴油參數(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)。

①按實(shí)驗(yàn)操作步驟設(shè)定基本噴油脈寬的計(jì)算參數(shù)，分析不同排量、噴油器流量、目標(biāo)空燃比條件下的基本噴油脈寬差異；根據(jù)指導(dǎo)內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

②結(jié)論分析。

3.2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

1）本節(jié)以“爆震傳感器”為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。爆震傳感器如圖1所示。爆震傳感器也被稱為交流信號(hào)傳感器，但是爆震傳感器與市面上的大多數(shù)交流信號(hào)發(fā)生器存在著許多不同之處，爆震傳感器不僅有著磁電式曲軸和凸輪軸位置傳感器一樣的速度和位置，而且還會(huì)測(cè)量振動(dòng)或機(jī)械壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的原因有許多，例如提前點(diǎn)火，排氣系統(tǒng)不正常，燃油匹配錯(cuò)誤等原因。爆震傳感器將爆震信號(hào)傳輸至控制模塊（PCM），命令控制器重新調(diào)整點(diǎn)火，防止爆震再次發(fā)生。

當(dāng)振動(dòng)或敲缸發(fā)生時(shí)，由于爆震傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)體或汽缸中都進(jìn)行了安置，爆震傳感器震動(dòng)產(chǎn)生電壓峰值，傳感器峰值意味著峰值參數(shù)越大，發(fā)動(dòng)機(jī)敲缸或振動(dòng)頻率越大。其中高頻率表現(xiàn)為爆震或敲缸。將爆震傳感器的頻率設(shè)置為合理范圍之內(nèi)，當(dāng)控制模塊收到不同的頻率信號(hào)時(shí)，通過調(diào)整點(diǎn)火方式，阻止繼續(xù)爆震。爆震傳感器不易損壞，只有當(dāng)本身功能失效時(shí)才會(huì)報(bào)廢損壞。根據(jù)上述爆震傳感器原理，在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生在爆震傳感器頻率范圍內(nèi)分組獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下設(shè)置故障，分析觀察爆震傳感器信號(hào)的波形以及整個(gè)電控系統(tǒng)的變化，通過解碼器讀取ECU故障碼。

2）按照實(shí)驗(yàn)步驟說明，在軟件參數(shù)設(shè)置窗口進(jìn)行基本噴油脈寬的計(jì)算設(shè)置，并體驗(yàn)不同排量、噴油器流量、目標(biāo)空燃比條件下的基本噴油脈寬差異；進(jìn)行多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)形成最終實(shí)驗(yàn)報(bào)告。具體軟件示意圖如圖2所示。

4? 實(shí)施“兩主一心，獨(dú)立自主”教學(xué)模式

針對(duì)車用傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)復(fù)雜度高、內(nèi)容廣、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)從多元化的角度分析，結(jié)合新時(shí)代傳感器的發(fā)展需求，以任務(wù)為引領(lǐng)，以問題為導(dǎo)向[4]，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)踐和創(chuàng)新為主導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的主觀積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，規(guī)避應(yīng)試教學(xué)方式。啟用引導(dǎo)式、研討式等教學(xué)方法，開展“頭腦風(fēng)暴”，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)中以學(xué)生為中心，在教師“教”的范圍之外，注重學(xué)生“學(xué)”的獨(dú)立性，教師“教”在理論，學(xué)生“學(xué)”在實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生應(yīng)當(dāng)互相反饋、互相吸收經(jīng)驗(yàn)，教師更要以“學(xué)生為中心”，站在學(xué)生的角度上，調(diào)整教學(xué)思路、創(chuàng)新指導(dǎo)方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

5? 結(jié)束語

本文基于“兩主一心，獨(dú)立自主”的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)車用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并以爆震傳感器和噴油脈寬計(jì)算為例進(jìn)行詳細(xì)說明?；凇皟芍饕恍?，獨(dú)立自主”的教學(xué)模式，可以使學(xué)生掌握車用傳感器原理、測(cè)量與標(biāo)定軟件等開發(fā)工具的使用，自主完成汽車傳感器的測(cè)量，引導(dǎo)學(xué)生活躍思維，追求創(chuàng)新。在實(shí)踐教學(xué)中更加深刻地領(lǐng)悟新汽車傳感器的運(yùn)行和測(cè)試流程。同時(shí)，能夠?yàn)檎n堂帶來豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將教學(xué)和研究提升一個(gè)層次，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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