电控发动机用液位传感器与ECU匹配方法研究

2022-01-06葛兆凤李永昌张勇

内燃机与配件 2022年1期

关键词：匹配

葛兆凤李永昌张勇

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。

Abstract： With the development of engine electronic control technology and the increase of user demand， water level sensor， oil level sensor， fuel level sensor， urea level sensor and other liquid level sensors demand more and more.The electronic control unit （ECU） collects various level sensor signals. Whether the collected signals are correct， whether the signal processing and data calibration are correct， is related to whether the engine can run normally.This paper describes in detail the matching methods of engine level sensors and ECU， which provides some guidance for the circuit design of level sensor， ECU circuit design， software design and data calibration.

关键词：液位传感器;电控单元ECU;匹配

Key words： liquid level sensor;electric control unit ECU;matching

中图分类号：TK403   文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2022）01-0004-03

0 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;