發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u13868發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述 1255761.1發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 1113851.2研究現(xiàn)狀及成果 221996參考文獻(xiàn) 51.1發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)30年代，汽油電控發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用，50年代在汽車上開(kāi)始應(yīng)用，目前已進(jìn)入實(shí)用化、產(chǎn)品化階段。但隨技術(shù)的發(fā)展，燃料消耗、廢氣排放和動(dòng)力性三方面性能要求的不斷提高，柴油機(jī)電控技術(shù)因其燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等的特點(diǎn)，且噴射壓力為汽油機(jī)噴射壓力的成百上千倍，并具有良好的控制精度、快速的響應(yīng)和靈活的控制算法，逐漸成為當(dāng)今特種車輛發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)。電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射系統(tǒng)由傳感器、控制器（ECU）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、噴油時(shí)刻、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同時(shí)輸入控制器(ECU)，與已儲(chǔ)存的設(shè)定參數(shù)值或參數(shù)圖譜進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值或計(jì)算后的目標(biāo)值把指令送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行器根據(jù)控制器（ECU）指令控制噴油量(供油齒條位置或電磁閥關(guān)閉持續(xù)時(shí)間)和噴油正時(shí)(正時(shí)控制閥開(kāi)閉或電磁閥關(guān)閉始點(diǎn))，同時(shí)對(duì)廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳，見(jiàn)圖1.1。從圖1.1可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)的電控過(guò)程中，傳感器是最基礎(chǔ)的部件，控制器（ECU）是根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、流量計(jì)量單元、水溫傳感器等提供的發(fā)動(dòng)機(jī)和整車工況信息以及ECU存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出基本噴油量、修正噴油量、基本點(diǎn)火提前角和修正點(diǎn)火提前角。如根據(jù)凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器提供的信息，確定噴油順序；如通過(guò)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器提供的信息，確定噴油時(shí)刻和點(diǎn)火時(shí)刻等，最后ECU通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)分別輸出到噴油器和點(diǎn)火動(dòng)力組件等執(zhí)行器。此外，ECU會(huì)隨時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出電路及相應(yīng)的零部件，如果發(fā)生故障，便將與此故障相應(yīng)的故障碼存入ECU的故障碼存儲(chǔ)單元并點(diǎn)亮故障報(bào)警燈，提醒駕駛員系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要進(jìn)行維修。但是，如果缺少了曲軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)和凸輪軸位置傳感器信號(hào)，ECU就會(huì)失去控制噴油時(shí)刻和點(diǎn)火時(shí)刻的依據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)也就無(wú)法繼續(xù)工作，由此可見(jiàn)，在提供給ECU的諸多傳感器信號(hào)中，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)和凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)是ECU點(diǎn)火裝置中最重要的信息[7]。圖1.1某車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)及其部件組成曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器統(tǒng)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，一種感應(yīng)式傳感器，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸準(zhǔn)確角度位置及凸輪軸準(zhǔn)確角度位置。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器有磁電式、霍爾式以及光電式三種，但在特種車輛電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中，因需減少電磁的相互干擾，通常采用磁電式結(jié)構(gòu)。1.2研究現(xiàn)狀及成果磁電式轉(zhuǎn)速傳感器工作時(shí)遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，即是以轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪和傳感器內(nèi)部的磁鋼產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，通過(guò)切割不斷變化的磁感線在線圈內(nèi)部生產(chǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而輸出電壓信號(hào)[8]。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器因不需要外部供電電源，且輸出阻抗小，具有一定的頻率響應(yīng)范圍，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量、抗電磁干擾性好且操作簡(jiǎn)便、安裝方便，能在惡劣條件下工作等特點(diǎn)[9]，常常被使用在一些特定的環(huán)境中，如波音飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)大部分轉(zhuǎn)速傳感器均采用的是磁電式結(jié)構(gòu)的，見(jiàn)表1.1。表1.1波音飛機(jī)不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的轉(zhuǎn)速傳感器類別序號(hào)發(fā)動(dòng)型號(hào)測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)速傳感器類別應(yīng)用機(jī)型1CF6-80C2N1磁電式傳感器（38齒）B747-400N2磁電式傳感器（12齒）2CF34-8C1N1磁電式傳感器CRT700N2磁電式傳感器（8齒）3CFM56-7BN1磁電式傳感器（30齒）B737-600/-700BBJ,COMBIN2磁電式傳感器（71齒）4Genx-1BN1磁電式傳感器B787B747-800N2磁電式傳感器5PW4090N1磁電式傳感器（60齒）B777N2永磁交流測(cè)速發(fā)電機(jī)在汽車傳感器方面，國(guó)外的一些公司，如博世，起步較早，在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，其很多先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，在高水平大規(guī)模的發(fā)展基礎(chǔ)上，已經(jīng)逐漸朝著智能化、集成化、多功能化、微型化的方向發(fā)展。目前，在世界汽車傳感器制造行業(yè)中，占領(lǐng)著較大的汽車傳感器市場(chǎng)份額。[10]在我國(guó)的民用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)應(yīng)用也比較廣泛，如濰柴、上柴、玉柴等國(guó)內(nèi)知名發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家均采用了博世生產(chǎn)的傳感器。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的汽車傳感器研究與應(yīng)用起步較晚，但隨各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大批的研究者都加入到磁電式轉(zhuǎn)速傳感器性能提升的研究中，并也取得到了一定的研究成果。如：a）1989年，黎延云[11]以用漸開(kāi)線齒輪激勵(lì)“ㄇ”型傳感器為列，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，用分析此路的方法推導(dǎo)其電動(dòng)勢(shì)幅度公式，給出了工作間隙與電勢(shì)靈敏度之間的關(guān)系；b）2006年，武漢理工大學(xué)關(guān)北海[12]利用六西格瑪主要工具GR&R，DOE，SPC和Minitab軟件，監(jiān)控轉(zhuǎn)速傳感器注塑成型的工藝過(guò)程，較好地解決了翹曲變形導(dǎo)致功能長(zhǎng)度超差問(wèn)題，給出了轉(zhuǎn)速傳感器注塑成型的具體工藝過(guò)程及工藝參數(shù)；c）2006年，合肥工業(yè)大學(xué)汪知望[13]設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種變磁阻激勵(lì)磁電式輪速傳感器，然后對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究，計(jì)算出評(píng)價(jià)傳感器動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)——固有頻率和阻尼比，且表明該輪速傳感器具有較好的動(dòng)態(tài)特性，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)輪速的變化情況；d）2009年，陳思娟、王海濤[14]通過(guò)調(diào)整磁電式轉(zhuǎn)速的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能，來(lái)增大磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓，并對(duì)各種方法進(jìn)行了比較，給出了“當(dāng)外部環(huán)境一定的情況下，改善傳感器內(nèi)部磁路的導(dǎo)磁性能，可以有效地增大傳感器的輸出?！钡慕Y(jié)論；e）2013年，余志科[15]利用上海某企業(yè)“ABS轉(zhuǎn)速傳感器性能檢測(cè)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目，針對(duì)企業(yè)提出的兩個(gè)問(wèn)題“提高生產(chǎn)效率和對(duì)傳感器做故障分析”，通過(guò)研究磁電式轉(zhuǎn)速傳感器和霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的原理，分析和歸納汽車轉(zhuǎn)速傳感器主要存在的故障，開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)速傳感器性能檢測(cè)系統(tǒng)，提升了轉(zhuǎn)速傳感器的出廠合格率，在故障診斷方面一有很大的作用；f）2014年，顧寶龍[16]等人針對(duì)航空高溫惡劣的測(cè)試環(huán)境，優(yōu)化設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)、封裝和測(cè)試系統(tǒng)，研制出國(guó)產(chǎn)耐高溫、高性能的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，以替代同類進(jìn)口產(chǎn)品；g）2016年，馮翠平[17]等人針對(duì)某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器斷線問(wèn)題，通過(guò)性能測(cè)試，對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)分析以及失效原因分析，找到了使傳感器發(fā)生斷線的原因；h）2017年，廈門大學(xué)黃群[18]采用Ni和FeBSiC非晶分別作為磁致伸縮材料，鋯鈦酸鉛(PZT)為壓電材料，速干膠為粘結(jié)劑，制備了Ni/PZT、非晶/PZT的磁電復(fù)合材料。并采用這種磁電復(fù)合材料制作了轉(zhuǎn)速傳感器。然后在搭建的傳感器測(cè)試平臺(tái)（采用帶有減速機(jī)和編碼器的直流電機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速源），用于測(cè)試制備的轉(zhuǎn)速傳感器的性能，對(duì)比研究電磁線圈和這款采用磁電復(fù)合材料的傳感器在不同轉(zhuǎn)速下的輸出性能。通過(guò)試驗(yàn)表明在低轉(zhuǎn)速下采用磁電復(fù)合材料磁電傳感器依舊保持了平穩(wěn)的信號(hào)輸出，靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁線圈；i）2018年，段智超在基于CFM56航空發(fā)動(dòng)機(jī)N1轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)平臺(tái)上建立物理模型，然后使用AnsoftMaxwell進(jìn)行電磁分析獲得原始信號(hào)，再使用軟件Matlab進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的方式，建立信號(hào)調(diào)理電路的數(shù)值計(jì)算模型。分析不同齒輪構(gòu)型、工作環(huán)境溫度以及齒輪的機(jī)械故障對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響，研究與被測(cè)齒輪相關(guān)的傳感器失效模式，為開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器適航審定提供理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]徐燕.論新工業(yè)發(fā)展背景下傳感器技術(shù)在汽車上的應(yīng)用及發(fā)展方向[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2016，12：20-22.[2]張波.汽車電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].機(jī)電技術(shù)應(yīng)用，2020，07：179-180.[3]ZidaniF，DialloD，BenbouzidM.Diagnosisofspeedsensorfailureininductionmotordrive[C].ElectricMachines&DrivesConference，2007.[4]MerrillW，DelaatJ，BrutonW.Advanceddetection，isolationandaccommodationofsensorfailures-real-timeevaluation[J].JournalofGuidanceControl&Dynamics，1988，11(6):162-169.[5]FreitasP,SilvaF,MeloL.Giantmagnetoresistivesensorsforrotationalspeedcontrolandcurrentmonitoringapplications[C].InternationalConferenceonElectronics，CircuitsandSystems，1999[6]中國(guó)民用航空局.航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定[S}.北京:中國(guó)民航航空局，2012.[7]胡新強(qiáng).汽油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)ECU技術(shù)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2007.[8]段智超.航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器失效模式研究[D].中國(guó)民航大學(xué)，2018.[9]莫福廣，梁源飛.磁電式轉(zhuǎn)速傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2014，08：186-188.[10]陳航.淺談車用傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].河北農(nóng)機(jī)，2014，07：61-62.[11]黎延云.磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的電壓特性與應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，1989，09：21-27.[12]關(guān)北海.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器工藝優(yōu)化研究[D].武漢理工大學(xué)，2006.[13]汪知望.汽車ABSC磁電式輪速傳感器的動(dòng)態(tài)特性[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006.[14]陳思娟，王海濤.增大磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2009，第30卷第6期增刊：742-745.[15]余志科.汽車轉(zhuǎn)速傳感器性能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2013.[16]顧寶龍，趙振平等.一種應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的小型磁電轉(zhuǎn)速傳感器[J].機(jī)械制造，2016，45（4）：44-47.[17]馮翠平，蘇偉宗.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器失效分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2016，03（1）：266-266.[18]黃群.磁電復(fù)合材料的轉(zhuǎn)速傳感器與性能測(cè)試方法研究[D].廈門大學(xué)，2017.[19]李娟.一種廉價(jià)的基于霍爾元件的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器.2002（1）.[20]盧長(zhǎng)根，周友佳.磁電式速度傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2008，05：48-50.[21]張鵬，李穎暉，朱福城.基于MATLAB的航空用同步發(fā)電機(jī)故障暫態(tài)模型仿真[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（1）：25-29.[22]陳毅.航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷研究[D].南京航空航天大學(xué)，2007.[23]彭艷，邵呂霞.航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，14(1):1-4.[24]xiao