摘要： 隨著發動機電控技術發展及用戶需求提高，水位傳感器、機油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器等液位傳感器需求越來越多。發動機電控單元(ECU)采集各種液位傳感器信號，采集的信號是否正確，信號處理及數據標定是否正確，關系發動機是否可以正常運行。本文詳細闡述發動機上各種液位傳感器與ECU匹配方法，為液位傳感器電路設計、ECU電路設計、軟件設計及數據標定提供一定的指導。
引言
液位傳感器有水箱液位傳感器、機油液位傳感器、燃油液位傳感器、尿素液位傳感器、油中有水傳感器等，在不同位置檢測不同液體的液位。ECU硬件接口設計要求不同，對液位傳感器硬件接口處理電路要求不同。傳感器工作原理不同，對應的軟件設計及數據標定不同。本文主要介紹液位傳感器與ECU如何匹配，為傳感器硬件接口處理電路設計、ECU硬件接口電路設計和ECU軟件處理方式及數據標定匹配提供指導。
1 油中有水傳感器與ECU匹配分析
1.1 接口電路分析
常用的油中有水傳感器為數字輸出類型。
ECU與油中有水傳感器接口電路設計如圖1所示，ECU內部是上拉10kΩ電阻到5V的數字輸入電路，Input PIN針腳采集油中有水傳感器傳輸的電壓值，根據電壓值大小判斷是否有水。傳感器接口電路設計為一個NPN三極管，當有水時，三極管工作，導通到地，Input PIN處輸出給ECU的電壓V1≤0.5V。在沒有水時，三極管不工作，Input PIN處輸出給ECU的電壓V2≥4V，ECU根據電壓值判斷是否有水。
傳感器的供電和地來自于ECU，如果地線來自于車架搭鐵，會產生地線電壓不穩，給傳感器信號帶來干擾。
1.2 軟件邏輯分析
油中有水傳感器可以通過CAN報文發送信息給ECU;可以是模擬輸出類型，給ECU發送模擬信號;也可以傳輸給ECU一個數字信號。本文主要介紹數字輸出類型。
軟件邏輯如圖2所示。
①傳感器設計有高電平有效，有低電平有效，根據傳感器輸出高低電平狀態進行判斷;
②若傳感器為低電平有效，則進行下一步;若傳感器設計是高電平有效，需要將應用層的取反開關置1，轉換成低有效狀態;
③由于輸出信號在高低電平變化時會出現抖動現象，因此需要進行防抖處理;
④若傳感器處于有水狀態，進行報警;
⑤若傳感器處于無水狀態，則流程結束。
1.3 數據標定分析
①首先通過標定選擇傳感器走數字類型;
②根據傳感器高低有效狀態選擇取反開關是否置1;
③標定去抖的標定量根據現有經驗標定值為600ms左右，時間太短，達不到防抖動的處理，時間過長，會濾掉真正的故障;
④在T15上電后，油中有水傳感器進行初始化，信號輸出有效電平持續時間約為700ms，大于去抖的標定時間600ms，因此會誤報故障。故在報故障檢測標定時，將上電檢測故障標定為不進行故障檢測，時間為3s，即在T15上電，3s以后進行故障檢測。
2 尿素液位傳感器與ECU匹配分析
2.1 接口電路分析
常用的尿素液位傳感器為電阻類型，即不同的液位下，傳感器的阻值不同。
圖3為傳感器與ECU匹配的IO電路，R傳為尿素液位傳感器的電阻值，R2的一端接到V1(5V)，另一端與傳感器內部的電阻R傳分壓，Input PIN端即為分壓后的電壓，電壓信號經π型濾波電路后進入MCU的AD通道。不同的液位下，傳感器的阻值是不同的，與R2分壓后，電壓值是不同的，ECU硬件采集這個電壓值，在應用層軟件中，將采集的電壓值通過CURVE轉換為液位值。
2.2 軟件邏輯分析
尿素液位傳感器有兩種，一種是ECU直接采集電壓，一種是通過CAN報文傳輸給ECU，本文主要介紹ECU直接采集電壓值類型。
軟件邏輯如圖4所示。
①將底層采集的電壓值傳輸到應用層;
②判斷電壓值是否超預設最大值或最小值，即檢測傳感器信號是否存在對5V短路或對地短路或開路或傳感器損壞故障。若有故障，進行故障報警;
③若無故障，將采集的電壓值轉換成物理值即液位值，單位mm;
④檢測物理值是否超預設的最大值或最小值，即檢測此時液位是否在合理范圍內。若不在合理范圍內，進行故障報警;
⑤若無故障，將采集的物理值轉換成以%為單位的液位信息;
⑥講過PT濾波得到最終尿素箱液位。
2.3 數據標定分析
①首先通過標定選擇傳感器走硬線直接采集;
②標定電壓值的SRC標定量;
③將電壓值轉換成液位值，如表1所示(只截取部分數據)，將數據標定到對應的CUR中;
④根據液位正常使用范圍，標定物理值的SRC。
3 機油液位傳感器與ECU匹配分析
3.1 接口電路分析
大缸徑柴油機上機油液位一般為浮子式，原理圖及實物拆檢圖如圖5和圖6所示，是一個普通的開關類型，對于ECU來說高有效數字輸入和低有效數字輸入都可以滿足使用要求。
3.2 軟件邏輯分析
機油液位傳感器有多種類型，有數字輸出類型，有CAN報文類型，有模擬輸出類型。本文主要介紹數字輸出類型的。
軟件邏輯如圖7所示。
①傳感器的安裝方向，決定其是常開開關還是常閉開關。
傳感器有向上安裝，也有向下安裝的。
當向上安裝時，油位高時，浮子上浮，開關是閉合的，兩個端子導通;油位低于一定位置時，浮子向下落，開關斷開，兩個端子不導通，此時為常閉開關;
當傳感器向下安裝時，結果相反，為常開開關。
因此需要軟件做取反邏輯。
②由于輸出信號在高低電平變化時會出現抖動現象，因此需要進行防抖處理;
③若傳感器處于低油位時，進行報警;
④若傳感器處于高油位時，則流程結束。
3.3 數據標定分析
①首先通過標定選擇傳感器走硬線還是CAN類型;
②根據傳感器高低有效狀態選擇取反開關是否置1;
③標定去抖的標定量根據現有經驗標定值為600ms左右。
4 結束語
液位傳感器在電控發動機中的應用越來越多，傳感器與ECU硬件匹配、軟件設計及數據標定是否合理，直接影響發動機的正常運行。
參考文獻：
[1]國樹文.傳感器檢測技術在汽車電控發動機中應用[J].科技創新與應用，2016(28).
[2]何金戈.汽車傳感器原理與檢修[M].化學工業出版社，2015.
[3]楊小玲.液位測量技術研究[D].上海交通大學，2003.
[4]魏朝廷.柴油機高壓共軌系統電子控制單元硬件的研究與開發[D].昆明理工大學，2014.
[5]葛兆鳳.電控發動機傳感器與控制單元匹配方法介紹[J].自然科學，2020.
