ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Основными принципами параметрических испытаний АЭ являются:

• • измерение электрических характеристик обычными методами и с применением измерительных приборов, мотор-тестера и диагностического осциллографа; тестирование программ управления, записанных в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; тест-идентификатор);
• • тестирование кодов неисправностей (или ошибок измерений датчиками); тестирование работоспособности датчиков, особенно цепей соединения датчика и ЭБУ;
• • тестирование динамических характеристик системы (ускорение или замедление частоты вращения коленчатого вала, резкое открытие или закрытие дроссельной заслонки и т.д.);
• • тестирование характеристик токсичности отработавших газов; тестирование детонационного сгорания.

Датчики и исполнительные механизмы ЭСАУ испытывают по специальным методикам, которые позволяют обеспечить приемлемые точности измерений.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ДАТЧИКОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Для большинства видов измерений температуры воздуха в автомобилях чаще всего применяют полупроводниковый термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC — negative temperature coefficient) (рис. 11.1). Терморезисторы с NTC представляют собой датчики из оксидов тяжелых металлов и оксидированных смешанных кристаллов, полученных методами спекания и прессования с добавлением связующих компонентов из полупроводниковых материалов. Они характеризуются нелинейной обратной экспоненциальной характеристикой с областью высокой чувствительности, используемой для измерений температуры в некотором диапазоне, обычно не выше 150°С.

Температурный коэффициент термисторов с NTC позволяет применять их для измерений температур в расширенном диапазоне -200—1000 и выше 1100°С.

-30 -20 0 20 40 60 80 100 120 С°

Рис. 11.1. Терморезистивный датчик температуры:

а — конструктивная схема; б — характеристика датчика; 7 — электрические выводы; 2 — теплопроводный корпус; 3 — термистор

а) б)

Точность термисторов зависит от технологии их изготовления и обычно колеблется от 1 до 10%. Термисторы подвержены нагреву вследствие протекания тока через резистор. Для преодоления этого эффекта между плюсом питания в 5 В и выходом термистора дополнительно включается большое сопротивление. Обработка первичного сигнала с терморезисторов производится в автомобиле в основном с использованием внешних интегральных схем.

Измерение параметров датчика массового расхода воздуха осуществляется на установке, оборудованной центробежным компрессором (создает поток воздуха), теном с регулятором температуры, газовым счетчиком (измеряет расход воздуха) и электрической схемой измерения выходного напряжения с датчика расхода. Компрессор создает поток воздуха, который регулируется дросселем, а температура обеспечивается нагревателем (теном). Массовый расход воздуха определяется посредством измерения электрической мощности на нагревательных элементах датчика (в него встроены три чувствительных фольгированных элемента, один из которых является датчиком температуры воздуха, а два нагреваются до температуры, превышающей температуру воздуха, поступающего на вход датчика его массового расхода). Выходное напряжение датчика на резистивную нагрузку изменяется от 1 до 5 В (по мере открытия дросселя).

Электромагнитные датчики положения коленчатого вала испытывают на стенде, имитирующем ДВС. Электродвигатель вращает маховик, который имеет вид диска с 58 зубцами, расположенными по окружности через 6°, причем два зубца на маховике отсутствуют. Осциллографическим методом измеряют амплитуду и форму импульсов, вырабатываемых датчиком при прохождении зубцов около датчика. Зазор между зубцами и датчиком составляет 0,8—1,0 мм. Проверку электрических параметров датчика (сопротивление и индуктивность обмотки) осуществляют известными методами.

Датчик фазы, действие которого основано на эффекте Холла, проверяется на стенде, электропривод которого вращает диск с прорезью. Осциллографированием проверяются форма и полярность импульса.

Датчики скорости автомобиля, основанные на эффекте Холла, проверяют аналогично датчикам фазы, различие только в количестве прорезей на задающем диске стенда.

Датчики давления во впускном трубопроводе (рис. 11.2) измеряют нагрузку ДВС (по разрежению), а при встраивании интегральных элементов обработки измеряемой величины имеют линеаризованные характеристики.

Датчики кислорода — 1-зонды являются гальваническим элементом на твердом электролите, базу которого представляет диоксид циркония с добавлением окиси иттрия, вырабатывающим напряжение 700—1000 мВ при низком парциальном давлении кислорода, окружающего снаружи чувствительный элемент. Разность парциальных давлений на внешнем и внутреннем электродах чувствительного элемента кислородного датчика изменяет ионную проводимость твердого электролита. При резком увеличении парциального давления отработавших газов, что соответствует работе двигателя при стехиометрическом составе смеси, когда X = 1,0, у гальванического элемента на выходе резко падает напряжение (до 50—100 мВ). Такие процессы происходят при температуре датчика кислорода не ниже 150°С. Принцип работы датчика кислорода накладывается на специфические требования к испытательной и измерительной аппаратуре, используемой при параметрических испытаниях.

Абсолютное давление Р_а6с

Рис. 11.2. Схема пьезорезистивного чувствительного элемента интегрального датчика давления (о) и его характеристики (б):

а: А — измерительный мост; В — усилитель; С — микросхема температурной компенсации показаний датчика; б: зависимость напряжения и_А на выходе моста от абсолютного давления ^абс во всасывающем трубопроводе ДВС и коэффициента расширения допусков Ар в процессе производства от температуры (и_А = 5 В)

Характеристики кислородного датчика измеряют на специальном оборудовании, которое обеспечивает высокий температурный режим (до 150°С) датчика и прокачку в зоне чувствительного элемента смеси кислорода и азота в определенной пропорции, чтобы концентрация кислорода соответствовала составу О Г при богатой и стехиометрической смеси.

С помощью широкополосного кислородного датчика (рис. 11.3) в широком диапазоне можно определить концентрацию кислорода в ОГ, что позволяет косвенным методом контролировать и регулировать состав топливно-воздушной смеси, поступившей в камеру сгорания ДВС. Это означает, что можно контролировать состав «бедной» и «богатой» смеси в диапазоне изменения X от 0,7 до °° (°° = воздух с 21% 0₂). Такой датчик подходит для регулирования состава смеси бензиновых, дизельных и газовых двигателей.

Рис. 11.3. Конструктивная схема широкополосного датчика кислорода на твердом электролите циркония:

1 — измерительный элемент — комбинация из элемента Нернста и кислородного насосного элемента; 2 — двойная защитная трубка; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — уплотнительный пакет; 5 — корпус датчика; 6 — защитная оболочка; 7 — держатель выводов; 8 — пружинный зажим; 9 — тефлоновый наконечник; 10 — оболочка тефлонового наконечника; 11 — пять соединительных проводов; 12 — изоляционный наконечник

Основой устройства широкополосного датчика кислорода является комбинация элемента концентрации Нернста (элемент датчика с функцией двухпозиционного 1-зонда) и кислородного насосного элемента, который транспортирует ионы кислорода.

Элемент Нернста (рис. 11.4) через опорный элемент 5 связан с каналом опорного воздуха (окружающей среды), причем он подвергается воздействию ОГ через диффузионную щель. Однако 1-зонд вырабатывает удовлетворительный сигнал только при рабочей температуре не менее 600—800°С, что достигается с помощью встроенного подогревателя 3. В результате можно обеспечивать регулировку подачи топлива таким образом, чтобы ДВС работал на оптимальном составе смеси, присутствующей в камере сгорания.

На рис. 11.4, б представлена характеристика широкополосного X-зонда, который позволяет контролировать состав смеси в камере сгорания бензинового и дизельного двигателей.

X

Рис. 11.4. Схема измерительного элемента Нернста и расположение его в выхлопной трубе ДВС [а)

и зависимость насосного тока от коэффициента избытка воздуха (б):

а: 7 — отработавшие газы; 2 — выпускной коллектор; 3 — нагревательный элемент датчика; 4 — электронный чип; 5 — опорный элемент с каналом опорного воздуха; 6 — диффузионная щель; 7 — элемент концентрации Нернста; 8 — кислородный насосный элемент с внутренними и внешними насосными электродами; 9 — пористый защитный слой; 10 — отверстие для доступа ОГ; 7 7 — пористый диффузионный барьер; /_р — ток насоса; и_р — напряжение насоса; б_н — напряжение подогрева зонда; и_КеГ— опорное напряжение, соответствующее 400 мВ или X = 1; и_в — напряжение зонда; б: X — коэффициент избытка воздуха (состав смеси); /_н — сила насосного

У датчика детонации пьезоэлектрического типа проверяют частотные свойства (измеряют собственную частоту) и амплитудную характеристику на специальном электродинамическом стенде, используя для измерений анализатор частотного спектра и осцилло-графические методы.

Параметрические испытания датчика положения дроссельной заслонки (потенциометрического типа) проводят с помощью омметра.