摘要 IAbstract 1 212現(xiàn)代汽車傳感器的發(fā)展狀況 2 314現(xiàn)代車用傳感器的應用 4 4142底盤和主軸上的傳感器 5 7 815汽車傳感器的發(fā)展趨勢 82發(fā)動機傳感器 22壓力傳感器 2.2.1電容式壓力傳感器 2.2.2差動變壓器進氣壓力傳感器 2.2.3半導體應變式進氣壓力傳感器 2.3氣門位置傳感器 2.3.1開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器 2.3.2線性節(jié)氣門位置傳感器 2.4氧傳感器 26爆震傳感器 28轉(zhuǎn)速傳感器 3ABS防抱死制動系統(tǒng)的傳感器 3.1轉(zhuǎn)速傳感器 3.2橫向加速度傳感器 3.3減速度傳感器 4車身系統(tǒng)常用傳感器 4.1碰撞傳感器 4.2雨水傳感器 4.3濕度傳感器 4.4紅外線傳感器 4.5電動座椅用傳感器 5.結(jié)論與展望 謝辭 參考文獻 I車用傳感器是汽車電子技術(shù)領域研究的核心內(nèi)容之一，本文介紹了車用傳感器在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車控制系統(tǒng)中的種類及應用狀況。詳細討論了發(fā)動機傳感器和車身常用傳感器中所包含的各種主要傳感器的工作原理。汽車上常用的傳感器類型包括輪速傳感器、曲軸位置/凸輪軸位置傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、爆震傳感器等。闡述了國內(nèi)外汽車傳感器的發(fā)展狀況及趨勢，即汽車傳感器向著微型化、智能化、多功能化和集成化發(fā)展，并分布予以介紹。同時，分析了我國汽車傳感器技術(shù)Abstract1它們與儀表或指示燈連接。進入70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感或兩個以上參數(shù);集成化是指直接利用半導體特性制23傳感器的類型用途偏航速率傳感器車輛動態(tài)控制、翻車報警、GPS系統(tǒng)壓力傳感器傳動、剎車、冷卻、輪胎、燃油等方面加速度傳感器車輛動力學控制、安全氣囊測距傳感器近距離障礙物檢測、避撞位置傳感器輪速以及凸輪軸、機軸、踏板位置檢測日光、雨水和濕度傳感器日光強度、雨水量、濕度大小檢測我國的汽車傳感器由于起步較晚，還沒有形成系列化、配套化。只有零存在著準確度、分解能力、信號精度、匹配性、抗干擾性、低速檢測、耐環(huán)境能力差等問題，而國外同類產(chǎn)品采用的是光電式，不存在上述問題?？傮w上講，國內(nèi)汽車傳感器行業(yè)現(xiàn)階段存在品種少、不配套、性能較落后、抗干擾性差等問題。許多傳感器廠為了增強產(chǎn)品的競爭力，采用與國外同行業(yè)進行合資經(jīng)營的方式，消化吸收國外先進的傳感器技術(shù)，使產(chǎn)品升級換代，從而逐步發(fā)展壯大。但絕大多數(shù)企業(yè)還只是配套生產(chǎn)其它車用傳感器，處于利潤少、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平低下的狀況。迅速增長起來。但中國汽車傳感器大多被世界跨國公司瓜分，加快汽車電子國產(chǎn)化是汽車電子行業(yè)的首要任務。為了幫助中國汽車傳感器行業(yè)早日實現(xiàn)多功能化、集成化和智能化，蓋世汽車網(wǎng)將于2010年10月舉辦“2010國際汽車電子應用技術(shù)研討會”,邀請來自國內(nèi)外的行業(yè)專家分享汽車傳感器的最新應用技術(shù)，預測汽車電子的技術(shù)發(fā)展動向。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應用的日益廣泛，通過新的結(jié)構(gòu)設計和新的原理，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。4空調(diào)系統(tǒng)流體壓力傳感器空調(diào)系統(tǒng)流體壓力傳感器圖象傳感器障礙物探測傳感器發(fā)動機油壓傳感器輪速傳感器空氣流量傳感器噴油壓力傳感器液壓變速器傳感器方向盤控制傳感器節(jié)氣門位置傳感器ABS輪速位置傳感器發(fā)動機凸輪軸位置傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器冷卻水溫傳感器進氣溫度傳感器空調(diào)開關(guān)電子燃油噴射電子點火控制怠速控制進氣控制增壓控制排放控制其它輔助控制存儲器輸出回路輸入回路5發(fā)動機管理系統(tǒng)(簡稱EMS)其采用各種傳感器，是整個汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器將發(fā)動機吸入空氣量、冷卻水溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速與加減速等狀況轉(zhuǎn)換成電信號送入控制器，控制器將這些信息與儲存代傳統(tǒng)的化油器，而且可以控制點火提前角和帶速空氣流量等，極大地提高了發(fā)動機的性能。見圖21.4.2底盤和主軸上的傳感器底盤、懸架和主軸上的傳感器主要包括：轉(zhuǎn)向傳感器、車輪角速度傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器。這里及往后將重點介紹ABS(Anti-lockedBrakingSystem)防抱死制動系統(tǒng)的傳感器。見圖4。ABS的主要作用是改善整車的制動性能，提高行車安全性，防止在制動過程中車輪抱死(即停止?jié)L動),從而保證駕駛員在制動時還能控制方向，并防止后軸側(cè)滑。其工作原理為：緊急制動時，依靠裝在各車輪上高靈敏度的車輪轉(zhuǎn)速傳感67輪速傳感器液壓調(diào)節(jié)器電子控制單元1.4.3車身用傳感器車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等。由于其工作條件不像發(fā)動機和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用傳感器稍加改進就可以應用。需要解釋的是車身上使用的傳感器大多都是外置設備，可以由車主喜好自由選擇進行組裝。因此，車身使用的傳感器種類繁多且差異性較大，在此簡介一些車身上普遍使用的傳感器，見表2。表2車身用傳感器傳感器名稱作用溫度傳感器、濕度傳感器、風量傳感器、日照傳感器用于自動空調(diào)系統(tǒng)加速度傳感器用于安全氣囊系統(tǒng)中車速傳感器用于門鎖控制光傳感器用于亮度自動控制超聲波傳感器激光傳感器用于倒車控制距離傳感器用于保持車距圖像傳感器用于消除駕駛員盲區(qū)羅盤傳感器陀螺儀和車速傳感器用于導航系統(tǒng)的傳感器8輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng)的特色在于每個輪胎上均裝有車壓傳感器及無線發(fā)射系統(tǒng)，它們能夠精確地測量輪胎的氣壓和溫度并將這些信息通過無線信號傳輸?shù)桨驳陌踩郊又怠?2.發(fā)動機傳感器作為汽車核心部件，發(fā)動機的高效率和環(huán)保性無疑是各生產(chǎn)廠商不斷追求的目標，因此，出色的控制型傳感器具有舉足輕重的地位6。發(fā)動機總成上的傳感器主要包括：發(fā)動機——爆震傳感器、曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器；電噴——壓力傳感器、空氣流量傳感器、氧傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氣噴油器噴油器燃油噴射控制點火時期總速控制(電機)自診故障監(jiān)視燈電子控制自動變速器曲軸轉(zhuǎn)角傳感器空氣流量計水溫傳感器O?傳感器1節(jié)汽門位置傳感器空擋開關(guān)點火開關(guān)空調(diào)開關(guān)蓄電池進氣溫度傳感器爆震傳感器(滑輪增壓車輛)活塞位置(G)信號進氣量信號水溫信號空燃比濃稀信號車速信號空擋信號空調(diào)信號電壓信號進氣溫度信號TC0s控制系統(tǒng)點火器圖5豐田汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)(TCCS系統(tǒng))2.1空氣流量傳感器為了形成符合要求的混合氣，使空燃比達到最佳值，我們就必須對發(fā)動機進氣空氣流量進行精確控制。下面我們來介紹一下幾種常用的空氣流量傳感器。2.1.1卡門旋渦式空氣流量計嗡"的聲音，且風速越高聲音頻率越高，這是氣體流過電線后形成旋渦(即渦流)這個原理，我們只要檢測卡門旋渦的頻率f,就可以求出空氣流量。根據(jù)旋渦頻率的檢測方式的不同，汽車用渦流式空氣流量傳感器分為超聲波檢測式和光學式檢測式兩種。例如，中國大陸進口的豐田凌志LS400型轎車和臺灣進口的皇冠3.0型轎車采用了光電檢測渦流式空氣流量器；日本三菱吉普圖7卡門渦流式MAF檢測電路工作原理：在產(chǎn)生卡門旋渦的過程中，旋渦發(fā)生器兩側(cè)的空氣壓力會發(fā)生變化通過導孔作用在金屬箔上，從而使其振動，發(fā)光二極管的光照在振動的金屬箔上時，光敏晶體管接收到的金屬箔上的反射光是被旋渦調(diào)制的光，再由光敏晶體管輸出調(diào)制過的頻率信號，這種頻率信號就代表了空氣的流量信號。(2)超聲波式卡門旋渦式空氣流量計超聲波是指頻率高于20HZ,人耳聽不到的機械波。它的特性就是方向性好，穿透力強，遇到雜質(zhì)或物體分界面會產(chǎn)生顯著的反射，譬如自然界里的蝙蝠，鯨魚等動物都是通過超聲波來進行方位定向的。利用這種物理特性，我們可以把一些非電量轉(zhuǎn)換成聲學參數(shù)，通過壓電元件轉(zhuǎn)換成電量。超聲波式卡門旋渦式空氣流量計的工作原理與光學式卡門旋渦空氣流量計的工作原理大致相同，只是光學元件換成了聲學元件。在日常生活中，常常會遇到這樣的現(xiàn)象，即當順著風向喊話人時，對方很容易聽到；而逆著風向喊人時，對方就不容易聽到。這是因為前者的空氣流動方向與聲波的前進方向相同，聲波被加速的結(jié)果，而后者是聲波受阻而減速的結(jié)果。在超聲波式流量傳感器中，同樣存在著這種現(xiàn)象。工作原理是：在旋渦發(fā)生器下游管路兩側(cè)相對安裝超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，超聲波發(fā)射探頭不斷向超聲波接收探頭發(fā)出一定頻率(一般為40KHZ)的超聲波，當超聲波通過進氣氣流到達超聲波接收器時，由于受到氣流移動速度及壓力變化的影響，因此接收到的超聲波信號的相位(時間間隔)以及相位差(時間間隔之差)就會發(fā)生變化，集成控制電路根據(jù)相位或相位差的變化情況計量出渦流的頻率。渦流頻率信號輸入ECU后，ECU就可以計算2.1.2熱線式空氣流量計KB根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)安裝部位的不同，可分為安裝在空氣主通道內(nèi)的主流測(熱線),RK是作為溫度補償?shù)睦渚€電阻。RA和RA是精密線橋電阻。四個電電壓增加，這樣就在RA上得到了代表空氣流量的新的電壓輸出。設有一個補償電阻絲(冷線)。冷線補償電阻的溫度起一個參照值的作用。在工作中，放大器會使熱線溫度高出進氣溫度100度。熱線式空氣流量計長期使用，每當發(fā)動機熄火時，ECU自動接通空氣流量計殼體內(nèi)的電子電路，熱線被自動加熱，使其溫度在1S內(nèi)升高了1000度。由于燒盡溫度必須是非常精確的，因此，在發(fā)動機熄火后4S后，該電路才被接通。這種空氣流量計由于沒有運動部件，因此工作可靠，而且響應特性較好；缺2.1.3熱膜式空氣流量計熱線式空氣流量計雖然可以提供精確的進氣空氣流量，但造價太高，主要用于高級轎車，為了滿足精度高，結(jié)構(gòu)簡單，造價又便宜的要求，德國博世公司厚膜工藝，開發(fā)出了熱膜式空氣流量計。熱膜式空氣流量計的工作原理與熱線式空氣流量計類似，都是用惠斯登電橋工作的。所不同的是熱膜式空氣流量計不用鉑金作為熱線，而是將熱線電阻、補償電阻和線橋電阻用厚膜工藝集中在一塊陶瓷片上。這種空氣流量計已大量使用于各種電控汽油噴射系統(tǒng)中。2.2壓力傳感器功用：把壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴Ｕ婵斩?、大氣壓力、氣缸?nèi)的氣壓及輪胎氣壓等；二是用于用于油壓的檢測，包括變速箱油壓、制動閥油壓及懸掛油壓等。2.2.1電容式壓力傳感器首先我們來了解一下電容器。電容器的容量與組成的電容的兩極板間的電介質(zhì)及其相對有效面積成正比，而與兩極板間的距離成反比，即C=eA/d,其中間距離。由這個關(guān)系式可以看出，當其中兩個參數(shù)不變，而另一個參數(shù)作為變量時，電容量就會隨著變化的參數(shù)而變化。電容壓力傳感器由置于空腔內(nèi)的兩個動片(彈性金屬膜片)、兩個定片(彈性膜片上下凹玻璃上的金屬涂層)、輸出端子距離加大(可以通過一張紙來示范)。我們可以從公式中看出，兩金屬電極板間距離是影響電容量的重要因素之一，距離增大，則電容量減少，距離減少，則電容量增大。這種由一個被測量量引起兩個傳感元件參數(shù)等量、相反變化的結(jié)構(gòu)，稱為差動結(jié)構(gòu)。如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與大氣壓之間(彈性膜片上部空腔通大氣),測得的是表壓力；如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與真空之間(彈性膜片上部空腔通真空),測得的是絕對壓力。與電容式傳感器配合使用的測量電路有很多種，下面我們來以電橋電路為例說明電容差動式傳感器測量電路的工作原理，如圖，由于電容是交流參數(shù)，所以電橋通過變壓器用交流激勵。變壓器的兩個線圈與兩個電容組成電橋，當無進氣壓力時，電橋處于平衡狀態(tài)，兩電容值相等并且為CO,當有壓力作用時，其中一個電容值為CO+△C,另一個電容值為CO-△C,(△C為外部壓力作用時引起的電容值的變化量),則電橋失去平衡，電容值高的地方電壓也高，兩個電容之間產(chǎn)生了電壓差，由此電橋產(chǎn)生代表進氣壓力的電壓輸出U9]。2.2.2差動變壓器進氣壓力傳感器節(jié)氣門位置傳感器有開關(guān)量輸出和線性輸出兩種類型。這種節(jié)氣門位置傳感器實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)換開關(guān)，又稱為節(jié)氣門開關(guān)。這種節(jié)氣門位置傳感器包括動觸點、怠速觸點、滿負荷觸點。利用怠速觸點和滿負荷觸點可以檢測發(fā)動機的怠速狀態(tài)及重負荷狀態(tài)。一般將動觸點稱為TL觸點，怠速觸點稱為IDL觸點，滿負荷觸點稱為PSW觸點。從結(jié)構(gòu)圖可以看出，在與節(jié)氣門聯(lián)動的連桿的作用下，凸輪可以旋轉(zhuǎn)，動觸點可以沿凸輪的槽運動。這種節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，但其輸出是非連續(xù)的。節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器電子控制器圖11節(jié)氣門傳感器與電子控制器的連接在節(jié)氣門全關(guān)閉時，電壓從TL端子加到IDL端子上，再回到電子控制器上。通過這樣的途徑傳遞信號時，電子控制器明白節(jié)氣門現(xiàn)在是全關(guān)閉狀態(tài)。當踏下加速踏板，節(jié)氣門處于某一開度以上時，電壓從TL端子經(jīng)過PSW端子再傳遞給電子控制器。電子控制器明白了，現(xiàn)在節(jié)氣門打開了一定的角度。下面我將怠速信號與負荷信號對噴油量的影響加以說明。當有IDL信號輸換至打開狀態(tài)，當然也就判斷出車輛處于起步或再加速狀態(tài)，所以就會根據(jù)發(fā)動機的暖機狀態(tài)進行加速加濃，增大噴油量，以供給加速所需要的較濃混合氣。當有PSW信號輸入到電子控制器中時，則發(fā)揮輸出加濃功能，增大噴油量。在重負荷行車時，若沒有PSW信號輸出的話，就會沒有輸出加濃作用，發(fā)動機輸出的力量就要稍微低一些。2.3.2線性節(jié)氣門位置傳感器線性節(jié)氣門位置傳感器裝在節(jié)氣門上，它可以連續(xù)檢測節(jié)氣門的開度。它主要由與節(jié)氣門聯(lián)動的電位器、怠速觸點等組成。電位計的動觸點(即節(jié)氣門開度輸出觸點)隨節(jié)氣門開度在電阻膜上滑動，從而在該觸點上(TTA端子)得到與節(jié)氣門開度成正比例的線性電壓輸出。如圖。當節(jié)氣門全閉時，另外一個與節(jié)氣門聯(lián)動的動觸點與IDL觸點接通，傳感器輸出怠速信號。節(jié)氣門位置輸出的線性電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸送給計算機。2.4氧傳感器在使用三元催化進化裝置的汽油噴射發(fā)動機中，一般都在排氣管中安排氧傳感器，用以檢測排氣中氧的含量，從而間接地判斷進入氣缸內(nèi)混合氣的濃度，以便對實際空燃比進行閉環(huán)控制。當排氣中氧的含量過高時，說明混合氣過稀，氧傳感器即輸出一個電信號給ECU,讓其指令噴油器增加噴油量；當排氣中氧的含量過低時，說明混合氣過濃，氧傳感器立刻將此信息傳遞給ECU,讓其指令噴油器減少噴油量。目前在汽車上使用的氧傳感器主要有二氧化鈦氧傳感器和二氧化鋯氧傳感器兩種類型的傳感器。工作原理：氧傳感器裝在發(fā)動機的排氣管里，用來測量排氣中氧的含量。它是按照大氣與排氣中氧濃度之差而產(chǎn)生電動勢的一種電池。如圖，在陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)、外兩面分別涂有白金以形成電極。當它插入排氣管中時，其外表面接觸廢氣，內(nèi)表面則通大氣。在約300度以上的溫度時，陶瓷電解質(zhì)可變?yōu)檠蹼x子的傳導體。當混合氣較稀，也就是過量空氣系數(shù)α>1時，排氣中含氧必然多，陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)外表面的氧濃度差小，只產(chǎn)生小的電壓；而當混合氣較濃，也就是過量空氣系數(shù)α<1時，排氣中氧含量較少，同時伴有大量的未完全燃燒物如CO、碳氫化合物等，這些成分都可能在催化劑的作用下與氧發(fā)生反應，消耗排氣中殘余的氧，使陶瓷電解質(zhì)外表面的氧濃度趨向于零，這樣就使得電解質(zhì)內(nèi)外的氧濃度差突然增大，傳感器輸出電壓也突然增大了，其數(shù)值趨向于1V[1]。2.5溫度傳感器作用：用來測量冷卻水溫度、進氣溫度和排氣溫度。種類：溫度傳感器的種類很多，如熱敏電阻式、半導體式和熱電偶式等，所謂熱敏電阻，是指這種電阻對溫度敏感，當作用在這種電阻上的溫度變化相反隨溫度升高阻值減少的，叫做負溫度系數(shù)型熱敏電阻。熱敏電阻溫度傳感器的測量電路比較簡單，只要把傳感器與一個精密電阻串聯(lián)接到一個穩(wěn)定的電源上，就能夠用串聯(lián)電阻的分壓輸出反映溫度的變化。2.6爆震傳感器1)磁滯伸縮式爆震傳感器2)壓電式爆震傳感器1)磁脈沖式曲軸位置傳感器磁脈沖式曲軸位置傳感器由定時轉(zhuǎn)子、永久磁鐵、耦合線圈等組成。(具體結(jié)構(gòu)看書)產(chǎn)生感應電動勢輸出。在a圖中，當該缸定時齒接近線圈時，磁通增加(如曲線所示),到達A點時磁通量的變化率最大，由于感應電動勢的大小與磁通的變化準線圈時，磁通達到最大值(圖中B點),但磁通量的變化率卻最小，由法拉第2)霍爾式曲軸位置傳感器霍爾傳感器是一種磁敏元件。它是利用導體或半導體的磁電轉(zhuǎn)換原理工作當在其a、b兩端以電流激勵并有垂直于薄片的磁場作用時，在垂直于電流和磁場方向的c、d端會出現(xiàn)與激勵電流I和磁場強度H乘積成正比的電動勢，這種帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，舌簧開關(guān)就會在轉(zhuǎn)子永久磁鐵的作用下進行周期性的開關(guān)動表3ABS系統(tǒng)各組成部件的功能組成元件功能車速傳感器檢測車速，給ECU提供車速信號，用于滑移率控制方式輪速傳感器檢測車輪速度，給ECU提供輪速信號，