2025/11/21第一章概述目錄1.1新能源汽車(chē)的定義和分類(lèi)1.2傳感器的定義和組成1.3傳感器分類(lèi)和特性1.4新能源汽車(chē)傳感器的應(yīng)用和特點(diǎn)本章導(dǎo)學(xué)本章導(dǎo)學(xué)

新能源汽車(chē)傳感器的重要性新能源汽車(chē)傳感器是汽車(chē)的“電五官”，起著車(chē)輛信息實(shí)時(shí)采集及傳輸?shù)淖饔?。汽?chē)上的各個(gè)控制系統(tǒng)以及人機(jī)接口，都要以傳感器為信息采集的源頭。例如，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），電控單元需要采集方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信息以及車(chē)速信息，進(jìn)行處理后輸出控制命令，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力電機(jī)工作，協(xié)助司機(jī)轉(zhuǎn)向。因此，傳感器性能的好壞直接影響控制系統(tǒng)的工作，其作用至關(guān)重要。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解本門(mén)課程的的地位、作用、內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)。2.掌握傳感器的定義及組成。3.掌握傳感器的分類(lèi)方法。4.掌握傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)。5.了解傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。6.能夠說(shuō)出新能源汽車(chē)常用的傳感器類(lèi)型。1.1新能源汽車(chē)的定義和分類(lèi)工業(yè)和信息化部于2016年10月20日發(fā)布了《新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)定》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》)，自2017年7月1日起施行。該《規(guī)定》對(duì)新能源汽車(chē)的定義如下:新能源汽車(chē)是指采用新型動(dòng)力系統(tǒng)，完全或者主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，包括插電式混合動(dòng)力(含增程式)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)等。定義分類(lèi)按照《規(guī)定》中的劃分方法，新能源汽車(chē)主要分為插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、增程式電動(dòng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)以及氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)、天然氣汽車(chē)以及其他新能源(如甲醇)汽車(chē)等不同類(lèi)別產(chǎn)品。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)概述插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（Plug-inHybridElectricVehicle，簡(jiǎn)稱PHEV）是一種結(jié)合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力汽車(chē)，與普通混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）不同，PHEV可以通過(guò)外部電源對(duì)車(chē)載電池進(jìn)行充電，在電池電量充足時(shí)，優(yōu)先使用電力驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)零排放或低排放行駛，當(dāng)電池電量不足時(shí)，內(nèi)燃機(jī)會(huì)介入工作，提供額外的動(dòng)力或?yàn)殡姵爻潆?，確保車(chē)輛可以繼續(xù)行駛。在制動(dòng)或減速時(shí)，PHEV可以通過(guò)再生制動(dòng)系統(tǒng)回收動(dòng)能，將能量轉(zhuǎn)換回電能存儲(chǔ)在電池中。增程式電動(dòng)汽車(chē)概述

增程式電動(dòng)汽車(chē)（RangeExtendedElectricVehicle,REEV）是一種在純電動(dòng)模式下可以達(dá)到其所有動(dòng)力性能，而當(dāng)車(chē)載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)法滿足續(xù)航里程要求時(shí)，打開(kāi)車(chē)載輔助供電裝置（增程器）為動(dòng)力系統(tǒng)提供電能，以延長(zhǎng)續(xù)航里程的電動(dòng)汽車(chē)，且該車(chē)載輔助供電裝置與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有傳動(dòng)軸（帶）等傳動(dòng)連接。增程器在功能上相當(dāng)于一個(gè)車(chē)載充電系統(tǒng)，它是增程式電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，目前，常用的增程器主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置組成。如圖1-1所示純電動(dòng)汽車(chē)原理

純電動(dòng)汽車(chē)（BatteryElectricVehicle，簡(jiǎn)稱BEV）是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，符合道路交通安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車(chē)輛。純電動(dòng)汽車(chē)完全采用可充電式電池驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車(chē)載電池、電控系統(tǒng)是核心部件，被稱為“三大電”。奧迪e-tron純電動(dòng)SUV原理如圖1-2所示燃料電池電動(dòng)汽車(chē)FCEV

燃料電池電動(dòng)汽車(chē)FCEV(FuelCellElectricVehicle)是利用氫氣等燃料和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，然后用電能通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-3所示天然氣汽車(chē)概述

天然氣汽車(chē)是以天然氣作為燃料的汽車(chē)，又稱為“藍(lán)色動(dòng)力”汽車(chē)。按照天然氣的化學(xué)成分和形態(tài)，分為壓縮天然氣汽車(chē)(CNG)、液化天然氣汽車(chē)(LNG)和液化石油氣汽車(chē)(LPG)三種。1.2傳感器的定義和組成1.2傳感器的定義和組成新能源汽車(chē)傳感器相當(dāng)于汽車(chē)的感覺(jué)器官，能正確檢測(cè)出各種車(chē)載設(shè)備參數(shù)信息，并把它們轉(zhuǎn)變成電量，向汽車(chē)控制器及顯示終端提供汽車(chē)運(yùn)行的各種物理量。新能源汽車(chē)上，傳感器在動(dòng)力電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、增程器、汽車(chē)底盤(pán)、車(chē)身和燈光、電氣等各個(gè)系統(tǒng)都有大量的應(yīng)用。1.2.1定義

傳感器的廣義定義在傳感器的廣義定義中，把傳感器定義為一種能把特定的(物理、化學(xué)、生物)信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件和裝置。根據(jù)這個(gè)定義，我們常用的體溫計(jì)、腕表等都屬于傳感器。

傳感器的狹義定義在傳感器的狹義定義中，把傳感器定義為能把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。其英語(yǔ)表述一般為:“Asensorisadevicethatreceivesastimulusandrespondswithanelectricalsignal”。這其實(shí)就是本書(shū)中所介紹的新能源汽車(chē)傳感技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。該定義中沒(méi)有對(duì)輸入量的大小進(jìn)行說(shuō)明。定義中特別強(qiáng)調(diào)了用電信號(hào)作為輸出量。同時(shí)，該定義還闡述了傳感器具有信息敏感的功能和信號(hào)放大的作用，是人類(lèi)延伸自身感官的特殊而有效的手段。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器的定義我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7665-2005《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》（最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T20232924-T-604正在起草）中對(duì)傳感器是這樣定義的:能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。1.2.2傳感器的組成傳感器一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助元件組成。其中，敏感元件、轉(zhuǎn)換元件是傳感器的基本組成部分，有時(shí)也將信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路及輔助電源作為傳感器的組成部分。傳感器組成見(jiàn)圖1-4

敏感元件敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)信息（非電量）的元件，起感受被測(cè)量的作用。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件則是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性母惺埽ɑ蝽憫?yīng)）信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（可以用以傳輸?shù)碾妷夯蛘唠娏鳎┑牟糠?。信?hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路一般是指能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號(hào)的電路。信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換的電路選擇要視傳感元件的類(lèi)型而定，常用電路有信號(hào)放大器電橋、振蕩器、阻抗變換器等。

輔助電源傳感器的基本部分和信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路還需要輔助電源提供工作能量。1.3傳感器分類(lèi)和特性1.3.1傳感器的分類(lèi)按輸入量進(jìn)行分類(lèi)按新能源汽車(chē)傳感器輸入量分類(lèi)方法以被測(cè)物理量命名，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、動(dòng)力蓄電池溫度傳感器、車(chē)高位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、空氣濕度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器、氫氣壓力、濃度傳感器等。這種分類(lèi)方法通常在討論傳感器的用途時(shí)使用。按工作原理進(jìn)行分類(lèi)新能源汽車(chē)傳感器按照工作原理，可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、磁敏式傳感器、化學(xué)式傳感器、輻射式傳感器等。這種分類(lèi)方法通常在討論傳感器的工作原理時(shí)使用。按輸出量進(jìn)行分類(lèi)按新能源汽車(chē)傳感器輸出量分類(lèi)，可以分為直流、交流、頻率調(diào)制、脈寬調(diào)制和串行數(shù)據(jù)信號(hào)。輸出信號(hào)是控制系統(tǒng)中各個(gè)傳感器、控制電腦和其他設(shè)備之間相互通信的基本語(yǔ)言，電子信號(hào)各有不同的特點(diǎn)，用于不同的通信目的。1.3.1傳感器的分類(lèi)傳感器可按輸入量、輸出量、工作原理、基本效應(yīng)、能量變換關(guān)系、所蘊(yùn)含的技術(shù)特征、尺寸大小以及存在形式分類(lèi)，其中按輸入量和工作原理的分類(lèi)方式較為普遍。新能源汽車(chē)上傳感器的分類(lèi)法見(jiàn)圖1-5所示

直流信號(hào)直流(DirectCurrent，DC)信號(hào)是在任何周期里，方向不隨時(shí)間變化的電壓、電流信號(hào)。直流信號(hào)可以分為恒壓直流信號(hào)和非恒壓直流信號(hào)兩種。在汽車(chē)中產(chǎn)生恒壓直流信號(hào)的電源裝置有蓄電池電壓和控制器輸出的傳感器參考電壓。交流信號(hào)交流(AlternatingCurrent，AC)信號(hào)是大小和方向隨時(shí)間變化的信號(hào)。在汽車(chē)中產(chǎn)生交流信號(hào)的傳感器主要是磁電式傳感器和爆燃傳感器等。頻率調(diào)制信號(hào)保持輸出電信號(hào)波的幅度恒定而改變頻率稱為頻率調(diào)制。在汽車(chē)中產(chǎn)生可變頻率信號(hào)的傳感器主要是光電式傳感器和霍爾式傳感器。串行數(shù)據(jù)信號(hào)串行數(shù)據(jù)信號(hào)是按時(shí)序?qū)⒔M成數(shù)據(jù)和字符的碼元逐位予以傳輸?shù)男盘?hào)。與并行數(shù)據(jù)相比，串行數(shù)據(jù)傳輸所需通信線少，傳輸?shù)木嚯x長(zhǎng)，適用于長(zhǎng)距離而速度要求不高的場(chǎng)合。在汽車(chē)電子智能設(shè)備中用來(lái)通信的串行數(shù)字信號(hào)是最復(fù)雜的信號(hào)，要用專門(mén)的解碼器讀取。如，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（PowertrainControlModule，PCM）輸出的串行數(shù)據(jù)(多路)信號(hào)波形如圖1-8所示脈寬調(diào)制信號(hào)脈沖寬度調(diào)制(Pulsewidthmodulation，PWM)簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制。脈沖寬度，簡(jiǎn)稱脈寬，就是在一個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)的時(shí)間（見(jiàn)圖1-9），持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，其信號(hào)能量越大。4.按基本效應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)結(jié)合生物識(shí)別元件如酶、抗體或DNA，檢測(cè)生物分子或細(xì)胞，應(yīng)用于醫(yī)療診斷、生物研究和藥物開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)高靈敏度和特異性檢測(cè)。生物傳感器通過(guò)檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)的濃度或反應(yīng)變化，如氣體、pH值或離子含量，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷和食品安全檢測(cè)，提供精準(zhǔn)的化學(xué)分析數(shù)據(jù)?；瘜W(xué)傳感器利用物理效應(yīng)如電磁、光學(xué)、聲學(xué)等原理檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，包括溫度、壓力、光強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)等變化，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、智能家居和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。物理傳感器另外，按傳感器的能量變換關(guān)系可以將傳感器分為無(wú)源（能量控制型或參量型）傳感器和有源（能量變換型或發(fā)電型）傳感器。按傳感器所蘊(yùn)含的技術(shù)特征可以將傳感器分為普通傳感器與新型傳感器，按傳感器的存在形式進(jìn)行分類(lèi)可以將傳感器分為硬傳感器和軟傳感器等。1.3.2傳感器的特性傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?輸出關(guān)系特性，是傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。傳感器所測(cè)量的物理量基本上有兩種形式:穩(wěn)態(tài)(靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài))和動(dòng)態(tài)(周期變化或瞬態(tài))。前者的信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化很緩慢，后者的信號(hào)是隨時(shí)間變化而變化的。傳感器的基本任務(wù)就是要盡量準(zhǔn)確地反映輸入物理量的狀態(tài)，因此傳感器所表現(xiàn)出來(lái)的輸入-輸出特性也就不同，即存在靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。1.3.2傳感器的特性

靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是測(cè)量范圍和量程、線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。

測(cè)量范圍和量程傳感器的測(cè)量范圍是指?jìng)鞲衅魉軠y(cè)得的最小被測(cè)量與最大被測(cè)量之間的范圍;測(cè)量范圍的上限值與下限值之差稱為量程。線性度線性度(Linearity)是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入間成線性關(guān)系的程度。傳感器的理想輸入-輸出特性應(yīng)是線性的，因?yàn)檫@有助于簡(jiǎn)化傳感器的理論分析、數(shù)據(jù)處理、制作標(biāo)定和測(cè)試，但傳感器的實(shí)際輸入-輸出特性大都具有一定程度的非線性，如果傳感器的非線性項(xiàng)的方次不高，在輸入量變化范圍(Range)不大的條件下，可以近似地代表實(shí)際曲線的一段。

靈敏度靈敏度(Sensitivity)是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值，通常用或Sn或K來(lái)表示。即Sn=dydx或Sn=ΔyΔx（1-1）對(duì)于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性曲線的斜率，非線性傳感器的靈敏度為一變量。曲線越陡峭，靈敏度越大；越平坦，則靈敏度越小。見(jiàn)圖1-10所示。如果輸入量和輸出量有不同的量綱，則靈敏度也有量綱，例如輸入量為溫度（℃），輸出量為電壓（V），則靈敏度的單位為“V/℃”。如果輸入量和輸出量是同類(lèi)量，則靈敏度是一個(gè)放大倍數(shù)，它體現(xiàn)了傳感器對(duì)被測(cè)量的微小變化放大為顯著變化的輸出信號(hào)的能力，即傳感器對(duì)輸入變量微小變化的敏感程度分辨力傳感器能夠感知或檢測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量就是傳感器的分辨力，反映傳感器能夠分辨被測(cè)量微小變化的能力。分辨力可以用能夠分辨最小增量的絕對(duì)值或能夠分辨最小增量與滿量程的百分比來(lái)表示（此時(shí)稱為分辨率），通常將模擬式傳感器的分辨率規(guī)定為最小刻度分格值的一半。靈敏度越高，分辨力越強(qiáng)（?。?，反之亦然。閾值閾值是指能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零位附近的分辨力。大多數(shù)情況下，閾值主要取決于傳感器的噪聲大小。如圖1-11所示的滾珠式傳感器，其觸發(fā)閾值和滾珠的質(zhì)量，滾珠與殼體的摩擦等參數(shù)相關(guān)。遲滯遲滯(Hysteresis)，也叫回程誤差，是指在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正(輸入量由小增大)、反(輸入量由大減小)行程的輸出信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象。遲滯的大小一般由實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定。用正、反行程間的最大輸出差值與滿量程比值表示。產(chǎn)生遲滯的原因主要是傳感器機(jī)械部分存在不可避免的摩擦、間隙、松動(dòng)、積塵等引起能量吸收和消耗。重復(fù)性重復(fù)性(Repeatability)表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入-輸出特性曲線一致的程度。產(chǎn)生的原因與遲滯產(chǎn)生的原因相同。

穩(wěn)定性穩(wěn)定性是表示傳感器在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持特性參數(shù)的能力。最常見(jiàn)的現(xiàn)象是漂移。：1）傳感器自身敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)老化。2）測(cè)試過(guò)程中環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化(常見(jiàn)溫度漂移)。

準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量理論值（真值）的一致程度。一般用精度來(lái)衡量。2.動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)(輸入)的響應(yīng)(輸出)特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出隨時(shí)間變化的規(guī)律(輸出變化曲線)，將能再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律(輸入變化曲線)，即輸出輸入具有相同的時(shí)間函數(shù)。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用瞬態(tài)響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)分析。由于輸入信號(hào)的時(shí)間函數(shù)形式是多種多樣的，在時(shí)域內(nèi)研究傳感器的響應(yīng)特性時(shí)，只研究幾種特定的輸入時(shí)間函數(shù)，如階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等。在頻域內(nèi)研究動(dòng)態(tài)特性一般是采用正弦函數(shù)。對(duì)應(yīng)的傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)分為兩類(lèi)，即與階躍響應(yīng)有關(guān)的指標(biāo)和與頻率響應(yīng)特性有關(guān)的指標(biāo)。①在采用階躍輸入研究傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等來(lái)表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。②在采用正弦輸入信號(hào)研究傳感器的頻域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用幅頻特性和相頻特性來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

3.傳感器的技術(shù)指標(biāo)由于傳感器的應(yīng)用范圍很廣，類(lèi)型很多，使用要求差別很大，因此很難給出能夠全面衡量傳感器質(zhì)量的統(tǒng)一指標(biāo)。但是，列出若干基本參數(shù)和比較重要的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)作為檢驗(yàn)、使用和評(píng)價(jià)傳感器的依據(jù)，是很有必要的。表1-1給出了傳感器的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)然，對(duì)于一種具體的傳感器來(lái)說(shuō)，并不是全部指標(biāo)都是必需的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，確保主要參數(shù)滿足要求。1.4新能源汽車(chē)傳感器的應(yīng)用和特點(diǎn)1.4.1新能源汽車(chē)傳感器的應(yīng)用新能源汽車(chē)電子控制系統(tǒng)隨著新能源汽車(chē)智能化的發(fā)展，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)越來(lái)越精密和完善，旨在提高整車(chē)的安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、操縱性以及排放性能等。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)由傳感器、電控單元(ElectronicControlUnit，ECU)和執(zhí)行器三部分組成，如圖1-12所示。其中，傳感器作為控制系統(tǒng)信息的源頭，是一種能測(cè)量各種被測(cè)物體的物理量，并把它們轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的裝置。它的主要作用是向新能源汽車(chē)各控制單元和顯示終端提供汽車(chē)運(yùn)行的各種工況信息，是新能源汽車(chē)的“電五官”。

動(dòng)力電池傳感器及其作用動(dòng)力電池上的傳感器主要有電流傳感器、電壓傳感器、溫濕度傳感器、位置傳感器以及氣體傳感器，見(jiàn)圖1-13所示。其中，電流傳感器用于監(jiān)測(cè)電池充放電時(shí)的電流，電壓傳感器用于測(cè)量電池組中每個(gè)電池的電壓，確保電池組中的每個(gè)電池都處于良好的工作狀態(tài)。溫度傳感器主要用于監(jiān)測(cè)電池的溫度，防止電池充放電時(shí)熱失控發(fā)生，濕度傳感器則用于監(jiān)測(cè)電池環(huán)境中的濕度，這對(duì)于電池的性能和壽命有著重要影響。位置傳感器主要用于檢測(cè)水冷裝置中冷卻液面的位置情況，以便于BMS及時(shí)調(diào)節(jié)控制主水泵與副水泵進(jìn)行切換運(yùn)行。氣體傳感器用于檢測(cè)當(dāng)動(dòng)力電池?zé)崾Э貢r(shí)，產(chǎn)生的諸如一氧化碳、氫氣等大量異常氣體情況，發(fā)出預(yù)警，并要求整車(chē)控制器進(jìn)行有效處理，從而全面監(jiān)測(cè)電池的健康狀況。電機(jī)傳感器及其功能驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的傳感器主要有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位置傳感器以及磁場(chǎng)傳感器，見(jiàn)圖1-14所示。位置傳感器用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的精確位置，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確的矢量控制和磁場(chǎng)定向控制（FOC）至關(guān)重要。電流傳感器用于監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流，這對(duì)于控制電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)電機(jī)和控制器的溫度，以確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行并防止過(guò)熱。通常采用NTC或PTC類(lèi)型的熱敏電阻，轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保電機(jī)在安全的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行?？梢允菣C(jī)械式的（如齒輪傳感器）或電子式的（如霍爾傳感器），該傳感器提供關(guān)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋，以便控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。電壓傳感器用于監(jiān)測(cè)電機(jī)的供電電壓，確保電機(jī)在適當(dāng)?shù)碾妷合逻\(yùn)行。這對(duì)于保護(hù)電機(jī)免受過(guò)電壓或欠電壓損害至關(guān)重要。另外，在某些電機(jī)設(shè)計(jì)中，可能會(huì)使用磁場(chǎng)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這對(duì)于控制電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和優(yōu)化電機(jī)性能非常重要

發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器在惡劣環(huán)境下的性能要求對(duì)于插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和增程式電動(dòng)汽車(chē)，除了考慮動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)以外，還需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上的傳感器，主要包括燃燒室溫度傳感器、排氣溫度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氧傳感器和爆燃傳感器等，見(jiàn)圖1-15所示。

燃料電池汽車(chē)的傳感器技術(shù)燃料電池汽車(chē)是一種新型環(huán)保汽車(chē)，燃料電池是一種將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能的清潔能源技術(shù)。在燃料電池系統(tǒng)中，傳感器起著至關(guān)重要的作用，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、濃度、濕度和電流等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制。通過(guò)這些傳感器的精確測(cè)量，燃料電池系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率、更長(zhǎng)的壽命和更穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，傳感器的數(shù)據(jù)還可以用于故障診斷、系統(tǒng)優(yōu)化和性能改進(jìn)。

汽車(chē)控制系統(tǒng)與傳感器應(yīng)用此外，汽車(chē)主要的控制系統(tǒng)，如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lockBrakingSystem，ABS）、電控空氣懸架系統(tǒng)（ElectronicallyControlledAirSuspension，ECAS）、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，EPS）等，都借助于相應(yīng)的傳感器作為信息輸入，完成控制動(dòng)作。ABS系統(tǒng)工作原理ECAS系統(tǒng)優(yōu)化車(chē)輛性能ECAS系統(tǒng)借助于車(chē)身高度傳感器、車(chē)速傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器等，實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元控制懸架執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變懸架彈性元件的剛度、減振器阻尼力及車(chē)身高度等參數(shù)，使車(chē)輛的操縱性和平順性都達(dá)到最優(yōu)。ECAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-18

EPS系統(tǒng)工作原理汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器會(huì)“感覺(jué)”到轉(zhuǎn)向盤(pán)的力矩和擬轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，這些信號(hào)會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會(huì)根據(jù)傳動(dòng)力矩、擬轉(zhuǎn)的方向、車(chē)速等數(shù)據(jù)信息，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令，從而電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)向，提高駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱性及行車(chē)安全性，EPS組成見(jiàn)圖1-19所示1.4.2新能源汽車(chē)傳感器的特點(diǎn)1）高精度與可靠性。2）智能化與網(wǎng)絡(luò)化。3）低功耗與長(zhǎng)壽命。4）集成化與多功能化。5）智能化算法與數(shù)據(jù)分析。6）新材料與新工藝的應(yīng)用。7）環(huán)境適應(yīng)性。8）批量生產(chǎn)性。9）體積小。THEEND謝謝第二章

新能源汽車(chē)上的電阻式傳感器CONTENTS目錄2.1分流電阻式傳感器2.2電位器式傳感器2.3應(yīng)變式傳感器本章導(dǎo)學(xué)本章導(dǎo)學(xué)電阻是導(dǎo)體本身的一種特性，用以表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大，不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻的大小由公式R=ρlS確定，受被測(cè)量的影響，改變電阻率ρ,長(zhǎng)度以及橫截面積S時(shí)，相應(yīng)的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)外加電源時(shí)，既可以通過(guò)輸出電壓或者電流反映出被測(cè)參數(shù)的大小。學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．掌握分流電阻式、電位器式、應(yīng)變式、壓阻式傳感器的基本原理；2．了解電位器式傳感器、應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器的基本特性；3.熟悉分流電阻式、電位器式傳感器、應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器在新能源汽車(chē)傳感檢測(cè)中的典型應(yīng)用;4．能夠利用電阻式傳感器的理論知識(shí)對(duì)新能源汽車(chē)傳感檢測(cè)中的壓力、加速度、位置等傳感器的原理及特點(diǎn)進(jìn)行分析。課前小討論根據(jù)電阻的計(jì)算公式R=ρlS，電阻值的大小與電阻率ρ,長(zhǎng)度l以及橫截面積S存在相關(guān)性，當(dāng)被測(cè)物理量作用在電阻上時(shí)，通過(guò)改變電阻的上述三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)或幾個(gè)，就能改變電阻值，那么被測(cè)物理量是如何引起被測(cè)參數(shù)的變化，電阻式傳感器在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用主要有哪些？2.1分流電阻式傳感器2.1分流電阻式傳感器電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池及電機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)中，傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力系統(tǒng)被動(dòng)力電池及電機(jī)系統(tǒng)所取代，用于電壓及電流檢測(cè)的傳感器件便廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)的汽車(chē)電子、大電流電路、變頻器、DC/AC、AC/DC轉(zhuǎn)換以及空調(diào)等模塊上。動(dòng)力電池系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)特別是對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)所用的動(dòng)力電池系統(tǒng)，由于要實(shí)時(shí)獲取電池余量及是否工作正常等狀態(tài)，所以實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池的電壓及電流就尤為重要。目前，常用的電壓及電流傳感器主要有霍爾元件式和分流電阻式兩種，圖2-1所示為用于測(cè)量高壓母線電流的分流電阻式傳感器的應(yīng)用舉例大電流檢測(cè)技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作電流大多在1~100A之間，在特殊情況下，會(huì)有短時(shí)間200~300A的電流，車(chē)輛的起動(dòng)電流甚至高達(dá)1500A。在電池和電源管理系統(tǒng)中，還有更極端的電流情況。對(duì)于這些大電流值的精確檢測(cè)，就要用到電流傳感器分流電阻電流傳感原理分流電阻式電流傳感器核心是高精密微阻值電阻的分流器。分流器實(shí)際上就是一個(gè)可以通過(guò)大電流的阻值很小的精密電阻，當(dāng)有直流電流通過(guò)時(shí)，就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生一個(gè)小的電壓降，一般為毫伏級(jí)別。用毫伏級(jí)電壓表測(cè)量這個(gè)電壓后，再依據(jù)歐姆定律換算為電流，就可以完成大電流的測(cè)量并顯示出來(lái)，所以電流表實(shí)際上是一塊電壓表電動(dòng)汽車(chē)電流傳感器目前，大部分電動(dòng)汽車(chē)上的分流電阻式電流傳感器都采用德國(guó)Isabellenhutte(德國(guó)伊薩)公司生產(chǎn)，其外觀如圖2-2所示2.1分流電阻式傳感器電動(dòng)汽車(chē)中，傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力系統(tǒng)被動(dòng)力電池及電機(jī)系統(tǒng)所取代，用于電壓及電流檢測(cè)的傳感器件便廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)的汽車(chē)電子、大電流電路、變頻器、DC/AC、AC/DC轉(zhuǎn)換以及空調(diào)等模塊上。特別是對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)所用的動(dòng)力電池系統(tǒng)，

由于要實(shí)時(shí)獲取電池余量及是否工作正常等狀態(tài)，

所以實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池的電壓及電流就尤為重要。目前，

常用的電壓及電流傳感器主要有霍爾元件式和分流電阻式兩種，圖2-1所示為用于測(cè)量高壓母線電流的分流電阻式傳感器的應(yīng)用舉例。2.1分流電阻式傳感器2.1分流電阻式傳感器電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作電流大多在1~100A之間，

在特殊情況下，

會(huì)有短時(shí)間200~300A的電流，

車(chē)輛的起動(dòng)電流甚至高達(dá)1500A。在電池和電源管理系統(tǒng)中，

還有更極端的電流情況。

對(duì)于這些大電流值的精確檢測(cè)，

就要用到電流傳感器。分流電阻式電流傳感器核心是高精密微阻值電阻的分流器。分流器實(shí)際上就是一個(gè)可以通過(guò)大電流的阻值很小的精密電阻，當(dāng)有直流電流通過(guò)時(shí)，就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生一個(gè)小的電壓降，一般為毫伏級(jí)別。用毫伏級(jí)電壓表測(cè)量這個(gè)電壓后，再依據(jù)歐姆定律換算為電流，就可以完成大電流的測(cè)量并顯示出來(lái)，所以電流表實(shí)際上是一塊電壓表。目前，

大部分電動(dòng)汽車(chē)上的分流電阻式電流傳感器都采用德國(guó)Isabellenhutte(德國(guó)伊薩)公司生產(chǎn)，其外觀如圖2-2所示。2.1分流電阻式傳感器1)寄生電感小于0.1nH。2)持續(xù)的負(fù)載功率為500W。3)針對(duì)微小阻值的電阻，低溫度系數(shù)最小可達(dá)10PPM/K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前的同類(lèi)產(chǎn)品。4)四引線技術(shù)保障信號(hào)的精確度及電阻本身的損耗。5)保證了性能穩(wěn)定的5000h的持續(xù)測(cè)試。6)能做到很小阻值的電阻，最小為4μΩ。2.2電位器式傳感器電位器式傳感器是一種把機(jī)械線位移或角位移輸入量通過(guò)傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電阻或電壓輸出的傳感器。由電阻元件和滑臂等部件組成。作為傳感元件，它能將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境條件要求不高，輸出信號(hào)較強(qiáng)，一般不需放大，并易實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換。但電阻元件與滑臂間由于存在磨損，壽命較短，且阻值范圍窄，分辨率有限，故其精度一般不高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，主要適合于變化緩慢的物理量的測(cè)量。2.2電位器式傳感器2.2電位器式傳感器電位器式傳感器種類(lèi)較多，根據(jù)輸入-輸出特性的不同，電位器式傳感器可分為線性電位器和非線性電位器兩種;根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為線繞式、薄膜式和光電式等。目前常用的以單圈線繞式電位器居多。在新能源汽車(chē)上，電位器式傳感器主要應(yīng)用有加速踏板位置傳感器、制動(dòng)踏板位置傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、燃油液位傳感器、機(jī)油壓力傳感器、空氣流量傳感器、扭矩傳感器等。2.2.1．工作原理及特性

工作原理電位器式傳感器一般由電阻元件、骨架及滑臂(滑動(dòng)觸點(diǎn))等組成，滑臂相對(duì)于電阻元件的運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)滑臂觸點(diǎn)在電阻元件上產(chǎn)生移動(dòng)，該觸點(diǎn)與電阻元件間的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)位移(被測(cè)量)與電阻之間的轉(zhuǎn)換。線性直線位移式電位器常用的線性直線位移式電位器傳感器原理如圖2-3所示。其電阻元件由金屬電阻絲繞成，電阻絲截面積相等，電阻值沿長(zhǎng)度變化均勻。設(shè)該電位器全長(zhǎng)為xmax總電阻為Rmax當(dāng)滑臂由A到B移動(dòng)位移x后，A到滑臂間的電阻值Rx為

（2-1）可見(jiàn)，電位器式傳感器作變阻器使用時(shí)，其電阻值為位移x的函數(shù)若作分壓器使用，設(shè)加在電位器A、B之間的電壓為Umax，則輸出電壓Ux為

（2-2）

線性角位移式電位器線性角位移式電位器原理如圖2-4所示。作為變阻器時(shí)，電阻值Rα與角度α的關(guān)系為

（2-3）作為分壓器使用時(shí)，輸出電壓Uα與角度α的關(guān)系為

（2-4）非線性電位器在一些傳感器的應(yīng)用中，需要輸入量(位移)和輸出電壓之間呈現(xiàn)某種函數(shù)規(guī)律的非線性變化，此時(shí)便需要非線性電位器，它可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)及其他任意函數(shù)，常用的非線性電位器有變骨架式、變節(jié)距式、分路電阻式和電位給定式四種。與線性電位器不同，非線性電位器輸出電阻(或電壓)與滑動(dòng)行程之間是非線性函數(shù)關(guān)系，與滑臂位置有關(guān)，故其靈敏度是變量，如圖2-5所示

。2.特性

（1）階梯特性由線繞式電位器的結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)滑臂在多匝導(dǎo)線上移動(dòng)時(shí)，電位器的阻值和輸出電壓不是連續(xù)變化，而是階躍式地變化?；勖恳苿?dòng)過(guò)一匝線圈，電阻就突然增加一匝阻值，輸出電壓就產(chǎn)生一次階躍。圖2-6所示為繞n匝電阻絲的線性電位器式傳感器的階梯特性曲線圖。若總共移動(dòng)n匝，則輸出電壓就產(chǎn)生次階躍，其階躍值為：

（2-5）（當(dāng)滑臂從m-1匝移至m匝時(shí)，滑臂瞬間使相鄰兩匝線圈短接，總匝數(shù)從n減小到n-1，即在每一次電壓階躍中又產(chǎn)生一次小階躍，這個(gè)小階躍的電壓設(shè)為ΔUn，有

（2-6）為了方便實(shí)際應(yīng)用，工程上常將實(shí)際階梯特性曲線簡(jiǎn)化為如圖2-7所示的理想階梯特性曲線。在理想情況下，特性曲線各個(gè)階梯的大小完全相同，此時(shí)穿過(guò)每個(gè)階梯中點(diǎn)的直線即是理論直線，階梯曲線圍繞理論直線上下波動(dòng)，從而產(chǎn)生一定的偏差，這種偏差就是電位器的階梯誤差。該階梯誤差通常用理想階梯特性曲線對(duì)理論直線最大偏差值與最大輸出電壓值之比的百分?jǐn)?shù)表示，即

（2-7）（2）負(fù)載特性一般情況下，電位器輸出端是接有負(fù)載的。當(dāng)接入負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載電阻和電位器的比值為有限值，此時(shí)所得的特性為負(fù)載特性。負(fù)載特性偏離理想空載特性的偏差稱為電位器的負(fù)載誤差。帶負(fù)載的電位器的電路如圖2-8所示。電位器的負(fù)載電阻為RL可理解為測(cè)量?jī)x表的內(nèi)阻或放大器的輸入電阻，此電位器的輸出電壓為

（2-8）2.2.2新能源汽車(chē)上的電位器式傳感器

加速踏板位置傳感器加速踏板位置傳感器安裝在汽車(chē)加速踏板附近，可用于檢測(cè)加速踏板的行程，向電控單元(ECU)反映駕駛?cè)笋{駛意圖的信息。電控單元供給加速踏板位置傳感器5V電壓，傳感器向電控單元發(fā)出反映加速踏板位置的電壓信號(hào)加速踏板位置傳感器有霍爾式和滑動(dòng)電阻式兩種，新型加速踏板位置傳感器有雙滑動(dòng)電阻式和線性雙霍爾式，純電動(dòng)汽車(chē)中常用的為滑動(dòng)電阻型加速踏板位置傳感器如圖2-9所示，加速踏板位置傳感器與加速踏板相連，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到踏板的位移或角度變化滑動(dòng)電阻型加速踏板位置傳感器工作原理是一個(gè)簡(jiǎn)單的電位計(jì)，將踏板的踩下情況直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，與加速踏板位置傳感器線圈接觸的小型滑臂沿圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)，加速踏板位置傳感器從ECU接收恒定的5V直流基準(zhǔn)電壓。當(dāng)油門(mén)關(guān)閉時(shí)，滑臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使基準(zhǔn)電壓通過(guò)全部線圈位置，加速踏板位置傳感器產(chǎn)生約為0.5V的輸出信號(hào)，向ECU回饋，當(dāng)油門(mén)處于全開(kāi)位置時(shí)，滑臂轉(zhuǎn)動(dòng)到基準(zhǔn)電壓只通過(guò)很少線圈的位置，向ECU回饋的信號(hào)電壓約為4.5V。油門(mén)處于關(guān)閉和油門(mén)全開(kāi)之間位置時(shí)，加速踏板位置傳感器向ECU回饋的信號(hào)電壓將與滑臂在電阻上的位置成正比可見(jiàn)，加速踏板位置傳感器的輸出信號(hào)為在0.5~4.5V之間變化的電壓值，隨著加速踏板位置的變化，輸出信號(hào)電壓相應(yīng)變化，兩者之間呈線性關(guān)系，見(jiàn)圖2-10電動(dòng)汽車(chē)上，隨著駕駛員踩下加速踏板深度的增大，傳感器的電壓信號(hào)也會(huì)高，ECU識(shí)別該電壓變化后，發(fā)送更高的驅(qū)動(dòng)電壓，使得車(chē)輛速度提升圖2-11所示為榮威E50采用的加速踏板位置傳感器的針腳示意圖，該加速踏板位置傳感器采用雙滑動(dòng)電阻式，也是安裝在加速踏板軸的一端。通過(guò)腳踩加速踏板使得傳感器內(nèi)部指針滑動(dòng)改變滑動(dòng)電阻器的阻值，從而影響加載在其上面的電壓值，用于監(jiān)測(cè)加速踏板的加、減速信號(hào)2.2.2新能源汽車(chē)上的電位器式傳感器1.加速踏板位置傳感器2.制動(dòng)踏板位置傳感器3.扭矩傳感器4.車(chē)身高度傳感器5.節(jié)氣門(mén)位置傳感器6.機(jī)油壓力傳感器7.空氣流量傳感器8.燃油液位傳感器加速踏板位置傳感器安裝在汽車(chē)加速踏板附近，可用于檢測(cè)加速踏板的行程，向電控單元(ECU)反映駕駛?cè)笋{駛意圖的信息。電控單元供給加速踏板位置傳感器5V電壓，傳感器向電控單元發(fā)出反映加速踏板位置的電壓信號(hào)。1.加速踏板位置傳感器圖2-11所示為榮威E50采用的加速踏板位置傳感器的針腳示意圖，該加速踏板位置傳感器采用雙滑動(dòng)電阻式，也是安裝在加速踏板軸的一端。通過(guò)腳踩加速踏板使得傳感器內(nèi)部指針滑動(dòng)改變滑動(dòng)電阻器的阻值，從而影響加載在其上面的電壓值，用于監(jiān)測(cè)加速踏板的加、減速信號(hào)。1.加速踏板位置傳感器制動(dòng)踏板位置傳感器安裝在汽車(chē)制動(dòng)踏板附近，用于檢測(cè)制動(dòng)踏板的行程，如圖2-12所示。制動(dòng)踏板位置傳感器有霍爾式、滑動(dòng)電阻式和開(kāi)關(guān)型三種，為了提高信息檢測(cè)的精確度，現(xiàn)出現(xiàn)了新型制動(dòng)踏板位置傳感器，包括雙滑動(dòng)電阻式和線性雙霍爾式兩種。2.制動(dòng)踏板位置傳感器電位計(jì)式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉(zhuǎn)角-位移變換器、電位計(jì)組成。扭桿彈簧主要作用是檢測(cè)司機(jī)作用在方向盤(pán)上的扭矩，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值。轉(zhuǎn)角-位移變換器將扭桿彈簧兩端的相對(duì)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)套滑塊的軸向位移。滑塊相對(duì)于輸入軸可以在螺旋方向上移動(dòng)，同時(shí)滑塊通過(guò)一個(gè)銷(xiāo)安裝到輸出軸上，可以相對(duì)于輸出軸在垂直方向上移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，扭矩被傳遞到扭力桿，輸入軸相對(duì)于輸出軸方向出現(xiàn)偏差。該偏差使得滑塊出現(xiàn)移動(dòng)，這些軸方向的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為電位計(jì)的杠桿旋轉(zhuǎn)角度，滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻線上的移動(dòng)使電位計(jì)的電阻值隨之變化，電阻的變化通過(guò)電位計(jì)轉(zhuǎn)化為電壓。這樣扭矩信號(hào)就轉(zhuǎn)化為了電壓信號(hào)。3.扭矩傳感器電位計(jì)式車(chē)身高度傳感器，也被稱為電位計(jì)式車(chē)高位置傳感器，一種利用電位計(jì)原理來(lái)測(cè)量車(chē)身高度變化的裝置。其結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。主要由傳感器軸、轉(zhuǎn)板、電刷和印制電路板組成，前三者組成一個(gè)整體，由導(dǎo)桿帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，印制電路板的電刷可在電阻器上滑動(dòng)。當(dāng)車(chē)身高度發(fā)生變化時(shí)，懸掛系統(tǒng)的伸縮使得滑動(dòng)觸點(diǎn)沿著電阻條移動(dòng)，觸點(diǎn)與電阻條兩端之間的電阻值會(huì)發(fā)生變化，電阻值的變化與滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置成正比。4.車(chē)身高度傳感器采用電位器式原理的汽車(chē)節(jié)氣門(mén)位置傳感器稱為線性可變電阻型節(jié)氣門(mén)位置傳感器。線性可變電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器的設(shè)計(jì)避免了開(kāi)關(guān)式節(jié)氣門(mén)位置傳感器只能檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況和全負(fù)荷工況的弊端，因此可以獲得節(jié)氣門(mén)從全閉到全開(kāi)連續(xù)變化的信號(hào)，從而更精確地判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，其外觀和安裝位置分別如圖2-15、圖2-16所示。5.節(jié)氣門(mén)位置傳感器線性可變電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器的內(nèi)部是一個(gè)旋轉(zhuǎn)式可變電阻電位器，其滑動(dòng)觸點(diǎn)與節(jié)氣門(mén)軸連接，由節(jié)氣門(mén)軸帶動(dòng)電位計(jì)的滑動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。電位器有3個(gè)接線端子，分別與電位器電阻的兩個(gè)固定端和滑動(dòng)觸點(diǎn)連接。如果在兩個(gè)固定端之間外加一個(gè)恒定的電壓，電位器的3個(gè)接線端子之間就形成了一個(gè)分壓電路，當(dāng)滑動(dòng)觸點(diǎn)在節(jié)氣門(mén)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觸點(diǎn)在電阻體上的位置發(fā)生變化，改變了觸點(diǎn)與電位器任一固定端之間的電阻，該端子上的電壓便隨之發(fā)生變化，如圖2-17所示。不同型號(hào)的節(jié)氣門(mén)位置傳感器，其電阻值及輸出電壓信號(hào)值也不完全相同。下面以2008款別克凱越發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)位置傳感器為例，說(shuō)明其檢測(cè)方法。圖2-18所示為2008款別克凱越節(jié)氣門(mén)位置傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的連接電路圖。機(jī)油壓力傳感器通常通過(guò)螺紋擰入缸體的油道內(nèi),其內(nèi)有一個(gè)滑動(dòng)電阻,一端輸出信號(hào),另一端和搭鐵的滑動(dòng)臂連接。當(dāng)油壓增高時(shí),壓力通過(guò)潤(rùn)滑油道接口推動(dòng)膜片彎曲,膜片推動(dòng)滑動(dòng)臂移動(dòng)到低電阻位置,輸出電流增大，油壓降低時(shí),情況正好相反,如圖2-19所示。6.機(jī)油壓力傳感器以豐田Miria為例，空氣供給系統(tǒng)主要由空氣濾清器、空壓機(jī)、空氣流量計(jì)、中冷器、三通閥、背壓閥以及消聲器等部件組成，如圖2-20所示。7.空氣流量傳感器電位器式空氣流量傳感器又稱為翼片式空氣流量傳感器,其結(jié)構(gòu)原理如圖2-21所示。在翼片上安裝一個(gè)電位計(jì),它與翼片同軸旋轉(zhuǎn),電位計(jì)上滑片移動(dòng)導(dǎo)致電阻的變化，并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)輸入ECU。7.空氣流量傳感器當(dāng)空氣流量增大時(shí),進(jìn)氣氣流對(duì)翼片產(chǎn)生推力也增大,推力克服復(fù)位彈簧彈力使翼片旋轉(zhuǎn)角度a增大,直到推力與彈簧力平衡為止。進(jìn)氣量越大,翼片偏轉(zhuǎn)角度越大。因?yàn)橐砥c電位計(jì)的滑片都被固定在轉(zhuǎn)軸上,在翼片偏轉(zhuǎn)的同時(shí),滑片也偏轉(zhuǎn)。當(dāng)空氣流量增大時(shí),其端子VC與VS之間的電阻值減小,兩端子間的輸出電壓Us降低。當(dāng)進(jìn)氣量減小時(shí),進(jìn)氣氣流對(duì)翼片的推力減小,彈簧克服彈簧彈力使翼片偏轉(zhuǎn)的角度a也減小,端子VC與VS之間的電阻值增大,兩端子間的輸出電壓升高。動(dòng)片式空氣流量傳感器的原理圖如圖2-22所示。7.空氣流量傳感器7.空氣流量傳感器浮子可變電阻型燃油液位傳感器采用電位器方式來(lái)檢測(cè)燃油液位的變化，如圖2-25所示，由浮子、內(nèi)裝可變電阻的本體以及連接這兩者的浮子臂等構(gòu)成。浮子可隨液位上、下移動(dòng),這時(shí)滑動(dòng)臂就在電阻上滑動(dòng),從而改變搭鐵與浮子之間的電阻值,利用這一阻值變化來(lái)控制回路中電流的大小,并在儀表上顯示出來(lái)。8.燃油液位傳感器這種傳感器可用于油量的測(cè)量,如圖2-26所示,該傳感器在汽油油量表中應(yīng)用時(shí),儀表部分與浮子部分串聯(lián)。當(dāng)油箱內(nèi)裝滿汽油時(shí),浮子升到最高位置,滑動(dòng)臂向電阻值低的方向滑動(dòng),通過(guò)回路中的電流增大,儀表部分的雙金屬片彎曲得厲害,指針指示F側(cè)。當(dāng)燃油箱內(nèi)的汽油量較少時(shí),浮子降到較低位置,電阻增大,汽油表電路中的電流較小,儀表內(nèi)的雙金屬片只是稍稍彎曲,指針指示E一側(cè)。8.燃油液位傳感器2.3應(yīng)變式傳感器彈性應(yīng)變與彈性元件應(yīng)變(Stress)是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。當(dāng)外力去除后物體又能完全恢復(fù)其原來(lái)的尺寸和形狀的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變，具有彈性應(yīng)變特性的物體稱為彈性元件。應(yīng)變式傳感器應(yīng)用應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，由彈性元件(感知與力相關(guān)的量并產(chǎn)生應(yīng)變)及在其上粘貼的電阻應(yīng)變片(作為應(yīng)變敏感元件或轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化)構(gòu)成。應(yīng)變電阻式傳感器工作時(shí)引起的電阻值變化甚小，但其測(cè)量靈敏度較高。因此，在力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。2.3.1．工作原理及特性當(dāng)被測(cè)物理量(如力、力矩或壓力等)作用在彈性元件上使其發(fā)生形變，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的電阻應(yīng)變片，引起電阻應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路變成電壓等電量輸出，通過(guò)輸出電壓的大小反映被測(cè)物理量的大小。（1）應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值相應(yīng)地發(fā)生變化的現(xiàn)象如圖2-27所示。一根具有應(yīng)變效應(yīng)的金屬電阻絲，在未受力時(shí)，原始電阻值R為

（2-9）式中R—電阻絲的電阻值（Ω）ρ—電阻絲的電阻率（Ω.m）—電阻絲的長(zhǎng)度（m）A—電阻絲的截面積（m2）當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)將伸長(zhǎng)，截面積相應(yīng)減小，電阻率也將因形變而改變(增加)，故引起電阻值發(fā)生i相應(yīng)變化，變化量為

（2-10）則電阻的相對(duì)變化量

（2-11）將電阻絲軸向(長(zhǎng)度)相對(duì)變化量定義為軸向應(yīng)變，用符號(hào)ε表示，徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的關(guān)系為

（2-12）式中μ—電阻絲材料的泊松比（取值在0~0.5之間，通常為0.3左右）可以得出

（2-13）通常把單位應(yīng)變引起的電阻值相對(duì)變化量稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)，表示為

（2-14）由此可見(jiàn)，電阻絲的靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素的影響:一個(gè)是受力后材料幾何尺寸的變化，即(1+2μ)，另一個(gè)是受力后材料的電阻率的變化dρ。對(duì)金屬材料：1+2μ?dρρ/ε。對(duì)半導(dǎo)體材料dρρ/ε?1+2μ。大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即K為常數(shù)。（2）金屬電阻應(yīng)變片（3）半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的使用方法與絲式電阻應(yīng)變片相同，即粘貼在被測(cè)物體上，隨著被測(cè)物體的應(yīng)變，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化。半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)如圖2-30所示。半導(dǎo)體敏感元件產(chǎn)生壓阻效應(yīng)時(shí)其電阻率的相對(duì)變化與應(yīng)力間的關(guān)系為

（2-15）式中π—半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)（1/Pa）σ—半導(dǎo)體材料的所受應(yīng)變力（Pa）E—半導(dǎo)體材料的彈性模量（Pa）ε—半導(dǎo)體材料的應(yīng)變（無(wú)量綱）因此，對(duì)于半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，其靈敏度系數(shù)K近似為

（2-16）2.測(cè)量電路應(yīng)變的信號(hào)獲取通常采用惠斯通電橋，它可記錄橋路中電阻的微小應(yīng)變。惠斯通電橋根據(jù)其供橋電源的性質(zhì)，可分為直流電橋和交流電橋，即供橋電源采用直流源的為直流電橋，采用交流源的為交流電橋。直流電橋應(yīng)用廣泛，其所需的高精度直流電源比較容易獲得,電橋平衡調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,傳感器引線分布參數(shù)影響小,不過(guò)由于電橋輸出電壓很小，一般都需要加放大器。而直流放大器易產(chǎn)生零漂，因此在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)多采用交流電橋。交流電橋采用交流供電，其平衡條件、引線分布參數(shù)影響及后續(xù)信號(hào)放大電路等許多方面與直流電橋存在明顯差異。直流電橋電路1）電橋平衡條件直流電橋電路如圖2-31所示圖中，E為電源電壓，R1、R2、R3及R4為橋臂電阻，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)RL→∞時(shí)，電橋輸出電壓Uo為

（2-17）當(dāng)電橋平衡時(shí)，Uo=0，則有

（2-18）或

（2-19）式(2-19)為電橋平衡條件。這說(shuō)明欲使電橋平衡，其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等或相對(duì)兩臂電阻的乘積應(yīng)相等2）電壓靈敏度應(yīng)變片工作時(shí)，其電阻值變化很小，電橋相應(yīng)輸出電壓也很小，一般需要加入放大器進(jìn)行放大。由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多，所以此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_(kāi)路情況。當(dāng)受應(yīng)變時(shí)，若應(yīng)變片電阻R1的變化為ΔR，其他橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo≠0，則電橋不平衡，輸出電壓為

（2-20）設(shè)橋臂比n=R2/R1，由于ΔR1<<R1，分母中ΔR1/R1可忽略，并考慮到平衡條件，則上式可寫(xiě)為

（2-21）直流電橋的電壓靈敏度KU定義為

（2-22）由式(2-22)可以看出，電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，供電電壓越高，電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制，所以不可無(wú)限增大。同時(shí)，電橋電壓靈敏度還是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，可以保證電橋具有較高的電壓靈敏度思路：求導(dǎo)法求得的最大值。對(duì)上式中求偏導(dǎo)，可得

（2-23）求得,n=R2/R1=1時(shí)，為最大值。即在供橋電壓確定后，當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)，電橋電壓靈敏度最高，此時(shí)有

（2-24）

（2-25）交流電橋電路輸出電壓為

（2-26）電橋平衡條件，得

（2-27）整理得

（2-28）變形為

（2-29）其實(shí)部、虛部分別相等，整理后可得交流電橋的平衡條件為

（2-30）

（2-31）3.溫度補(bǔ)償（1）應(yīng)變片的溫度誤差由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差,稱為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有電阻溫度系數(shù)的影響、試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響兩個(gè)方面。1)電阻溫度系數(shù)的影響電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系如公式(2-32)所示

（2-32）式中Rt—溫度為t時(shí)的電阻值（Ω）R0—溫度為t0時(shí)的電阻值（Ω）α0—溫度為時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)（1/℃）?t—溫度變化值，?t=t?t0,（℃）3.溫度補(bǔ)償（2)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)，不論環(huán)境溫度如何變化，不會(huì)產(chǎn)生附加形變。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加形變，從而產(chǎn)生附加的電阻變化。設(shè)電阻絲和試件在溫度為t0時(shí)的長(zhǎng)度都為l0，它們的線膨脹系數(shù)分別為βg和βs，則當(dāng)兩者粘貼在一起用于力的檢測(cè)時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形?l、附加應(yīng)變?chǔ)纽潞透郊与娮枳兓?Rβ分別為

（2-33）

（2-34）

（2-35）因此，由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對(duì)變化量為電阻溫度系數(shù)的影響與試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響相加

（2-36）應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有電橋補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法兩種。其中，電橋補(bǔ)償法是最常用且效果較好的補(bǔ)償法，如圖2-33所示假設(shè)A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，工作應(yīng)變片R1粘貼在被測(cè)試件表面上，補(bǔ)償應(yīng)變片RB粘貼在與被測(cè)試件材料完全相同的補(bǔ)償塊上，且僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變,如圖2-33所示。同時(shí)，R1和RB又處于同一環(huán)境溫度為t的溫度場(chǎng)中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)，電橋輸出電壓Uo與橋臂參數(shù)的關(guān)系為

（2-37）當(dāng)溫度升高或降低Δt=t-t0時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)，即

（2-38）若此時(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變?chǔ)诺淖饔茫瑒t工作應(yīng)變片電阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，此時(shí)電橋輸出電壓為

（2-39）由上式可知，電橋的輸出電壓Uo僅與被測(cè)試件的應(yīng)變?chǔ)庞嘘P(guān)，而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)應(yīng)當(dāng)指出，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過(guò)程必須滿足以下4個(gè)條件：1）在應(yīng)變片工作過(guò)程中，保證R3=R42）R1和RB兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β、應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R03）粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同4）兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)2.3.2．新能源汽車(chē)上的應(yīng)變式傳感器1.前乘客座椅占用傳感器2.加速度傳感器3.輪胎壓力傳感器4.扭矩傳感器5.制動(dòng)壓力傳感器6.氫氣壓力傳感器7.差壓傳感器8.進(jìn)氣歧管壓力傳感器9.大氣壓力傳感器10.GDI燃油壓力傳感器汽車(chē)座椅占用傳感器是一種薄膜型觸點(diǎn)傳感器，傳感器的觸點(diǎn)均勻分布在座椅的受力表面，當(dāng)座椅受來(lái)自于外部的壓力時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，可用于汽車(chē)座椅乘員感知系統(tǒng)，如安全帶報(bào)警傳感器，出租車(chē)自動(dòng)計(jì)費(fèi)等，可以根據(jù)汽車(chē)座椅的形狀、硬度和蒙皮的松緊度來(lái)設(shè)計(jì)傳感器的外形及觸點(diǎn)的靈敏度。座椅占用傳感器的外觀如圖2-34所示。

1.前乘客座椅占用傳感器前乘客側(cè)座椅占用傳感器G128安裝在前乘客座椅的座椅套和坐墊之間，座椅占用傳感器的位置覆蓋前乘客座椅的后部區(qū)域，選擇位置時(shí)應(yīng)確保能夠探測(cè)到座椅面的相關(guān)區(qū)域。座椅占用識(shí)別壓力傳感器和座椅占用識(shí)別墊是一個(gè)部件。座椅占用識(shí)別墊充有硅凝膠，位于前乘客座椅的坐墊下。如果前乘客座椅被占用，則座椅占用識(shí)別墊中的壓力發(fā)生變化。座椅占用識(shí)別壓力傳感器識(shí)別出該壓力變化，并以電壓信號(hào)形式將這一情況發(fā)送給座椅占用識(shí)別控制單元J706。

1.前乘客座椅占用傳感器借助座椅占用識(shí)別壓力傳感器的信號(hào)，座椅占用識(shí)別控制單元可識(shí)別出前乘客座椅的負(fù)重情況。如果前乘客座椅負(fù)重約小于20kg，并且識(shí)別出沒(méi)有安全帶拉緊力或者安全帶拉緊力很小，則座椅占用識(shí)別控制單元確定為“兒童座椅”，并將這一情況發(fā)送給安全氣囊控制單元。前乘客正面安全氣囊即被安全氣囊控制單元關(guān)閉。如果前乘客座椅負(fù)重約25kg，并且安全帶拉緊力超過(guò)一個(gè)預(yù)定的值，則座椅占用識(shí)別控制單元識(shí)別到兒童座椅被具有兒童座椅固定功能的安全帶額外壓在坐墊上。則識(shí)別為“兒童座椅”，安全氣囊控制單元將前乘客正面安全氣囊關(guān)閉。從負(fù)重約大于25kg和很小的安全帶拉緊力起，座椅占用識(shí)別控制單元將座椅視為被一個(gè)成人占用，前乘客正面安全氣囊保持激活狀態(tài)。接通啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，傳感器的信息將被持續(xù)分析。這樣可以確保座椅占用識(shí)別控制單元識(shí)別到座椅占用的變化情況，并對(duì)此做出反應(yīng)。

1.前乘客座椅占用傳感器應(yīng)變電阻式加速度傳感器用于測(cè)量物體的加速度。加速度是運(yùn)動(dòng)參數(shù)而不是力，因此，它首先需要經(jīng)過(guò)質(zhì)量慣性系統(tǒng)將加速度轉(zhuǎn)換成力，再作用于彈性元件上來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。為使加速度形成的慣性力變換成位移,將半導(dǎo)體硅片制成懸臂梁結(jié)構(gòu)，為提高靈敏度,將硅片固定端作等方向腐蝕,并在其自由端附加配重。為了檢測(cè)位移(應(yīng)變),在已被腐蝕的薄層上面,配置了4個(gè)具有壓電效應(yīng)的應(yīng)變電阻，為了提高傳感器的檢測(cè)精度,應(yīng)變電阻一般都連接成橋式電路,如圖2-37所示。2.加速度傳感器車(chē)輛速度發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)慣性力形成應(yīng)變,應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化,通過(guò)橋式電路可將這種阻值的變化以電壓變化的形式檢測(cè)出來(lái)。應(yīng)變電阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2-38所示。

2.加速度傳感器該傳感器利用了懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁是一端固定,另一端自由的彈性敏感元件。根據(jù)梁的截面形狀不同可分為變截面梁（等強(qiáng)度梁）和等截面梁。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、應(yīng)變片容易粘貼、靈敏度高等，

在較小力的測(cè)量中應(yīng)用普遍。等強(qiáng)度懸臂梁使用時(shí)，電阻應(yīng)變片R1粘貼在一端固定的懸臂梁上，

另一端的三角形頂點(diǎn)上受到載荷力F的作用，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應(yīng)力相等，

表面上的應(yīng)變也相等，與水平方向的貼片位置無(wú)關(guān)，如圖2-39所示。

2.加速度傳感器輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)（TirePressureMonitorSystem，TPMS）通過(guò)采用無(wú)線射頻通信的胎壓傳感單元和胎壓監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控。TPMS的作用是在汽車(chē)行駛過(guò)程中對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，并對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，以確保行車(chē)安全。TPMS通過(guò)在每一個(gè)輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，在行車(chē)或靜止的狀態(tài)下，實(shí)時(shí)監(jiān)視輪胎的壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線方式發(fā)射到接收器，在顯示器上顯示各種數(shù)據(jù)變化或以蜂鳴等形式，提醒駕車(chē)者。并在輪胎漏氣和壓力變化超過(guò)安全閾值（該閾值可通過(guò)顯示器設(shè)定）時(shí)進(jìn)行報(bào)警，以保障行車(chē)安全。

3.輪胎壓力傳感器該扭矩傳感器由彈性軸、測(cè)量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。彈性軸是敏感元件，在45度和135度的方向上產(chǎn)生最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。傳感器的信息轉(zhuǎn)換過(guò)程是，在彈性軸上粘貼應(yīng)變片組成測(cè)量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。

4.扭矩傳感器如圖4-44所示，制動(dòng)壓力傳感器集成在ESP單元內(nèi)，該傳感器根據(jù)壓阻效應(yīng)原理，即利用結(jié)構(gòu)變形時(shí)引起的材料電導(dǎo)率變化工作。傳感器通過(guò)4個(gè)接觸彈簧4與控制單元連接。兩個(gè)觸點(diǎn)用于供電，另外兩個(gè)觸點(diǎn)提供兩個(gè)彼此獨(dú)立的壓力信號(hào)。四個(gè)壓阻測(cè)量元件構(gòu)成一個(gè)電橋5，這些元件固定在一個(gè)隔膜6上。壓阻測(cè)量元件是半導(dǎo)體材料制成的電阻。如圖2-45所示。當(dāng)進(jìn)入測(cè)量室1的制動(dòng)壓力升高時(shí)，隔膜6和與其連接的壓阻測(cè)量電橋5的長(zhǎng)度發(fā)生變化。分布在壓阻電橋中的電阻值發(fā)生變化，測(cè)量電橋內(nèi)的壓電電橋元件7將該變化反饋到輸出電路上，以信號(hào)形式輸送給電子控制單元。ESP制動(dòng)壓力傳感器通過(guò)三根電線與電子控制單元相連，分別是5V電源線，信號(hào)線和搭鐵線。5.制動(dòng)壓力傳感器氫氣壓力傳感器主要是高壓氫氣瓶瓶閥上的高壓傳感器和經(jīng)過(guò)減壓閥后的氫氣中壓傳感器，以及最后進(jìn)入電堆時(shí)的氫氣低壓傳感器。氫氣壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。按工作原理主要有應(yīng)變式、壓電式、壓阻式、磁電式等。圖2-46所示為森薩塔（SENSATA）氫氣高壓傳感器310PP11-06。310PP11-06高壓傳感器為壓阻式原理傳感器，為森薩塔研發(fā)的MSG微熔應(yīng)變片技術(shù)。采用4個(gè)壓敏電阻通過(guò)玻璃微熔密封的金屬基板背面，組成惠斯通電橋。當(dāng)受壓時(shí)，壓敏電阻因阻值變化導(dǎo)致電壓變化，通過(guò)芯片放大處理后傳輸出隨壓力變化的電壓信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）。6.氫氣壓力傳感器在裝有發(fā)動(dòng)機(jī)的新能源汽車(chē)上，要考慮燃燒氣體的排放情況。為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，通常的方法是在汽車(chē)尾氣排放部分放置捕集器，捕集尾氣中的微小顆粒。然而，廢氣排放通道會(huì)隨著捕集到顆粒的積聚而被漸漸堵塞。積聚顆粒的處理是在通道的某個(gè)位置或直接在尾氣中注入額外的燃油來(lái)提高廢氣的溫度，在捕集器中存在催化劑時(shí)，廢氣的高溫足以使積聚的顆粒燃燒并氣化。這個(gè)清潔過(guò)程被稱為“再生”過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中有一個(gè)問(wèn)題，“再生”過(guò)程太頻繁，會(huì)增加耗油量；間隔太長(zhǎng)，則會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能。因而，選擇合理的“再生”觸發(fā)時(shí)刻顯得非常重要。差壓傳感器將壓力差信號(hào)送至ECU，ECU根據(jù)該壓力差判斷捕集器中顆粒的積聚程度，決定“再生”觸發(fā)時(shí)刻及額外燃料注入量。同時(shí)，ECU還可以通過(guò)控制EGR閥調(diào)節(jié)尾氣的溫度。7.差壓傳感器其核心是一塊圓形硅膜片（彈性元件

），通過(guò)擴(kuò)散工藝在硅基底上擴(kuò)散出4個(gè)

電阻，

構(gòu)成惠斯通電橋的4個(gè)橋臂接入平衡電橋。膜片兩邊有兩個(gè)壓力腔，

一個(gè)是與被測(cè)系統(tǒng)相連接的高壓腔；另一個(gè)是低壓腔。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片上各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，膜片產(chǎn)生變形。四個(gè)電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出電壓。該電壓與膜片兩邊壓力差成正比。7.差壓傳感器進(jìn)氣歧管壓力傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中氣體的絕對(duì)壓力,典型的進(jìn)氣絕對(duì)壓力值為250kPa。該絕對(duì)壓力是相對(duì)于基準(zhǔn)真空壓力而不是相對(duì)于環(huán)境的大氣壓力。由測(cè)量得到的進(jìn)氣歧管氣體的絕對(duì)壓力就可以算出空氣的質(zhì)量流量,并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需要調(diào)節(jié)增壓壓力。進(jìn)氣歧管壓力傳感器廣泛采用半導(dǎo)體應(yīng)變片原理。進(jìn)氣歧管壓力傳感器如圖2-48所示,主要包括硅片、底座、硅杯和蓋子等。硅片上形成有膜片,膜片上埋入了檢測(cè)壓力的測(cè)量電阻，底座上設(shè)置了導(dǎo)壓管和作為輸入/輸出的引線端子。

8.進(jìn)氣歧管壓力傳感器硅片的中央部分為用腐蝕法形成的膜片,在壓力的作用下,膜片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變。在硅膜片表面的四周上,采用IC的微加工技術(shù)等使膜片的外圓周上形成應(yīng)變電阻,并將4個(gè)測(cè)量電阻按惠斯頓電橋法在硅片內(nèi)部連接起來(lái)。將4個(gè)應(yīng)變電阻R1、R2、R3和R4的電阻值設(shè)計(jì)成同樣值R。當(dāng)膜片上作用有壓力時(shí),膜片會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,同時(shí)引起測(cè)量電阻的阻值發(fā)生變化,導(dǎo)致惠斯頓電橋的平衡被破壞。當(dāng)將一定的電壓輸入到惠斯頓電橋的輸入端時(shí),就可以在電橋的輸出端得到電壓的變化值。

8.進(jìn)氣歧管壓力傳感器硅片的外圓周邊粘接固定到底座上,并用外殼蓋住后,內(nèi)部便處于真空狀態(tài)。壓力接管接入所測(cè)量的壓力后,薄膜在該壓力的作用下產(chǎn)生應(yīng)力,電橋回路就輸出與測(cè)量壓力成比例的電壓，進(jìn)氣歧管壓力傳感器輸出特性如圖2-50所示。因?yàn)閷⒄婵諌毫ψ鳛榛鶞?zhǔn)壓力,所以就能測(cè)量絕對(duì)壓力。為了補(bǔ)償應(yīng)變電阻值和薄膜厚度的不均以及應(yīng)變電阻的溫