1、淺析汽車傳感器的應(yīng)用目 錄摘要 11、 引言 42、 汽車用傳感器分類 43、 汽車傳感器的性能要求4、 微型傳感器在汽車中的應(yīng)用4 (一)汽車發(fā)動機控制及各類傳感器4 (二)安全系統(tǒng)方面用傳感器8 (三)車輛監(jiān)控和自診斷用傳感器 9(四)高溫微電子在汽車中的應(yīng)用 9五、 結(jié)束語 10 淺析汽車傳感器的應(yīng)用 摘要： 現(xiàn)代汽車正由一個單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全、舒適、方便及無污染的方向發(fā)展。要實現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于汽車的電子化和智能化，先決條件則是各種信息的及時獲取，這勢必要求在汽車中大量采用各種傳感器。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,是汽車電子控制系統(tǒng)信息的主要來源, 它的主

2、要功能是利用安裝在汽車各部位的信號轉(zhuǎn)換裝置, 測量或檢測汽車在各種運行狀態(tài)下相關(guān)機件的工作參數(shù), 并將它們轉(zhuǎn)換成計算機能接受的電信號后送給ecu, ecu根據(jù)這些信息進行運算處理, 進而發(fā)出指令對執(zhí)行元件進行適時地控制。關(guān)鍵詞： 汽車；傳感器；電子控制系統(tǒng)；自動控制程序引言： 汽車傳感器的工作條件極為惡劣，因此，傳感器能否精確可靠地工作至關(guān)重要。在該領(lǐng)域中，理論研究及材料應(yīng)用發(fā)展迅速，半導(dǎo)體和金屬膜技術(shù)研究及材料應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，半導(dǎo)體和金屬膜技術(shù)、陶瓷燒結(jié)技術(shù)等得到迅猛發(fā)展。智能化、集成化和數(shù)字化將是傳感器的未來發(fā)展趨勢。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測量電路組成。敏感元件是指能直接感受被

3、測量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指能將非電量轉(zhuǎn)換成電量的部分。有些敏感元件可以直接輸入電量。測量電路是指將轉(zhuǎn)換元件輸入的電量經(jīng)過處理，以便進行顯示、記錄和控制的部分。測量電路中較多的使用電橋電路。；一：汽車用傳感器分類 按需要外加能量與否分類傳感器按需要外加能量與否分類, 可分為主動型和被動型傳感器兩種。汽車上使用的傳感器大多數(shù)屬于被動型傳感器, 這種被動型傳感器需要外加輸入電源 (一般為+5 v) , 才能輸出電子信號。例如溫度傳感器, 它以所測溫度的大小相應(yīng)改變電阻值的方式向外輸出電信號, 信號的輸出需要測試回路提供電源。采用電阻、電感、電容, 利用應(yīng)變效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)制成的傳感器都屬于被動

4、型傳感器。主動型傳感器的工作不需要外界提供電源, 自身吸收其他能量 (光能和熱能) , 經(jīng)變換后再輸出電能, 它是一個能量變換裝置。例如, 太陽能電池和熱電耦輸出的電能分別來源于傳感器吸收的光能和熱能。采用壓電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)等原理制成的傳感器都屬于主動型傳感器。按信號轉(zhuǎn)換分類按信號轉(zhuǎn)換關(guān)系分類, 可分為: 由一種非電量轉(zhuǎn)換成另一種非電量的傳感器, 如彈性敏感元件和氣動傳感器等; 另一種是由非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器, 如熱電耦溫度傳感器、壓電式加速度傳感器等。按輸入量不同分類按輸入量不同 (即按被測量分類) 可分為: 位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、壓力、真

5、空度、溫度、電流、氣體成分和濃度傳感器等。按工作原理分類按傳感器的工作原理分類, 有電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、光電式、光敏式、壓電式和熱電式傳感器等。按輸出信號形式分類按傳感器輸出信號形式分類, 有模擬式和數(shù)字式傳感器兩種。二： 汽車傳感器的性能要求汽車用傳感器的性能指標(biāo)包括精度指標(biāo)、響應(yīng)性、可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)緊湊性、適應(yīng)性、輸出電平和制造成本等。有較好的環(huán)境適應(yīng)性。汽車工作環(huán)境溫度在- 40 80 之間, 且在各種復(fù)雜道路條件下運行,經(jīng)受著各種變化載荷的沖擊, 其中發(fā)動機承受的熱負(fù)荷、熱沖擊、振動、油液腐蝕等更為嚴(yán)重, 因此要求傳感器能適應(yīng)溫度、濕度、沖擊、振動、腐蝕及油液污染等惡劣

6、工作環(huán)境。 有較高的工作穩(wěn)定性及可靠性。 再現(xiàn)性好。由于微機在汽車上的應(yīng)用, 要求傳感器再現(xiàn)性一定要好。在再現(xiàn)性好的基礎(chǔ)上,即便是傳感器線性特性不良, 通過系統(tǒng)也可以進行修正。 具有批量生產(chǎn)和通用性。伴隨汽車工業(yè)的發(fā)展, 要求傳感器應(yīng)具有批量生產(chǎn)的可能性。一種傳感器可用于多種控制, 如把速度信號微分, 可得到加速度信號等, 所以傳感器應(yīng)具有通用性。 要求小型化, 便于安裝使用, 檢測識別方便。 應(yīng)符合有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。 傳感器數(shù)量不受限制。 有較高的精度。 汽車傳感器的種類及特點 空氣流量傳感器它的作用是將吸入發(fā)動機的空氣量轉(zhuǎn)換成電信號送給ecu, 是確定基本噴油量的主要依據(jù)。主要有以下4種。

7、 翼片式 為體積流量型, 這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低, 20世紀(jì)六七十年代較為流行。由于該傳感器運動件翼片占據(jù)進氣道的大量面積, 降低了進氣系統(tǒng)的流動性, 增大了進氣阻力, 現(xiàn)已基本淘汰。卡門漩渦式 為體積流量型, 多見于三菱和豐田汽車。具有響應(yīng)較快、體積小、質(zhì)量輕、進氣道簡單、進氣阻力小、無磨損、測量精度高等優(yōu)點, 但成本較高, 多用于高檔轎車上。 熱線式 為質(zhì)量流量型, 可以直接測量進氣空氣的質(zhì)量流量, 無需進行進氣溫度和大氣壓力的修正。無運動件, 進氣阻力小, 響應(yīng)特性較好, 可正確測出急減速時空氣進氣量, 20世紀(jì)80年代開始研發(fā), 現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用 (多用在歐洲廠商生產(chǎn)的汽車上)。

8、熱模式 為質(zhì)量流量型, 美國通用公司研制, 大多數(shù)應(yīng)用在通用和日本五十鈴公司生產(chǎn)車輛上。其原理與熱線式基本相同, 只是將發(fā)熱體的熱線改為熱膜 ( 由發(fā)熱金屬鉑固定在薄的樹脂膜上構(gòu)成)。這種結(jié)構(gòu)可使發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產(chǎn)生的阻力, 增加了強度, 提高了工作可靠性。(一)汽車發(fā)動機控制傳感器進氣歧管絕對壓力傳感器該傳感器用在d型efi系統(tǒng)中。與空氣流量傳感器不同的是, 進氣絕對壓力傳感器采用的是間接測量方式, 即依據(jù)發(fā)動機的負(fù)荷變化測出進氣歧管內(nèi)絕對壓力的相對值, 進而測算發(fā)動機的進氣量。常用的絕對壓力傳感器又有半導(dǎo)體壓敏電阻式、電容式、膜盒傳動的可變電感式和表面彈性波式等。前兩種應(yīng)用得更為

9、廣泛, 他們具有尺寸小、精度高、成本低、響應(yīng)性能好、通用性強及測量范圍廣等優(yōu)點。油液壓力傳感器 油軌燃油壓力傳感器 安裝在共軌式電控噴射系統(tǒng)的油軌上, 提供油軌燃油壓力信息。 儲油箱壓力傳感器 安裝在燃油箱內(nèi), 提供燃油箱壓力信息。 機油壓力傳感器 安裝在發(fā)動機主油道內(nèi),用以提供機油壓力信息。 自動變速器油壓傳感器 安裝在自動變速器輸油泵內(nèi) (或輸出油道內(nèi)) , 提供液壓油壓力信息。 發(fā)動機溫度傳感器 發(fā)動機冷卻水溫度傳感器 安裝在氣缸體上, 提供發(fā)動機冷卻水溫度信息。進氣溫度傳感器 l型efi系統(tǒng)中安裝在空氣流量傳感器內(nèi), d型efi系統(tǒng)中安裝在空氣濾清器的外殼內(nèi)或穩(wěn)壓罐內(nèi), 提供發(fā)動機進氣

10、溫度信息。 燃油溫度傳感器 用于電子控制分配泵噴射系統(tǒng)中, 向ecu提供燃油溫度信息, 以便實現(xiàn)噴油量精確控制。溫度傳感器有繞線電阻式、熱敏電阻式、擴散電阻式、半導(dǎo)體晶體管式、金屬芯式和熱電偶式等類型。汽車發(fā)動機溫度傳感器的性能指標(biāo)如表2所示。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上, 可同時把節(jié)氣門開度、怠速、大負(fù)荷等信息轉(zhuǎn)變成電信號送給ecu。節(jié)氣門位置傳感器有線性輸出和開關(guān)量輸出2種形式。相比較而言, 后者檢測性能較差, 但結(jié)構(gòu)簡單, 價格便宜。有的efi系統(tǒng)同時裝用上述2種類型的節(jié)氣門傳感器, 用開關(guān)量型傳感器檢測發(fā)動機怠速和全負(fù)荷狀態(tài); 線性輸出型傳感器用于全程檢測節(jié)氣門開度。曲軸位置傳感器

11、曲軸位置傳感器可向ecu提供發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角位置、活塞行程位置信號及發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。主要有光電式、磁電式和霍爾式3種類型, 一般情況下,前兩種安裝在分電器內(nèi)與分電器軸一起轉(zhuǎn)動, 后一種安裝在曲軸前端。磁電式和霍爾式傳感器具有抗污能力強、高速時識別能力好的特點, 被廣泛應(yīng)用。車速傳感器安裝在變速器輸出軸或主減速器上, 提供汽車速度信號, 結(jié)構(gòu)、原理與曲軸位置傳感器相似。爆震傳感器安裝在發(fā)動機體上, 把發(fā)動機振動信號送給ecu, 以便檢測爆震的發(fā)生時刻和幅度大小。主要有磁致伸縮式、共振型壓電式、非共振型壓電式等幾種形式。排氣凈化用傳感器 氧傳感器 主要有氧化鋯、氧化鈦式傳感器兩種, 安裝在排氣管上,

12、 用于向ecu反饋實際空燃比信號, 以此將實際空燃比收斂于理論值附近的狹窄范圍內(nèi), 形成閉環(huán)控制。相比而言, 氧化鈦式氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)點, 但阻值隨溫度的變化而變化較大, 高溫下使用時,需采用一些溫度補償措施。廢氣再循環(huán)位移傳感器 用于提供廢氣再循環(huán)控制閥開度信息。壓基傳感器 安裝在微粒捕集器的下游, 用于提供微粒捕集器壓差信息, 以便適時地將微粒捕集器中的微粒高溫?zé)? 防止排氣背壓升高。nox傳感器 用于提供廢氣后處理系統(tǒng)中nox濃度信息。排氣溫度傳感器 安裝在三元催化轉(zhuǎn)換器附近, 用于檢測其工作溫度, 提供發(fā)動機排氣溫度信息。egr溫度檢測傳感器 安裝在egr閥下

13、游,提供發(fā)動機egr溫度信息。電控自動空調(diào)系統(tǒng)傳感器1. 車內(nèi)溫度傳感器 安裝在儀表板下側(cè), 是一個具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻, 向空調(diào)ecu輸送車內(nèi)溫度信號。2. 車外環(huán)境溫度傳感器 是一個熱敏電阻,安裝在前保險杠下側(cè), 向空調(diào)ecu輸送車外溫度信號。3. 蒸發(fā)器溫度傳感器 安裝在蒸發(fā)器殼體上,用于檢測制冷裝置內(nèi)部溫度的變化。4. 陽光輻射傳感器 為光敏二極管, 安裝在汽車前風(fēng)窗玻璃下面, 將陽光輻射程度變成電信號, 輸送給空調(diào)ecu。5. 冷卻劑流量傳感器 安裝在儲液干燥器和膨脹閥之間, 用于檢測制冷劑流量, 將其變化量變成電信號, 輸送給空調(diào)ecu。6. 壓縮機鎖止傳感器 是一種磁電式傳感

14、器,安裝在壓縮機內(nèi), 檢測壓縮機轉(zhuǎn)速。7. 煙霧濃度傳感器 檢測車內(nèi)煙霧程度ecu根據(jù)該信息自動開啟和關(guān)閉空氣交換器, 保持車內(nèi)空氣新鮮。8. 濕度傳感器 用于汽車風(fēng)窗玻璃的防霜和車內(nèi)相對濕度檢測。 液位傳感 液位傳感器用于檢測各種容器液體的位置, 將其變成電子信號送給ecu。1. 燃油液位傳感器 提供燃油液位信息。2 冷卻水位傳感器 提供冷卻液位信息。3. 制動液位傳感器 提供制動液位信息。4. 洗滌液位傳感器 提供洗滌液位信息。5. 蓄電池液位傳感器 是一個2級放大電路,提供電解液液位信息。液位傳感器結(jié)構(gòu)形式主要有浮子舌簧開關(guān)式、熱敏開關(guān)式、可變電阻式、電極式 (測量蓄電池) 等。 其他各

15、類傳感1. 增壓壓力傳感器安裝在增壓發(fā)動機上, 檢測渦輪增壓器的工作, 以便ecu發(fā)出指令, 修正噴油脈沖及控制增壓壓力的大小。2. 加速踏板 (油門踏板) 位置傳感器在直噴式發(fā)動機上, 根據(jù)該傳感器提供的負(fù)荷大小、負(fù)荷范圍、加速、減速信息, ecu決定發(fā)動機燃燒成層區(qū) (直噴式發(fā)動機的燃燒形式有成層燃燒和均勻燃燒) 的噴油量。3. 海拔高度傳感器提供海拔高度信息, 以便適時調(diào)整發(fā)動機噴油量。電子控制直列泵用傳感器1. 齒桿位置傳感器 用在電子控制直列噴油泵噴射系統(tǒng)中, 檢測油量齒桿的位置。2 噴油提前角傳感器 安裝在電子提前調(diào)節(jié)器上, 用于提供電子控制直列噴油泵系統(tǒng)的噴油提前信息。3. 電子

16、控制分配泵用傳感器4. 控制套筒位置傳感器 用在電子控制分配泵噴射系統(tǒng)中, 檢測控制套筒的位置。5. 溢油環(huán)位置傳感器 安裝在 “ 位置控制式”電子控制分配泵噴射系統(tǒng)中, 向ecu提供溢油環(huán)位置信息, 用于控制噴油終點時刻。6. 分配泵轉(zhuǎn)角傳感器安裝在電子控制分配泵上的轉(zhuǎn)角傳感器用于提供分配泵軸轉(zhuǎn)角信息。 輪速傳感器輪速傳感器用于檢測車輪速度并將信號輸入ecu, 經(jīng)處理后獲得車速信號參數(shù)。輪速傳感器可安裝在車輪、減速器或變速器上, 一般利用電磁感應(yīng)或光電感應(yīng)原理獲得信號。安裝數(shù)量取決于系統(tǒng)布局和控制方式。減速度傳感器 (g傳感器)減速度傳感器用于檢測車輪加速度或制動減速度, 作為輔助信號用于閾

17、值控制, 并檢測、控制低附著系數(shù)路面的制動過程。常用的有差動電壓式減速度傳感器和開關(guān)式減速度傳感器兩種。前者用車輛減速時滑動部件的運動檢測出減速度信號, 后者用車輛減速時慣性部件的移動位置感知減速度的大小。用于電控懸架系統(tǒng)的部分傳感器1. 前后懸架高度傳感器 向ecu傳遞前后懸架變形量的信息。車身加速度傳感器 檢測車身的振動, 間接提供汽車行駛時的路面情況。2. 車身位移傳感器 檢測車身相對于車橋的位移, 可反映車身的平順性和車身高度的變化。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器.1. 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器 檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角,用于計算車身傾斜程度。2. 轉(zhuǎn)矩傳感器 安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器向ecu傳遞

18、轉(zhuǎn)向角信號和轉(zhuǎn)向負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號。3. 偏航率傳感器 檢測、記錄汽車?yán)@垂直軸線的運動, 確定汽車是否在打滑。4. 橫向加速度傳感器 檢測汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力, 確定汽車通過彎道時是否打滑。制動檢測傳感器1. 制動壓力開關(guān)傳感器 檢測制動管路中制動液壓力, 提供汽車制動信號。2. 制動燈開關(guān)傳感器 檢測制動燈電路的通斷情況, 提供汽車制動信號。用于巡航控制和導(dǎo)航控制系統(tǒng)的部分傳感器1. 距離傳感器 檢測汽車前后方障礙物及其它車輛的距離。2. 羅盤傳感器 提供地磁場信息, 用于判斷行車方向。3. 陀螺儀傳感器 檢測汽車行駛的方向, 并自動記錄數(shù)據(jù)。安全氣囊用部分傳感器1. 碰撞傳感器 將感受到的汽車

19、碰撞信號傳給ecu。有機械式傳感器、磁力式傳感器、壓電式傳感器、應(yīng)變片式傳感器、壓阻片式傳感器和水銀開關(guān)式傳感器。2. 安全傳感器 檢測汽車撞 (碰) 擊的輕重程度, 將信號送給ecu, 起保險作用, 防止氣囊誤張開。防撞控制系統(tǒng)傳感器1. 超聲波測距傳感器 安裝在汽車后保險杠上, 發(fā)射超聲波, 并將反射波變成電信號送給ecu。2. 角聲納 (角雷達) 傳感器 彌補超聲波傳感器存在的檢測盲區(qū)的不足, 安裝在保險杠上。前照燈遠近光自動控制傳感器用于夜間汽車會車時, 感受對面來車的光照強度并將信息傳給ecu, 適時變換燈光, 防止對方眩目。(二)安全系統(tǒng)方面用傳感器1. 機油品質(zhì)傳感器機油品質(zhì)傳感

20、器采用陶瓷電容檢測機油介質(zhì)的穩(wěn)定性, 以便提醒及時更換機油, 減少發(fā)動機磨損, 延長使用壽命。2. 胎壓檢測傳感器采用溫差補償校正方法, 能夠根據(jù)胎壓、胎溫、蓄電池電壓的變化產(chǎn)生一系列的電子信號, 并將其傳遞給ecu, 適時測出胎壓的高低。其工作壓力最高可達到1 380 kpa; 工作溫度在- 40 125 ,精確率不低于l%。3. 指紋傳感器指紋傳感器用于汽車的安全防盜系統(tǒng), 以鑒別合法的駕駛者, 其出錯率低于0.01%。4. 電動座椅傳感器安裝在座椅下部四周, 將座椅前后、高低信號傳給ecu, 自動調(diào)整座椅位置, 并具有記憶作用。它由4個傳感器構(gòu)成, 包括滑動位置傳感器、前垂直位置傳感器、

21、后垂直位置傳感器和傾斜位置傳感器。5. 氣缸燃燒壓力傳感器向ecu提供氣缸燃燒壓力信號。控制系統(tǒng)從燃燒壓力傳感器可以獲得大量信息, 從而對發(fā)動機進行適時控制, 比如判斷最佳點火時間和氣門正時等。燃燒壓力傳感器有兩種: 一種以燃燒室側(cè)面為受壓面的直接型傳感器, 簡稱pds; 另一種是緊固在火花塞上的墊圈形壓力傳感器, 簡稱pgs。前者可實現(xiàn)燃燒室壓力的線性檢測, 后者裝配性好, 適應(yīng)于更高精度的爆震控制、斷火檢測用傳感器 安全是汽車考慮的首要因素，用于安全方面的傳感器也很多，如有用于汽車安全氣囊的微型加速度計，測角速率的表面微機械陀螺等。1.微加速度傳感器 目前，安全氣囊是而且將來也是mems技

22、術(shù)的一個主要應(yīng)用。所用的硅加速度計的量程一般為50gn。較早的如像摩托羅拉公司用體微細(xì)加工技術(shù)制作的硅加速度傳感器。 瑞典henrik等人報道了一種新型的硅微三軸加速度計，其外形結(jié)構(gòu)參數(shù)為6mm4mml.4 mm，它有4個敏感質(zhì)量塊，4個獨立的信號讀出電極和4個參考電極。它巧妙地利用了敏感梁在其厚度方向具有非常小的剛度而能夠敏感加速度，在其他方向剛度相對很大而不能敏感加速度的結(jié)構(gòu)特征。在加速度計的橫截面上，由于各向異性腐蝕的結(jié)果，敏感梁的厚度方向與加速度計的法線方向(z軸)成35.26(tan 35.26= 0.707)。2.表面微機械陀螺 傳統(tǒng)的陀螺儀是由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和基座組成

23、，這種陀螺儀的內(nèi)外環(huán)通常是用滾珠軸承支撐，這些通常是用機械加工方法制成，需要加工精度高、難度大、而且，做成的陀螺儀體積大、質(zhì)量重。微機械陀螺是具有復(fù)雜的檢測與控制電路的mems裝置。said emre a1 per等人報道了一種結(jié)構(gòu)對稱，并具有解耦特性的表面微機械陀螺。該敏感結(jié)構(gòu)在其最外邊的4個角都設(shè)置了支承“錨”，與傳統(tǒng)的直接支承在“錨”上的實現(xiàn)方式不同，它利用一種對稱結(jié)構(gòu)敏感質(zhì)量塊支承在連接梁上，并通過梁將驅(qū)動電極和敏感電極有機地連接在一起。用微器件仿真軟件包(memcad)仿真分析后可知，兩個方向上的振動相互不影響，所以，這樣的連接方式不用考慮機械耦合。 該微機械陀螺的平面外輪廓的結(jié)構(gòu)參數(shù)為1mm2，厚度僅為2m。其工作原理是：當(dāng)在敏感質(zhì)量塊上施加一直流偏置電壓，在活動叉指和固定叉指間施加適當(dāng)?shù)慕涣骷铍妷簳r，敏感質(zhì)量塊將在y軸方向上產(chǎn)生固有振動。當(dāng)陀螺感受到繞z軸的角速度時，由于科氏效應(yīng)，敏感質(zhì)量塊將產(chǎn)生沿x軸的附加振動。通過測量附加振動的振動幅值就可以得到被測的角速度。在常規(guī)的大氣情況下，該敏感結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于0.37/s的分辨力。(三)車輛監(jiān)控