传感器在汽车中的应用

传感器在汽车中的应用

摘要: 随着电子技术的发展,现代汽车正朝着高档智能化、电子信息自动化的机电一体化产品方向发展。汽车传感器作为汽车电子控制系统的关键部件,是现代汽车发展的主导与核心。随着汽车工业与电子工业的不断发展,汽车传感器将成为汽车电子产品市场中最有需求力的产品。

关键词: 汽车传感器汽车电子控制系统

现代汽车正朝着高档智能化、电子信息自动化的机电一体化产品方向发展,汽车传感器作为汽车电子控制系统的关键部件,是现代汽车发展的主导与核心,尤其伴随着汽车电子技术的飞速发展,低成本、智能、集成多功能的微型新型传感器将逐步取代传统的传感器,成为现代“电子汽车”发展的助推剂。

汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车电子控制系统的关键部件,已在汽车设计与制造的发展中起主要角色作用。这一作用随着汽车功能,如稳定性控制、安全性控制和电子油门控制等技术领域研究内容的增多而愈来愈大。

目前,一般汽车装配有几十到近百个传感器,高级豪华汽车更是有大约几百乃至上千个传感器。而且随着汽车制造业的发展,一辆普通轿车安装的传感器数量和种类都将越来越繁多。这些形形色色的传感器坚守于汽车的各个关键部位,承担起汽车自身检测和诊断的重要责任,将汽车时时刻刻的温度、压力、速度及湿度等信息传达到汽车的神经中枢即中央控制系统中,从而将汽车故障消于未形,因此,有人形象地将传感器形容为汽车的敏感神经未梢。

当前,常用的汽车传感器主要表现在发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。它的应用大大提高了汽车电子化的程度,增加了汽车驾驶的安全系数。其作用就是对汽车温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。常用的有温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、加速度传感器、距离传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。

一、汽车发动机控制用传感器

发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用于领域之一。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息,供电子控制单元(ECU)对发动机工作状况进行精确控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中,因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。对于它们的性能指标要求最关键的是测量精度与可靠性。

1.温度传感器

汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却温度、燃油温度、机油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热电偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好,但线性差、适应温度较低;线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热偶电阻式温度传感器的精度高,灵敏度高,响应特性较好,但线性差,测量温度范围宽,需要配合放大器和冷端处理一起使用。

2.压力传感器

是汽车中用得最多的传感器,主要检测进气歧管绝对压力、气囊贮气压力、传动系统流体压力、注入燃料压力、发动机油压力、制动器油压力、轮胎压力、空气过滤系统的流体压力等。车用压力传感器目前已有若干种,应用较多的有电容式、压敏电阻式、差动变压器式、声表面波式。电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量范围为20kPa～100kPa,具有输入能量高,动态响应特性好、环境适应性好等特点;压敏电阻式压力传感器的性能则受温度影响较大,需要另设温度补偿电路,但适应于大批量生产;差动变压器式压力传感器有较大的输出,易于数字输出,但抗干扰性差;声表面波式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨力高、数字输出等特点,能在高温下稳定地工作,常用于汽车吸气阀压力检测,是一种较为理想的传感器。

3.流量传感器

主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量,多为空气流量传感器。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一,其主要功能表现在感知并检测发动机的空气流量大小,并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元,从而控制喷油器的喷油量,以得到较准确的空燃比。实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高;热线式易受吸入气体脉动影响,且易断丝;燃料流量传感器用于判定燃油消耗量,主要有水车式、球循环式。

4.位置和转速传感器

汽车使用的位置和转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等。在使用过程中有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的,还有敏感差速从动轴转动的,其目的是为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时,提供发动机转速信号。目前,曲轴位置与转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等,其测量范围为0°～360°,精度优于±0.5°,测弯曲角达±1°。

5.气体浓度传感器

气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中,最主要的是氧

传感器。它被安装在排气管内,测量排气管中的含氧量,确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差,向微机控制装置发出反馈信号,调节可燃混合气的浓度,使空燃比接近于理论值,从而提高经济性,降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

6.爆震传感器

爆震传感器是一种振动加速度传感器,其特点表现在结构牢固、紧凑、测量灵敏感度高等。爆震传感器用于检测发动机的振动,通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。使用时将此类传感器安装在发动机气缸上,可装一只或多只。传感器的敏感元件为压电晶体,或磁致伸缩式或压电式。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40℃～125℃,频率范围为5kHz～10kHz;压电式爆震传感器在中心频率5.417kHZ处,其灵敏度可达200mV/gn,在振幅为0.1～10gn范围内具有良好线性度。为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃,点火提前角应控制在爆燃产生的临界值,当发动机爆震时,发动机振动通过传感器内的质块传递到晶体上。压电晶体由于受质块振动产生的压力,在两个极面上产生电压,把振动转化为电压信号输出,并传给电子控制单元。检测爆震有检测气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法。

7.节气门位置传感器

节气门位置传感器安装在节气门上,其功能是将发动机节气门的开度信号转变成电信号,并传递给电子控制单元,用以感知发动机的负荷大小和加减速工况。最常用的是可变电阻式节气门位置传感器。该传感器是一种典型的节气门传感器,主要由一个线形变位器和一个怠速触点两部分组成。电阻变位器用陶瓷薄膜电阻制成,滑动触点用复位弹簧控制,与节气门同轴转动。工作时,线形变位器的触点在电阻体上滑动,根据变化的电阻值,可以测得与节气门开度成正比的线性输出电压信号。根据输出电压值,电子控制单元可获知节气门的开度和开度变化率,从而精确判断发动机的运行工况,提高控制精度和效果。怠速信号滑动触点是常开触点,只有在节气门全闭时才闭合,产生怠速触点信号,主要用于怠速控制、断油控制及点火提前角的修正。

二、底盘控制用传感器