传感器在汽车方面的应用

微桥式空气流量传感器
位置和转速传感器
曲轴位置与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，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，汽车使 用的位置和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 ±0.1°。 车速传感器种类繁多，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。当车速高于 100km/h时，一般测量方法误差较大，需采用非接触式光电速 度传感器，测速范围为0.5—250km/h，重复精度为0.1%，距 离测量误差优于为0.3%。
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安全系统方面用传感器
安全是汽车考虑的首要因素，用于安全方面的传感器也很多， 如有用于汽车安全气囊的微型加速度计，测角速率的表面微 机械陀螺等。
微加速度传感器
安全气囊目前是而且将来也是MEMS的一个主要应用。所用的硅加速度计的 量程一般为50gn。较早的如像摩托罗拉公司用的体微细加工技术制作的硅加 速度传感器。 瑞典Henrik等人报道了一种新型的硅微三轴加速度计，其外形结构参数为 6mm×4mm×l.4mm，它有4个敏感质量块，4个独立的信号读出电极和4个 参考电极。它巧妙地利用了敏感梁在其厚度方向具有非常小的刚度而能够敏 感加速度，在其他方向刚度相对很大而不能敏感加速度的结构特征。在加速 度计的横截面上，由于各向异性腐蚀的结果，敏感梁的厚度方向与加速度计 的法线方向（z轴）成35.26°（tan35.26°=0.707）。
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，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。
2.2压力传感器
压力传感器是汽车中用得最多的传感器，主要用于检测气囊贮气压力、传 动系统流体压力、注入燃料压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气 过滤系统的流体压力等。目前。致力于汽车用压力传感器开发和生产的主 要公司有摩托罗拉，德科电子仪器，LucasNovasensor，HiStat， NipponDenzo，西门子，德州仪器等。 比较常用的汽车压力传感器有电容式、压阻式、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20～ 100kPa，其特点是输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好；压阻式 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，用于汽车吸气阀压力检测， 能在高温下稳定地工作。
• 近几年来，从半导体集成电路（IC）技术发展而来的微机电系统 （microelectronmechnicalsystem,MESM）技术日渐成熟。微型传感器 是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件，主要包括利用微型膜 片的机械形变产生电信信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感 器；此外，还有微型温度传感器、磁场陈干起、气体传感器等，这些 微型传感器的面积大多在1mm2以下。随着微电子加工技术，特别是 纳米加工技术的进一步发展，传感器技术还将从微型传感器进化到纳 米传感器。这些微型传感器体积小，可实现许多全新的功能，便于大 批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些 特点使它们非常适合于汽车方面的应用。
结束语
由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增 长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开 发都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型 化、多功能化、集成化和智能化。 基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提 高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的 传感器。随着纳米技术的进步，体积更小、造价更低、功能更强 的微型传感器将广泛应用在汽车的各个方面。在未来几年内，包 括发动机运行管理、废气与空气质量控制、刹车防抱死系统、车 辆动力学控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用将为 MEMS技术提供广阔的市场。
爆震传感器
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。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 产生爆燃时，传感器将爆燃引起的震动转变成电信号，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3种方法。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。磁致 伸缩式爆震传感器的使用温度为-40～125℃，频率范围为5～ 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～l0gn。范围内具有良好线性度。
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，它检测汽车尾气中的氧含量，根据排气中的氧浓度测定空燃比，向 微机控制装置发出反馈信号，以控制空燃比收敛于理论值。常用的有氧化锗 传感器（使用温度为-40～900℃，精度为1%）、氧化铬浓差电池型气体传感 器（使用温度为300～800℃）、固体电解贡式氧化铬气体传感器（使用温度 为0～400℃.精度为0.5%），另外，还有二氧化钛氧传感器以及二氧化锆氧传 感器。和氧化锗传感器相比，二氧化钛氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜， 且抗铅污染能力强的特点：二氧化锆微离子传感器由氧化钙稳定氧化锆离子 体、多孔铂厚膜工作电极、钯/氧化钯厚膜参数电极、不透水层、电极接触 和保护层构成。其中，氧化钙稳定氧化锆由反应溅射法积淀。工作电极和参 考电极都由厚膜工艺制作。在理想的A/F点附近的输出电压发生骤变，当空 燃比变高，废气中的氧浓度增加时，氧传感器的输出电压减小；当空燃比变 低，废气中的氧浓度降低时，氧传感器的输出电压增大。电子控制单元识别 这一突变信号，对喷油量进行修正，从而相应地调节空燃比，使其在理想空 燃比附近变动。
传感器在汽车方面的应用
测控08四班 陈帅 20080155
引言
• 现代汽车正由一个单纯交通工具朝着能满足人类需求和安全、舒适、 方便及无污染的方向发展。要实现这些目标的关键在于汽车的电子化 和智能化，先决条件则是各种信息的及时获取，这势必要求在汽车中 大量采用各种传感器。传统的传感器往往体积和重量大、成本高，它 们在汽车的应用受到很大的限制。
Honeywell的下属微开关（microswitch）公司用热微细加工技术制作出了微桥式 空气流量传感器芯片，它用微细加工技术在硅圆片上加工出空腔，铂电阻悬挂 在空腔之上。当空气流过器件时，发生了从空气流动方向下方到上方的热传输， 因而，下方电阻被冷却，上方电阻被加热，由电桥电阻变化可测量出空气流量。
车辆监控和自诊断用传感器
在车辆监控和自诊断方面，MEMS技术的一个主要应用将是轮 胎压力监测；其次是应用于冷却、刹车等系统的传感器。此外， 还有如像在亮度控制系统中使用光传感器；在电子驾驶系统中 使用磁传感器、气流速度传感器；在自动空调系统中使用室内 温度传感器、吸气温度传感器、风量传感器、日照传感器、湿 度传感器；在导向行驶系统中使用方位传感器、车速传感器等。
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汽车压力传感器
流量传感器
流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。进气量是燃油喷射量 计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能：感知空气流量的大小，并转换 成电信号传输给发动机的电子控制单元。空气流量的测量用于发动机控制系统 确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式、 卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。空气流量传感器的主要技术指标： 工作范围为0.11～103m3/min，工作温度为—40～120℃，精度≤1%。燃料流量 传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式，其动态范围为0～60kg/h， 工作温度为—40～12℃，精度为±1%，响应时间<10ms。
汽车用传感器分类
汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种 传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和 化学量传感器。这些传感器要么是使司机了解汽 车各部分状态的；要么是用于控制汽车各部分状 态的。 汽车用传感器分类，构成这些传感器的材料 有精细陶瓷、半导体材料、光导纤维及高分子薄 膜等；按输出特性来分有模拟型传感器和数字型 传感器；按构成原理来分，有结构型、韧性型和 复合型。
微型传感器在汽车中的应用
• 汽车上用的传感器的种类很多，应用的方 面很广。下面介绍传感器在汽车发动机控 制、安全系统、车辆监控和自诊断等方面 的应用。
2.1汽车发动机控制用传感器
发动机管理系统(Engine Man-agement System) 简称EMS，采用各种传感器，将发动机吸入 空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速 等状况转换成电信号，送入控制器。控制器 将这些信息与储存信息比较、精确计算后输 出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供 给量，以取代传统的化油器，而且可以控制 点火提前角和怠速空气流量等，极大地提高 了发动机的性能
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随着世界范围内排放法规的日益严格，采用 EMS系统已成为不可阻挡的潮流，在推进中国汽 车工业现代化的进程中，具有广阔的应用前景。 控制系统 ME7
原理：
通过安装在加速踏板上的踏板传感器，将踏板信 息传递到电子控制器中的节气门控制模块，节气门控 制模块通过一定的处理程序计算出节气门的开度并驱 动直流电机完成节气门进气通道面积的调整，从而控 制进气量，满足发动机不同工况下的进气需求。 特点： -取消了机械传动装置，更易于模块化和标准化。 -系统具有自学习功能，可实现巡航控制。 -怠速进气可通过控制模块驱动节气门体完成，而 不需旁通通道和怠速调节器。 -由于进气精确可控，故可实现低排放控制。 -驾驶性能更优。
该微机械陀螺的平面外轮廓的结构参数为1mm，厚度仅为 2/μm。
其工作原理是： 当在敏感质量块上施加一直流偏置电压，在活动叉指 和固定叉指间施加适当的交流激励电压时，敏感质量块将 在y轴方向上产生固有振动。当陀螺感受到绕Z轴的角速度 时，由于科氏效应，敏感质量块将产生沿X轴的附加振动。 通过测量附加振动的振动幅值就可以得到被测的角速度。 在常规的大气情况下，该敏感结果具有由于0.37°/s的分 辨力。
表面微机械陀螺
传统的陀螺仪是由高速旋转的转子、内环、外环和基座组成，这种 陀螺仪的内外环通常是用滚珠轴承支撑，这些通常是用机械加工方 法制成，需要加工精度高、难度大、而且，做成的陀螺仪体积大、 质量重。微机械陀螺是具有复杂的检测与控制电路的MEMS装置。 SaidEmreAlper等人报道了一种结构对称，并具有解耦特性的表面微 机械陀螺。该敏感结构在其最外边的4个角都设置了支承“锚”，与 传统的直接支承在“锚”上的实现方式不同，它利用一种对称结构 敏感质量块支承在连接梁上，并通过梁将驱动电极和敏感电极有机 地连接在一起。用微器件仿真软件包（MEMCAD）仿真分析后可知， 2个方向上的振动相互不影响，所以，这样的连接方式不用考虑机械 耦合。