专感器在汽车上的综合应用分析

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2013年第 5期 安徽 电子信 息职业技术 学院学报 No．5 2013[文章编号】1671—8o2x(2o13)o5—0004—05传感器在汽车上的综合应用分析于秩祥 ， 张建新 ， 秦 雪 3(1．江苏建筑职业技术学院实验实训与职业技能管理中心， 江苏 徐州I 221116；2．辽河油田高升采油厂交通管理中心， 辽宁 盘锦3．长春理工大学电子信息工程学院， 吉林 长春124125；130022)[摘 要]汽车传感器是随着汽车电子技术发展起来的一种新技术。汽车传感器是汽车电子控制系统的信息输入装置，它把汽车运行过程中的各种工况信息转换成电信号输入给中央控制单元ECU，使汽车各总成部件运行处于最佳状态。本文根据各类传感器在汽车上的应用，将车用传感器的分类、特点、选用和发展趋势进行了详细的阐述，并进行了逐一分析。同时，结合典型车用传感器在汽车发动机、底盘、车身和安全系统上应用，介绍几种新型车用传感器的结构和工作原理。

[关键词]汽车；传感器；应用[中图分类号]TH706 [文献标识码]B圜团圆囫 于秩祥★ 建新 壹零二 壁矍查 主 堡鱼窒 坌堑 蔓 塑一
、 汽车上应用的传感器汽车电子技术是汽车工业发展的核心技术之一
。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，也是汽车电子技术领域的核心内容之一。汽车电子控制系统由中央控制单元(ECU)、传感器和执行器三大部分组成，其中传感器的种类最为丰富，一般一辆普通电控发动机的轿车使用的传感器可以达到几十只，而豪华轿车的传感器可达到近百只甚至更多，这些传感器涉及到汽车每一个系统中，使汽车的性能达到最佳化。

汽车电子控制系统是以电控单元(ECU)为控制中心，并利用安装在发动机、变速器、底盘、车身、舒适和安全等系统上的各种传感器检测出汽车运行时各部件总成的运行参数，将其输入电控单元(ECU)中，再按照电脑中预存的控制程序精确地控制汽车上的各种执行器，满足汽车在各种工况下都能正常行驶。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重要部件，一部高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用传感器的水平和数量，如图 1所示，各种类型的传感器都在轿车的应用。

图 1 传感器在汽车上的应用l一图像传感器；2—雨水／光强传感器；3一节气门位置传感器；4一曲轴位置传感器；5一凸轮轴位置传感器；6—爆震传感器；7一车外温度传感器；8一冷却液温度传感器；9一机油压力传感器；10一空气流量和进气温度传感器；1 1一碰撞传感器；l2一变速器油温传感器；13一红外系统；1 制动液液位传感器；l5一轮胎压力传感器；l6-车轮转速传感器；17-~I速踏板位置传感器；18一氧传感器；19一方向盘转角传感器；20一座椅重量传感器；2 1—排气温度传感器；22一电磁减震器传感器；23一超声波倒车雷达传感器；24—燃油油箱液位传感器；25一后窗除霜传感器二、汽车传感器的分类汽车是一种综合性的 “机一电一液”一体化产品。装配电子控制系统的汽车主要以传感器作为信息源，来检测汽车的各种运行参数，同时反馈这些参数，保证其正常工作。所以在汽车上使用的传感器类型多种多样，检i贝4的参量也各不相同。按照传感器的分类特点，在汽车上使用的传感器可按其工作原理进行分类，见表 1所示。

表 1 汽车传感器的分类编号 工作原理 传感器名称电阻 应变 空气流量传感器、压力传感器、节气门1式 位置传感器等机油传感器、碰撞传感器、燃油液位传2 电容式 感器等齿杆位置传感器、爆震传感器、加速度3 电感式 传感器等进气压力传感器、减震器传感器、爆震4 压电式 传感器等发动转速、车速转速传感器、曲轴和凸5 磁电式 轮轴位置传感器
、方向盘转角传感器等水温传感器、空气流量传感器、进气温6 热电式 度传感器等曲轴位置传感器、安全保护系统、盲区7 光电式 信息系统等8 化学式 氧传感器、湿度检测传感器等三、汽车传感器的特点汽车传感技术是随着汽车电子的发展而发展起来的一种技术。汽车传感器是汽车电子控制系统的输入装置，它把汽车运行过程中的各种工况信息(如动力总成运行参数、底盘部件运转参数、车身和舒适系统运行参数等)转化成电信号输送给中央控制单，n13 1o20 _ ，， 只4n圜困固囫 于秩祥女张建新★秦雪——传感器在汽车上的综合应用分析 第5期元(ECU)，使汽车处于最佳运行状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动、图像等信息，进行实时、有效而准确的测量和控制。由于汽车行驶环境中温度和气候条件差别极大，因此要求传感器具有极强的适应能力，能在一50~C～150℃(各别传感器可在 1000~C以内工作)的环境中正常工作；同时，汽车传感器还要经受来自发动机内部、电器部件工作时的各种干扰，能防止酸、碱、盐、油等物质的腐蚀，以及行驶过程中的路况引起的振动。因此，汽车对传感器的要求极为苛刻，汽车传感器必须具有稳定好、精度高、响应块、可靠性好、抗干扰和抗震能力强、使用寿命长等特点。

四、汽车传感器的选用原则(一)量程的选择量程是传感器测量上限和下限的代数差。例如，检测车高用的位移传感器，要求测量上限为40mm，测量下限为一40mm，则选择位移传感器的量程为80ram。

(二)灵敏度的选择传感器输出变化值与被测量的变化值之比称之为灵敏度，例如，测量发动机水温冷却液温度的传感器，它的测量变化为 l70℃(一50～120~C)。而它的输出电压要求为O~5V，所以选择其灵敏度为5V／17O℃。

(三)分辨率的选择分辨率表示传感器可能检测出的被测信号的最小增量。例如，发动机的曲轴位置传感器，要求分辨率为0．1，也就是表示设计或选择数字传感器时，它的脉冲当量选择为O．1。

(四)误差的选择误差是指测量指示值与真实值之间的差。有的用绝对值表示，例如温度传感器的绝对误差为0．2℃；有的用相对于满量程之比来表示 ，例如空气流量传感器的相对误差为±1％。传感器误差是系统总体误差所要求的，应当得到满足。

(五)重复性的选择重复性是传感器在工作条件下，被测量的同一数值在一个方向上进行重复测量时，测量结果的一致性。例如，检测发动机在转速上升时期对某一速度重复测量时，数值的一致性或误差值应满足规定要求。

(六)线性度的选择汽车传感器的线性度是指它的输入与输出关系曲线与其理论拟合直线之间的偏差。这种偏差的选择要大小一定，重复性好，而且有一定的规律，这样在计算机处理数据时可以用硬件或软件进行补偿。

(七)过载的选择过载表示传感器允许承受的最大输入量 (被’坝4量)。在这个输人量作用下传感器的各项指标应保证不超过其规定的公差范围，一般用允许超过测量上限(或下限)的被测量值与量程的百分比表示，选择时只要实际工况超载量不大于传感器说明书上的规定值即可。

(八)可靠度的选择可靠度的含义是在规定条件(规定的时期，产品所处环境条件、维护条件和使用条件等)下，传感器正常工作的可能性。例如压力传感器的可靠度0．997(20000h)，它的指压力传感器符合上述条件时，工作20000小时，它的可靠性 (概率)为 0．997(即99．7％)。在选择时，要求传感器的工作时间长短及概率两项指标都要符合要求，以保证整个系统的可靠性指标。

(九)响应时间的选择传感器的响应时间(或称建立时间)是指阶跃信号激励后，传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数(如5％)时所需时间。例如压力传感器响应时间要求≤lOres，也就是要求改传感器在工作条件下，输人信号加入 lOms以内输出值达到所要求的数值。该参数太小直接影响汽车工况的变换时间，如汽车起动时间的长短。

五、汽车传感器的发展趋势汽车技术在快速发展同时，节能环保的技术也再不断发展。汽车电子控制技术的发展能促进汽车降低排放和节省燃油，同时也给汽车传感技术带来新的要求。未来汽车传感器的发展总体趋势是智能化、微型化、集成化、多功能化、高精度和高可靠性以圜因固囫 于秩祥女张建新六秦雪——传避墨查 圭 堡鱼堕旦坌}斤 ：篁 塑及新材料和新工艺制成的新型车用传感器。

(一)智能化能够执行信息存储和信息处理，而且能够进行逻辑思考和结论判断，相当于传感器与微型电脑的结合，将信息处理和控制电路集成到了单个芯片中，具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等功能。

(二)微型化利用微电子机械系统(MEMS)技术和计算机辅助设计技术将微米数量级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，具体体积小、价格低、工作寿命上的特点。并且可以提高系统测试准确度，取代传统传感器。

(三)多功能化将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化、多功能传感器。能够对不同种类的参数进行检测，即用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能，可以减少传感器的数量，提高系统的可靠性。

(四)集成化利用微电子机械系统(MEMs)技术将敏感元件和处理器集成在一个芯片上，成为Ic式传感器。集成化可有效降低汽车使用传感器的数量和质量，是未来汽车传感器技术的发展方向。

(五)高精度和高可靠性随着汽车废气排放法规的日趋严格，对有害排放物质的排放在逐渐降低。全球石油资源日趋紧张，对汽车动力总成、底盘和车身的技术要求越来越高。

追求低排放、低油耗、大功率的发动机是节能减排的发展趋势，这必须具有高精度和高可靠性的传感器来保证汽车各总成在最佳况下才能达到。

(六)新材料的应用新材料的应用是传感器技术的重要基础。现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新型材料的出现促进了汽车传感器的发展。

(七)新工艺的应用传感器的性能不仅与其材料有关，还与加工技术有关，加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。随着集成电路工艺的发展，微机械加工技术已越来越多的用于传感器制造工艺。随着汽车制造技术的发展，将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器中。

汽车电子技术的不断发展以及汽车电子控制系统应用的日益广泛，使汽车传感器在汽车电子中所占的比重逐渐增大，促进了汽车传感技术的发展。智能化、微型化、集成化、多功能化、高精度和高可靠性以及新材料和新工艺制成的新型汽车传感器必将逐步取代传统的汽车传感器，成为汽车传感器发展的最新技术，使汽车的安全性、可靠性、舒适性和环保性得到进一步的改善。

六、典型传感器在汽车上的应用(一)多功能型进气管传感器 ，在电控柴油发动机的进气管上采用了组合型的传感器，即压敏电阻式传感器测量柴油机进气管压力的情况，同时在一个壳体内还封装了NTC型进气温度传感器，如图2(a)所示，因此实现用一个多功