傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

杜坤潔

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，汽車在人們的日常生活中應(yīng)用的越來越廣泛。如何做到準(zhǔn)確的對(duì)汽車故障進(jìn)行分析診斷，找出故障的問題所在，并最終為解決問題提供方便，對(duì)汽車使用者來說具有重要意義。由于汽車在人們的日常生活成了不可或缺的重要交通工具和運(yùn)輸工具。主要表現(xiàn)在日常出行，物流運(yùn)輸?shù)鹊取，F(xiàn)代汽車的構(gòu)成部分――電子機(jī)械一體化，使汽車的技術(shù)有了質(zhì)的提高，同時(shí)也催生了電子傳感技術(shù)控制在汽車檢測(cè)工業(yè)中的應(yīng)用研究和推廣。隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車傳感器將成為汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)中最有需求力的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：汽車檢測(cè)；電子傳感器；應(yīng)用；探索

一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器

1.溫度傳感器

汽車用溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻溫度、燃油溫度、機(jī)油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱電偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應(yīng)特性較好，但線性差、適應(yīng)溫度較低；線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，測(cè)量溫度范圍寬，需要配合放大器和冷端處理一起使用。

2.壓力傳感器

是汽車中用得最多的傳感器，主要檢測(cè)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力、氣囊貯氣壓力、傳動(dòng)系統(tǒng)流體壓力、注入燃料壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓力、制動(dòng)器油壓力、輪胎壓力、空氣過濾系統(tǒng)的流體壓力等。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容式、壓敏電阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍為20kPa～100kPa，具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)；壓敏電阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適應(yīng)于大批量生產(chǎn)；差動(dòng)變壓器式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；聲表面波式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨力高、數(shù)字輸出等特點(diǎn)，能在高溫下穩(wěn)定地工作，常用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，是一種較為理想的傳感器。

3.流量傳感器

主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量，多為空氣流量傳感器。進(jìn)氣量是燃油噴射量計(jì)算的基本參數(shù)之一，其主要功能表現(xiàn)在感知并檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量大小，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元，從而控制噴油器的噴油量，以得到較準(zhǔn)確的空燃比。實(shí)際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無(wú)可動(dòng)部件、反應(yīng)靈敏、精度較高；熱線式易受吸入氣體脈動(dòng)影響，且易斷絲；燃料流量傳感器用于判定燃油消耗量，主要有水車式、球循環(huán)式。

4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器

汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。在使用過程中有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，其目的是為點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻提供參考點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)，提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。目前，曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍為0°～360°，精度優(yōu)于±0.5°，測(cè)彎曲角達(dá)±1°。

5.氣體濃度傳感器

氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器。它被安裝在排氣管內(nèi)，測(cè)量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際空燃比與理論值的偏差，向微機(jī)控制裝置發(fā)出反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)可燃混合氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟(jì)性，降低排氣污染。實(shí)際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。

6.爆震傳感器

爆震傳感器是一種振動(dòng)加速度傳感器，其特點(diǎn)表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)牢固、緊湊、測(cè)量靈敏感度高等。爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。使用時(shí)將此類傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸上，可裝一只或多只。傳感器的敏感元件為壓電晶體，或磁致伸縮式或壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃～125℃，頻率范圍為5kHz～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHZ處，其靈敏度可達(dá)200mV/gn，在振幅為0.1～10gn范圍內(nèi)具有良好線性度。為了最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)功率而不產(chǎn)生爆燃，點(diǎn)火提前角應(yīng)控制在爆燃產(chǎn)生的臨界值，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)通過傳感器內(nèi)的質(zhì)塊傳遞到晶體上。壓電晶體由于受質(zhì)塊振動(dòng)產(chǎn)生的壓力，在兩個(gè)極面上產(chǎn)生電壓，把振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，并傳給電子控制單元。檢測(cè)爆震有檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法。

7.節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上，其功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并傳遞給電子控制單元，用以感知發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大小和加減速工況。最常用的是可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器。該傳感器是一種典型的節(jié)氣門傳感器，主要由一個(gè)線形變位器和一個(gè)怠速觸點(diǎn)兩部分組成。電阻變位器用陶瓷薄膜電阻制成，滑動(dòng)觸點(diǎn)用復(fù)位彈簧控制，與節(jié)氣門同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，線形變位器的觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，根據(jù)變化的電阻值，可以測(cè)得與節(jié)氣門開度成正比的線性輸出電壓信號(hào)。根據(jù)輸出電壓值，電子控制單元可獲知節(jié)氣門的開度和開度變化率，從而精確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，提高控制精度和效果。怠速信號(hào)滑動(dòng)觸點(diǎn)是常開觸點(diǎn)，只有在節(jié)氣門全閉時(shí)才閉合，產(chǎn)生怠速觸點(diǎn)信號(hào)，主要用于怠速控制、斷油控制及點(diǎn)火提前角的修正。

二、底盤控制用傳感器

1.變速器控制傳感器

多用于電控自動(dòng)變速器的控制。它是根據(jù)車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測(cè)所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點(diǎn)和液力變矩器鎖止，實(shí)現(xiàn)最大動(dòng)力和最大燃油經(jīng)濟(jì)性。

2.懸架系統(tǒng)控制傳感器

主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。根據(jù)檢測(cè)到的信息自動(dòng)調(diào)整車高，抑制車輛姿勢(shì)的變化等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。

3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器

它是根據(jù)車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等使動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便，提高響應(yīng)特性，減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗，增大輸出功率，節(jié)省燃油等。

4.胎壓監(jiān)測(cè)傳感器

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在每一個(gè)輪框內(nèi)安裝微型壓力傳感器來測(cè)量輪胎的氣壓，并通過無(wú)線發(fā)射器將信息傳到駕駛前方的監(jiān)視器上。輪胎壓力太低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員及時(shí)處理。這樣不但可以確保汽車在行駛中的安全，還能保護(hù)胎面，延長(zhǎng)輪胎使用壽命并達(dá)到省油的目的。

三、車身控制用傳感器

車身控制用傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性和舒適性。此類傳感器有應(yīng)用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等；應(yīng)用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器；應(yīng)用于門鎖控制中的車速傳感器；應(yīng)用于亮度自控中的光傳感器；應(yīng)用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；應(yīng)用于保持車距的距離傳感器；應(yīng)用于消除駕駛員盲區(qū)的圖像傳感器；應(yīng)用于死角報(bào)警系統(tǒng)中超聲波傳感器、圖像傳感器等。由于其工作條件不象發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用傳感器稍加改進(jìn)就可以應(yīng)用。

四、總結(jié)

隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車上傳感器作為不可缺少的配件，已成為汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)中最有需求力的產(chǎn)品。有人說“沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代汽車”。汽車電子化程度越發(fā)達(dá)、自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器依賴性就越大，也因此將為汽車用戶提供更好的性能和更高的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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