傳感器在汽車控制中的應(yīng)用

1、西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車正朝著高檔智能化、電子信息化的方向發(fā)展。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是現(xiàn)代汽車發(fā)展的主導(dǎo)與核心。本文主要研究了傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、汽車底盤電子控制系統(tǒng)、汽車防盜系統(tǒng)以及傳感器在汽車安全氣囊中的應(yīng)用，從而了解了傳感器在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的重要性，傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車不可或缺的一部分。人們通過傳感器了解汽車的一切工作狀況，例如車速、油量、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)等，然后人們通過傳感器表達(dá)和反饋的信息作出相應(yīng)的處理。如壓力傳感器指示汽車輪胎壓力過高就必須對(duì)輪胎進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆艢?，以維持其正常胎壓，否則在炎熱的夏天極易發(fā)生爆胎

2、的危險(xiǎn)?？梢哉f傳感器就是人們的雙眼，它將汽車的各種信息準(zhǔn)確地反應(yīng)給人們，讓人們及時(shí)了解汽車的工作狀況及各種信息，以保證行車安全。汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，由于環(huán)保、油耗法規(guī)的要求不斷嚴(yán)格，使發(fā)動(dòng)機(jī)越來越復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)性能就會(huì)相應(yīng)提高，這就要求不斷提高傳感器的用量和精度。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器是在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱、震動(dòng)、汽油蒸氣以及輪胎產(chǎn)生的污泥和飛濺的水花等惡劣環(huán)境下工作的。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器與一般傳感器相比，其耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。良好的底盤電子控制系統(tǒng)能改善車輪

3、和地面之間的附著狀況，進(jìn)而改善汽車的安全性、動(dòng)力性和舒適性。在動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器的控制對(duì)象是車輪轉(zhuǎn)向角，通過對(duì)車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制，達(dá)到控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。懸架控制系統(tǒng)中的傳感器的工作是對(duì)汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力控制的目的。碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中主要的控制信號(hào)輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強(qiáng)度信號(hào)，并將信號(hào)輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號(hào)來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。如今，傳感器技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)主要在于低成本和高可靠性上，通過測量各種汽車參數(shù)，來確保車輛上的電子系統(tǒng)有效工作，從而提高汽車的動(dòng)力性、環(huán)保性

4、、燃油經(jīng)濟(jì)性，與此同時(shí)也提高駕乘舒適性和安全性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車傳感器市場需求將保持高速增長，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。關(guān)鍵詞：汽車；傳感器；控制；發(fā)展- I -目 錄- II -西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引 言傳感器是檢測和自動(dòng)控制應(yīng)用中的首要環(huán)節(jié)，檢測技術(shù)通常把測試對(duì)象分為兩大類：電參量的測量與非電參量的測量。電參量有電壓、電流、電阻、功率、頻率等，這些參量可以表征設(shè)備或系統(tǒng)的性能，非電參量有物理量（如位移、速度、加速度、力、扭矩、應(yīng)變、振動(dòng)等）、化學(xué)量（如濃度、成分、氣體、PH值

5、、溫度等）、生物量（酶、組織、菌類）等。過去，非電參量的測量多采用非電測量的方法，如用尺子測量長度，用溫度計(jì)測量溫度等，而現(xiàn)在的非電測量多采用電測量的方法，其中的關(guān)鍵技術(shù)是如何利用傳感器將非電參量轉(zhuǎn)換為電參量。當(dāng)今，傳感器已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設(shè)備、智能建筑和家用電器等領(lǐng)域，是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂弥鞣N各樣的傳感器，例如電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器；空調(diào)中的溫度和濕度傳感器；煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器；電視機(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器；照相機(jī)中的光傳感器；汽車中的燃料計(jì)和速度計(jì)等。傳感器已經(jīng)給我們的生活帶來了很多便

6、利和幫助。目前傳感器涉及的領(lǐng)域包括：現(xiàn)代流程工業(yè)、宇宙開發(fā)、海洋探測、軍事國防、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、智能建筑、汽車、家用電器、生物工程、商檢質(zhì)檢、公共安全、甚至文物保護(hù)等。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器有更突出的地位，傳感器的發(fā)展往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。如宏觀上的茫茫宇宙、微觀上的粒子世界、長時(shí)間的天體演化、短時(shí)間的瞬間反應(yīng)，超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、弱磁場等極限技術(shù)研究?，F(xiàn)代流程工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中質(zhì)量監(jiān)控或自動(dòng)檢測，需要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)，傳感器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)器件，直接影響到自動(dòng)化技術(shù)的質(zhì)量和水平。在航空航天領(lǐng)域里，

7、宇宙飛船飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、壓力、磁場、振動(dòng)等參數(shù)的測量都必須由傳感器完成，例如，“阿波羅10號(hào)”飛船需要對(duì)3295個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測，其中應(yīng)用了溫度傳感器559個(gè)，壓力傳感器140個(gè)，信號(hào)傳感器501個(gè)，遙控傳感器142個(gè)。整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體。在機(jī)器人的研究中最重要的內(nèi)容是傳感器的應(yīng)用研究，其中機(jī)器人外部傳感器系統(tǒng)包括平面視覺傳感器和立體視覺傳感器；非視覺傳感器有觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近接近傳感器等。可以說，機(jī)器人的研究水平在某種程度上代表了一個(gè)國家的傳感器技術(shù)和智能化技術(shù)的水平。在智能建筑系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)通過中繼器、路由器、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、顯示器，控制管理各種

8、機(jī)電設(shè)備的空調(diào)制冷、給水排水、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯等，而實(shí)現(xiàn)這些功能需使用的主要傳感器包括：溫度傳感器、濕度傳感器、液位傳感器、流量傳感器、壓差傳感器、空氣壓力傳感器等；安全防護(hù)、防盜、防火、防燃?xì)庑孤┛蒀CD（電子眼）監(jiān)視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器；自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的門禁管理主要受用感應(yīng)式IC卡識(shí)別、指紋識(shí)別等方式，這種門禁系統(tǒng)打破了人們幾百年來用鑰匙開鎖的傳統(tǒng)。傳感器在醫(yī)療診斷、計(jì)量測試、家用電器、環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用也很多。21世紀(jì)是信息技術(shù)的時(shí)代，構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，在信息系統(tǒng)中它們分別完成信息的采集、信息的傳輸

9、與信息的處理，其作用可以形象地比喻為人的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。人們?cè)诶眯畔⒌倪^程中，首先要獲取信息，而傳感器是獲取信息的重要途徑和手段。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展，科學(xué)家們正在努力實(shí)現(xiàn)很多從前無法實(shí)現(xiàn)的夢想。1 傳感器概述構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱主要包括傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們?cè)谛畔⑾到y(tǒng)中分別完成信息的采集、信息的傳輸與信息的處理。人們?cè)诶眯畔⒌倪^程中，首先要獲取信息，而傳感器則是獲取信息的重要手段和途徑。將這些信息經(jīng)過分析處理，可以描述出自然界的面貌，所以傳感器是認(rèn)識(shí)、掌握、利用客觀世界的重要工具。傳感器是獲取被研究信息的一種器件或裝置，借助這一器件或裝置我

10、們可以定量地認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象。1.1 傳感器的定義最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國際電工委員會(huì)(IEC: International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號(hào)”。傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件，而傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲,為了方便隨后的處理過程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)

11、還需要將信號(hào)線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。德國和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由兩部分組成的，即直接感知被測量信號(hào)的敏感元件部分和初始處理信號(hào)的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號(hào)成形器的電路部分。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源；無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能量。傳感器承擔(dān)將

12、某個(gè)對(duì)象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)(即過程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測或標(biāo)示。各種物理效應(yīng)和工作機(jī)理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對(duì)象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機(jī)制和效應(yīng)類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺氣敏傳感器嗅覺 化學(xué)傳感器味覺壓

13、敏、溫敏、流體傳感器觸覺與當(dāng)代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功能優(yōu)越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。針對(duì)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場合均需要的基本要求是：高靈敏度，抗干擾的穩(wěn)定性(對(duì)噪聲不敏感)，線性容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡易)，高精度，高可靠性，無遲滯性，工作壽命長(耐用性)，可重復(fù)性，抗老化，高響應(yīng)速率，抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力，選擇性，安全性(傳感器應(yīng)是無污染的)，互換性，低成本，寬測量范圍，小尺寸，重量輕和高強(qiáng)度寬工作溫度范圍。1.2 傳感器的分類按不同觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的工作原理(

14、傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)、磁致伸縮現(xiàn)象、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題、規(guī)模生產(chǎn)的可能性、價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。根據(jù)其用途，

15、傳感器可分為：壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅?，能耗傳感器，速度傳感器，熱敏傳感器，加速度傳感器，射線輻射傳感器，振動(dòng)傳感器，光敏傳感器，磁敏傳感器，氣敏傳感器等。根據(jù)其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。膺數(shù)字傳感器將被測量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材

16、料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。根據(jù)應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類：按材料的類別分：金屬，聚合物，陶瓷，混合物。按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體，絕緣體，半導(dǎo)體，磁性材料。按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶，多晶，非晶材料。1.3 傳感器的特性在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中, 要對(duì)各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測和控制, 就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量, 這取決于傳感器的基本特性, 即輸出輸入特性。如果把傳感器看作二端口網(wǎng)絡(luò), 即有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端, 那么傳感器的輸出-輸入特性是與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的外部特性。傳感器的基本特性可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述

17、。1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系。只考慮傳感器的靜態(tài)特性時(shí), 輸入量與輸出量之間的關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。 （1）線性度 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。 輸出與輸入關(guān)系可分為線性特性和非線性特性。 從傳感器的性能看, 希望具有線性關(guān)系, 即具有理想的輸出輸入關(guān)系。但實(shí)際遇到的傳感器大多為非線性,如果不考慮遲滯和蠕變等因素, 傳感器的輸出與輸入關(guān)系可用一個(gè)多項(xiàng)式表示： y=a0+a1x+a2x2+anxn 其中：a0為輸入量x為零時(shí)的輸出量; a1, a

18、2, , an為非線性項(xiàng)系數(shù)。各項(xiàng)系數(shù)不同, 決定了特性曲線的具體形式各不相同。 靜特性曲線可通過實(shí)際測試獲得。在實(shí)際使用中, 為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理的方便, 希望得到線性關(guān)系, 因此引入各種非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。如采用非線性補(bǔ)償電路或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行線性化處理, 從而使傳感器的輸出與輸入關(guān)系為線性或接近線性。 但如果傳感器非線性的方次不高,輸入量變化范圍較小時(shí), 可用一條直線（切線或割線）近似地代表實(shí)際曲線的一段, 如圖1.1 所示, 使傳感器輸出輸入特性線性化。所采用的直線稱為擬合直線。 實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）, 通常用相對(duì)誤差L表示, 即 其中: Lmax

19、最大非線性絕對(duì)誤差; YFS滿量程輸出。 從圖 1.1 中可見, 即使是同類傳感器, 擬合直線不同, 其線性度也是不同的。 選取擬合直線的方法很多, 用最小二乘法求取的擬合直線的擬合精度最高。 圖 1.1 幾種直線擬合方法(a) 理論擬合；(b) 過零旋轉(zhuǎn)擬合；(c) 端點(diǎn)連線擬合；(d) 端點(diǎn)平移擬合對(duì)于線性傳感器, 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率, 即S=y/x為常數(shù), 而非線性傳感器的靈敏度為一變量, 用S=dy/dx表示。（2）靈敏度 靈敏度S是指傳感器的輸出量增量y 與引起輸出量增量y的輸入量增量x的比值, 即K=y/x由此可見，線性傳感器其特性的斜率處處相同，靈敏度K是一常數(shù)。以

20、擬合直線作為其特性的傳感器，也認(rèn)為其靈敏度為一常數(shù)，與輸入量的大小無關(guān)。（3）遲滯 傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐讨休敵?輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。 也就是說, 對(duì)于同一大小的輸入信號(hào), 傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的, 例如彈性敏感元件的彈性滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)等。 遲滯大小通常由實(shí)驗(yàn)確定。遲滯誤差H可由下式計(jì)算: 其中: Hmax正反行程輸出值間的最大差值。（4）重復(fù)性 重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度。

21、重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差, 常用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示, 也可用正反行程中的最大偏差表示, 即 1.3.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。當(dāng)被測量隨時(shí)間變化，是時(shí)間的函數(shù)時(shí)，則傳感器的輸出量也是時(shí)間的函數(shù)，其間的關(guān)系要用動(dòng)特性來表示。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律， 即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外，輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差。 （1）瞬態(tài)響應(yīng)特性 傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí), 有時(shí)需要從時(shí)域中對(duì)傳感器的響應(yīng)和過渡過程進(jìn)行分析。這種分析

22、方法是時(shí)域分析法, 傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。（2）頻率響應(yīng)特性傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性, 稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。1.4 傳感器的發(fā)展趨勢1.4.1 高精度為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能高，例如對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的壓力測量，希望測試精度有優(yōu)于0.1%，對(duì)超精加工“在線”檢測精度高于0.1m，因此需要研制出高精度的傳感器，以滿足測量的需要。目前我國已研制出精度優(yōu)于0.05%的傳感器。1.4.2 小型化 很多測控場合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。例如生物醫(yī)學(xué)工程中顱壓的測

23、量，風(fēng)洞中壓力場分布的測量等。壓阻傳感器的出現(xiàn)，使壓力傳感器在小型化方面取得重大進(jìn)展。目前我國已有外徑為2.8mm的壓阻式壓力傳感器。1.4.3 集成化 集成化傳感器有兩種類型：一種是將傳感器與放大器、溫度補(bǔ)償電路等集成在同一芯片上，既減小體積，又增加抗干擾能力；另一種是將同一類的傳感器集成在同一芯片上，構(gòu)成二維陣列式傳感器，或稱盾型固態(tài)圖像傳感器，它可以測量物體的表面狀況。1.4.4 數(shù)字化 為了實(shí)現(xiàn)傳感器與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。1.4.5 智能化 智能傳感器是傳感器與微型計(jì)算機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它兼有檢測與信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比它有很多特點(diǎn)，它的出現(xiàn)是傳感器技

24、術(shù)發(fā)展中的一次飛躍。2 傳感器在汽車行業(yè)中的具體應(yīng)用2.1 汽車傳感器的分類汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。2.1.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。2.1.2 汽車底盤控制系統(tǒng)用傳感器底盤控制用傳感器是指用于變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等底盤控制系統(tǒng)中的傳感器。2.1.3 汽車車身控制系統(tǒng)用傳感器車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等。主要有用于自動(dòng)空調(diào)系

25、統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等；用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器；用于門鎖控制中的車速傳感器；用于亮度自動(dòng)控制中的光傳感器；用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于保持車距的距離傳感器；用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。2.1.4 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器隨著基于GPS/GIS（全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)）的導(dǎo)航系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，導(dǎo)航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器主要有：確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。2.2 傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是

26、汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。由于環(huán)保、油耗法規(guī)的要求不斷嚴(yán)格，使發(fā)動(dòng)機(jī)越來越復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)性能就會(huì)相應(yīng)提高，這就要求不斷提高傳感器的用量和精度，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，傳感器處于十分重要的地位。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器是在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱、震動(dòng)、汽油蒸氣以及輪胎產(chǎn)生的污泥和飛濺的水花等惡劣環(huán)境下工作的。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器與一般傳感器相比，其耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。2.2.1 氧傳感器功能：測定發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中氧氣含量，確定汽油與空氣是否完全燃燒。電子控制器根據(jù)這一信息實(shí)現(xiàn)以過量空氣系數(shù)=1為目標(biāo)的閉環(huán)控制，以確保三元催化轉(zhuǎn)化器對(duì)排氣中HC、CO和NOX三種污染物

27、都有最大的轉(zhuǎn)化效率。原理：氧傳感器傳感元件是一種陶瓷管，外側(cè)通排氣，內(nèi)側(cè)通大氣。陶瓷管是一種固態(tài)電解質(zhì)，加熱后依靠陶瓷管外壁的催化劑使排氣中的各種成份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氧離子可通過陶瓷管擴(kuò)散，造成管壁內(nèi)、外側(cè)之間的電勢差，即信號(hào)電壓，該電壓與排氣中含氧量成正比。特點(diǎn)：抗鉛；較少依賴于排氣溫度；起動(dòng)后迅速進(jìn)入閉環(huán)控制。冷車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的CO和HC是最多的，這就要求氧傳感器盡快起動(dòng)進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)。NGK火花塞有限公司研制出一種新型氧傳感器，它能在15s內(nèi)達(dá)到閉環(huán)控制。通過縮小加熱區(qū)和降低阻抗，改進(jìn)了傳感器的加熱裝置。由于采用新材料和新的溫控系統(tǒng)，使加熱器的壽命與現(xiàn)有類型相近，改善了低溫特性。

28、 2.2.2 壓力傳感器功能：測量進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力，提供發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信息。原理：傳感元件由一片硅芯片組成。在硅芯片中蝕刻出壓力膜片，定值和整流電路也集成在硅片上?？諝鈮毫Φ母淖兪鼓て芰ψ冃?，壓阻效應(yīng)使電阻改變，通過芯片處理后，形成與壓力成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。該傳感器直接安裝在進(jìn)氣歧管上，DS-S/TF型還把壓力和空氣溫度傳感器組合在一起。特點(diǎn)：重量輕；結(jié)構(gòu)緊湊；采用先進(jìn)的電子傳感技術(shù)；占用進(jìn)氣管極小空間。Denso公司開發(fā)了一種浸入式高壓傳感器，這種傳感器可用來檢測機(jī)油、液壓系統(tǒng)、汽油以及空調(diào)制冷劑的壓力，如制動(dòng)器的液壓控制系統(tǒng)、怠速下的空調(diào)機(jī)壓縮器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、燃油控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)以及

29、自動(dòng)變速器中的液壓換擋系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的壓力變化在220MPa，而傳感器可耐壓38MPa。這種傳感器使用一種樹脂膠而不是通常使用的金屬和玻璃來封裝，以形成足夠大的油分子通道，實(shí)現(xiàn)了外型和元件間封尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)。包括壓力感應(yīng)元件和放大電路在內(nèi)的所有元件都集中在一塊芯片上。2.2.3 溫度傳感器功能：測定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液或進(jìn)氣溫度。原理：傳感器內(nèi)的NTC熱敏電阻，其電阻值隨著溫度上升而減小。冷卻液或進(jìn)氣溫度的變化引起電阻值的變化，然后通過一個(gè)分壓電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送往電子控制器。2.2.4 相位傳感器功能：區(qū)分1缸的壓縮上止點(diǎn)和排氣上止點(diǎn)。原理：相位傳感器由一個(gè)霍爾傳感器和一個(gè)半圓形的鐵磁體組成，鐵磁體

30、裝在凸輪軸端部。凸輪軸的半轉(zhuǎn)有信號(hào)，另半轉(zhuǎn)沒有信號(hào)。相應(yīng)地，一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸的一轉(zhuǎn)有信號(hào)，另一轉(zhuǎn)沒有信號(hào)，這就區(qū)分了兩個(gè)不同的上止點(diǎn)。特點(diǎn)：信號(hào)質(zhì)量高，輸出電壓不受轉(zhuǎn)速影響。直接輸出階躍方波信號(hào)，閉合角小，控制精確。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。2.2.5 爆震傳感器功能：檢測發(fā)動(dòng)機(jī)缸體振動(dòng)情況，以供電子控制器識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)爆震情況。原理：爆震傳感器是一種振動(dòng)加速度傳感器。它裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上，可裝一只或多只。傳感器的敏感元件為一壓電晶體，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。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)牢固、緊湊；

31、測量敏感度高。2.2.6 機(jī)油粘度傳感器功能：通過測量液體所傳遞的切變波形來確定粘度。原理：壓電振動(dòng)式粘度傳感器的工作原理與振動(dòng)式粘度計(jì)相近振子(球型、片狀或棒式)在受到粘滯阻尼時(shí)其振頻會(huì)發(fā)生衰變。因此，依靠不同形狀的振子，就可以測出粘度和密度的一些參數(shù)。有一種振動(dòng)式粘度計(jì)的振子是石英棒，它能被激發(fā)扭振，通過測量與液體粘度相對(duì)應(yīng)的振幅和諧振頻寬，就可以確定粘度（準(zhǔn)確地說是粘度和密度的綜合值）。2.2.7 節(jié)氣門位置傳感器功能：提供發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信息、工況信息。原理：此傳感器實(shí)際上是具線性輸出特性的轉(zhuǎn)角電位計(jì)。電位計(jì)轉(zhuǎn)臂與節(jié)氣門同軸安裝，當(dāng)節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)電位計(jì)轉(zhuǎn)臂滑到一定的電阻位置，電位計(jì)輸出與

32、節(jié)氣門位置成比例的電壓信號(hào)。2.2.8 空氣質(zhì)量流量計(jì)功能：測量空氣質(zhì)量流量，提供發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信息。原理：傳感器內(nèi)有加熱的傳感元件，此傳感元件同時(shí)構(gòu)成電橋的一個(gè)臂。流過傳感器的空氣從傳感元件表面帶走熱量，同時(shí)改變傳感元件電阻，電橋電路與混膜電路配合，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以提供控制器反映空氣質(zhì)量流量的電壓信號(hào)。傳感元件的獨(dú)特設(shè)計(jì)使空氣流量的測量不受進(jìn)氣回流的影響。特點(diǎn)：重量輕，成本低，響應(yīng)迅速，測量精度高，測量結(jié)果不受空氣密度的影響。2.3 傳感器在汽車底盤電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用良好的底盤電子控制系統(tǒng)能改善車輪和地面之間的附著狀況，進(jìn)而改善汽車的安全性、動(dòng)力性和舒適性。電子控制系統(tǒng)在汽車底盤技術(shù)中的應(yīng)用

33、很好地改善了汽車的主動(dòng)安全性。常見的底盤控制系統(tǒng)有以下幾種：牽引控制、制動(dòng)控制、懸掛控制和轉(zhuǎn)向控制。用于底盤控制的傳感器指的是分布在變速器控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等中的傳感器。汽車底盤的主要功能是讓汽車能根據(jù)駕駛員的意愿作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，像加速、減速和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)等。駕駛員是通過操縱汽車?yán)锏霓D(zhuǎn)向盤、油門和制動(dòng)踏板等元件來表達(dá)自己意愿的,相應(yīng)于這些操縱的執(zhí)行量是前輪的轉(zhuǎn)向角以及車輪上的驅(qū)動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩,而真正起作用的是輪胎的縱向力和側(cè)向力。影響汽車輪胎力的主要因素有路面的附著系數(shù)、車輪的法向力、車輪滑動(dòng)率和車輪側(cè)偏角。汽車底盤控制設(shè)計(jì)的基本原理就是在給定了路面附著系數(shù)和車輪法向力

34、的前提下，對(duì)車輪滑動(dòng)率和車輪側(cè)偏角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制,從而達(dá)到間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力的目的,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力,達(dá)到提高汽車的主動(dòng)安全性、機(jī)動(dòng)性和舒適性的目的。汽車底盤的電子控制是一個(gè)多系統(tǒng)相互影響,相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)工程,具體表現(xiàn)如下：(1)同一個(gè)控制系統(tǒng)可能會(huì)擁有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、并對(duì)多個(gè)變量同時(shí)進(jìn)行控制。(2)同一個(gè)控制目標(biāo)可以由不同的控制系統(tǒng)單獨(dú)控制或者多個(gè)系統(tǒng)共同控制。(3)同一個(gè)控制目標(biāo)同時(shí)被不同的控制系統(tǒng)所控制。(4)不同的控制系統(tǒng)可能共用同一傳感器或者控制單元。2.3.1 傳感器在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用在動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器的控制對(duì)象是車輪轉(zhuǎn)向角,通過

35、對(duì)車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制，達(dá)到控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。常見的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有：主動(dòng)前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS、主動(dòng)前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS和主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)RWS。所用的傳感器主要有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，通過這些傳感器發(fā)揮作用，動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高了響應(yīng)特性的同時(shí)增大輸出功率、減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗，從而也節(jié)省了燃油。所有的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、AFS及RWS的工作原理都是由駕駛員發(fā)出指令，由傳感器感知路面的狀況，并以電信號(hào)的形式將路面狀況通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行器。比如在EPS系統(tǒng)中，這種微機(jī)控制的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有部件少、質(zhì)量小、體積小等特點(diǎn)。在系統(tǒng)工作時(shí)，如果我

36、們選擇最佳傳動(dòng)比，就可以得到最快的反應(yīng)：即當(dāng)汽車調(diào)整行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向速度比就會(huì)變小，而轉(zhuǎn)向力度會(huì)逐漸增大，這會(huì)使汽車方向更穩(wěn)定、行車更安全。而當(dāng)以很低的行駛速度駕駛時(shí)，轉(zhuǎn)向速度比會(huì)變大，此時(shí)只需輕輕地小角度打轉(zhuǎn)向盤，車身位移就會(huì)發(fā)生大幅度變化，這會(huì)使得很多工作變得輕松，比如停車入位工作；該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于它提高了汽車的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，同時(shí)它也增加了汽車高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性和低速行駛時(shí)的機(jī)動(dòng)性。另外，由于EPS可根據(jù)需要給轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)額外力矩,駕駛員可以根據(jù)這個(gè)力矩的提示信號(hào),才去轉(zhuǎn)向措施，這就是此系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向建議的功能。該系統(tǒng)主要有電子控制器、電動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感

37、器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器組成。其它系統(tǒng)也都和EPS系統(tǒng)一樣，各自發(fā)揮了不可替代的重要的功能。2.3.2 傳感器在汽車懸架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用懸架控制系統(tǒng)中的傳感器的工作是對(duì)汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力控制的目的。工作的時(shí)候，系統(tǒng)綜合汽車的運(yùn)動(dòng)狀況和這些傳感器檢測到的信息，通過計(jì)算得出每個(gè)車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),然后作出自動(dòng)調(diào)整車高、抑制車輛姿勢的變化等工作指令,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)操縱穩(wěn)定性、行車穩(wěn)定性和車輛舒適性的控制。連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)ADC是由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥組成的。2.4 防盜系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用基于

38、多傳感器信息融合的防盜系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、中央處理模塊、報(bào)警模塊、執(zhí)行模塊和通訊模塊組成。其中監(jiān)測模塊由多組傳感器及信號(hào)處理電路構(gòu)成，用于車況信息的采集，并將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)加以處理后傳輸至中央處理模塊。 中央處理模塊接收來自各個(gè)傳感器的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，處理的結(jié)果是將警報(bào)分級(jí)。中央處理模塊根據(jù)不同等級(jí)的警報(bào)觸發(fā)不同的報(bào)警信號(hào)和操作，并通過通訊模塊將事態(tài)判定結(jié)果傳輸給車主；當(dāng)判定態(tài)勢嚴(yán)重時(shí)，可以控制執(zhí)行模塊直接阻斷汽車的點(diǎn)火電路，使汽車不能發(fā)動(dòng)。報(bào)警模塊接收中央處理模塊的指令，利用聲音、閃光進(jìn)行報(bào)警。 執(zhí)行模塊以通過通訊模塊接收的車主指令為最高優(yōu)先權(quán)，車主可以方便地進(jìn)行“汽車

39、鎖死”、“警報(bào)解除”等操作。 利用通訊模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。系統(tǒng)將分級(jí)的報(bào)警信息以短信息形式通過GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳遞給車主，以提醒車主留意汽車的安全；同時(shí)車主可以利用手機(jī)短信對(duì)汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。為了能夠提取足夠的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測目標(biāo)的準(zhǔn)確判斷，選擇傳感器應(yīng)遵循一些基本原則：合理選擇傳感器并加以優(yōu)化組合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度、低成本的需求；選用不同種類、不同功能的傳感器，發(fā)揮各個(gè)傳感器的優(yōu)勢，信息共享，降低虛報(bào)、漏報(bào)的可能性；選用多個(gè)同種類的傳感器，合理布局，去除監(jiān)測死角，提高系統(tǒng)的可靠性?；谝陨系姆治觯x用以下傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測模塊：（1）微波多普勒傳感器：利用多普勒效應(yīng)制成的傳感

40、器可以用來探測人體或物體的移動(dòng)，該傳感器在人或物體靠近時(shí)接收器接收的頻率發(fā)生變化，當(dāng)頻率變化至設(shè)定值時(shí)，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍； （2）振動(dòng)傳感器：利用加速度檢測器件制成的振動(dòng)傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報(bào)； （3）傾角傳感器：傾角傳感器監(jiān)測車體相對(duì)于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達(dá)到設(shè)定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運(yùn)。 （4）熱釋電紅外傳感器：熱釋電紅外傳感器只對(duì)中心波長為910m的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測器件； （5）霍爾開關(guān)器件：通過霍爾開

41、關(guān)器件可以對(duì)汽車的車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開啟進(jìn)行監(jiān)測。 3 汽車用安全氣囊碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中主要的控制信號(hào)輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強(qiáng)度信號(hào)，并將信號(hào)輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號(hào)來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。3.1 碰撞傳感器的分類電子控制式SRS安全氣囊系統(tǒng)采用的碰撞傳感器按功能可分為碰撞烈度傳感器和防護(hù)碰撞傳感器兩大類。碰撞烈度傳感器按安裝位置分為前碰撞傳感器和中央碰撞傳感器，用于檢測汽車受碰撞程度。防護(hù)碰撞傳感器又叫安全碰撞傳感器或偵測碰撞傳感器。防護(hù)傳感器與碰撞烈度傳感器串聯(lián)，用于防止SRS氣囊產(chǎn)生誤爆。碰

42、撞傳感器按結(jié)構(gòu)分類可分為機(jī)電結(jié)合式、電子式和水銀開關(guān)式。其中機(jī)電結(jié)合式碰撞傳感器又可分為滾球式、滾軸式和偏心錘式碰撞傳感器。機(jī)電結(jié)合式碰撞傳感器的工作原理是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制電器觸點(diǎn)動(dòng)作，再由觸點(diǎn)的斷開與結(jié)合控制氣囊電路的通斷。電子式碰撞傳感器目前常用的有電阻應(yīng)變式和壓電效應(yīng)式兩種。電子式碰撞傳感器沒有電器觸點(diǎn)，在發(fā)生碰撞時(shí)應(yīng)變電阻發(fā)生變形，使電阻發(fā)生變化，傳感器輸出信號(hào)電壓發(fā)生變化，當(dāng)電壓值超過預(yù)定值時(shí)，氣囊被觸發(fā)；或者壓電晶體在碰撞時(shí)發(fā)生變化而使輸出電壓變化，當(dāng)變化的電壓達(dá)到預(yù)定值，氣囊被觸發(fā)。水銀開關(guān)式碰撞傳感器是利用水銀導(dǎo)電的特性控制氣囊電路的通斷。碰撞傳感器的作用是檢測汽車在發(fā)生碰撞時(shí)

43、的減速度或慣性力，并將信號(hào)輸人SRS氣囊系統(tǒng)的電子控制裝置。3.2 碰撞傳感器的安裝在SRS安全氣囊系統(tǒng)中，一般安裝使用34只碰撞傳感器，一般被安裝在車身兩側(cè)的前翼子板內(nèi)側(cè)，或者安裝在前照燈支架下面、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱支架左右兩側(cè)。安全碰撞傳感器安裝在駕駛室儀表板和手套箱的下方。前碰撞傳感器有23只，在車身的左前部和右前部分別安裝一只，稱為左前碰撞傳感器和右前碰撞傳感器。日本馬自達(dá)轎車將前碰撞傳感器稱之為D碰撞傳感器或第一碰撞傳感器。在車身前部中央位置的碰撞傳感器稱之為中央碰撞傳感器。豐田車系左、右碰撞傳感器分別安裝在車身前部左、右翼子板內(nèi)。本田轎車也有將前部兩個(gè)碰撞傳感器安裝在左、右前照燈支架下

44、面。林肯城市、凱迪拉克、沃爾沃、尼桑無限和馬自達(dá)轎車左前、右前碰撞傳感器分別安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱支架左、右兩側(cè)。馬自達(dá)和尼桑轎車的中央碰撞傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器支架的中央。豐田汽車將中央碰撞傳感器與SRS電腦安裝在一起，而SRS電腦則安裝在駕駛室變速桿前或后的裝飾板下面。防護(hù)碰撞傳感器也稱之為防護(hù)傳感器，豐田汽車公司稱作偵測傳感器，本田汽車公司將其稱之為觸發(fā)傳感器或觸發(fā)開關(guān)，馬自達(dá)汽車公司稱為S碰撞傳感器或第二碰撞傳感器。防護(hù)碰撞傳感器一般與SRS電腦安裝在一起，安裝在駕駛室中央變速桿前、后的裝飾板下面。前碰撞傳感器用于檢測碰撞程度，其信號(hào)供電腦判定是否引爆點(diǎn)火劑而給氣囊充氣。當(dāng)以車速40k

45、m/h左右撞到一輛靜止或同樣大小的汽車上時(shí)，前碰撞傳感器會(huì)動(dòng)作，使氣囊打開。防護(hù)傳感器或稱安全傳感器，它的作用是防止前碰撞傳感器短路造成氣囊誤打開，它的信號(hào)供電腦確定是否發(fā)生碰撞。當(dāng)SRS電腦連接的連接器端子短路時(shí)，由于防護(hù)傳感器的作用，觸點(diǎn)不閉合，會(huì)使氣囊電路始終斷開著，從而可避免氣囊誤爆。在一般情況下，防護(hù)傳感器動(dòng)作所需的慣性力或減速度值比前碰撞傳感器動(dòng)作所需的慣性力或減速度值要小。當(dāng)防護(hù)傳感器動(dòng)作時(shí)，是將SRS點(diǎn)火器的電源電路接通，使氣囊引爆。3.3 碰撞傳感器檢查注意事項(xiàng)1.在檢查SRS安全氣囊系統(tǒng)部件之前，應(yīng)先關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下SRS系統(tǒng)熔斷器，防止SRS系統(tǒng)電路觸點(diǎn)誤觸。2.SRS

46、安全系統(tǒng)電器零件均一次性使用，絕不能修復(fù)碰撞傳感器，左前和右前碰撞傳感器更換時(shí)應(yīng)同時(shí)更換。在更換碰撞傳感器時(shí)，應(yīng)使用新品，不能使用其他不同型號(hào)車輛上的零部件。3.在檢修汽車其他系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)特別注意SRS系統(tǒng)電路連線是用黃色導(dǎo)線與其他系統(tǒng)電線相區(qū)別，在檢修之前應(yīng)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下SRS系統(tǒng)熔斷器，防止SRS系統(tǒng)帶電。4.安全氣囊系統(tǒng)的水銀開關(guān)式防護(hù)傳感器在更換后，不能隨意扔掉，因?yàn)樗y有毒，應(yīng)作有害物品處理。5.當(dāng)碰撞傳感器摔碰或其殼體、支架、導(dǎo)線連接器有損傷時(shí)，應(yīng)當(dāng)更換新件。6.前碰撞傳感器和SRS系統(tǒng)的其他部件不能放在太陽下暴曬或接近火源。7.在SRS系統(tǒng)的零部件表面均標(biāo)有標(biāo)牌或注意事項(xiàng)，使用

47、時(shí)應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。8.碰撞傳感器的動(dòng)作有方向性，安裝時(shí)應(yīng)注意傳感器殼體上的箭頭的指向，一定要按規(guī)定方向安裝。日本尼桑和馬自達(dá)汽車使用說明書規(guī)定指向汽車后方。豐田汽車前碰撞傳感器安裝時(shí)則要求傳感器殼體上的箭頭必須指向汽車前方。9.前碰撞傳感器的定位螺栓和螺母必須經(jīng)過防銹處理，拆卸或更換前碰撞傳感器時(shí)，必須同時(shí)更換螺栓和螺母。10.前碰撞傳感器的導(dǎo)線連接器裝有電路連接診斷機(jī)構(gòu)。安裝連接器時(shí)，插頭和插座應(yīng)當(dāng)插牢固。當(dāng)連接器插頭與插座未插牢時(shí)，自診系統(tǒng)會(huì)檢測出來，視為故障，并將以故障碼的形式存入存儲(chǔ)器中。4 汽車用傳感器的發(fā)展趨勢4.1 汽車用傳感器的市場分析汽車技術(shù)的電子化、集成化、智能化發(fā)展，使得傳感

48、器扮演著日益重要的角色。與此同時(shí)，汽車排放以及安全法規(guī)的日趨嚴(yán)格，也推動(dòng)了整個(gè)汽車傳感器市場的發(fā)展。如今的汽車，各種先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)的使用量正日趨增多。尤其是豪華車，裝載了各種先進(jìn)的安全和駕駛員輔助技術(shù)，如停車輔助、車道偏離警報(bào)、盲點(diǎn)警告和駕駛員注意力分散警告系統(tǒng)等。先進(jìn)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)也需要更多的傳感器來識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的工作情況，從而增加傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出、降低排放，使車輛具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性?；旌蟿?dòng)力和純電動(dòng)車也需要傳感器系統(tǒng)來監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而獲得最佳的動(dòng)力。如今，傳感器技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)主要在于低成本和高可靠性上，通過測量各種汽車參數(shù)，來確保車輛上的電子系統(tǒng)有效工作，從而提高汽車的動(dòng)

49、力性、環(huán)保性、燃油經(jīng)濟(jì)性，與此同時(shí)也提高駕乘舒適性和安全性。未來，新的汽車傳感器技術(shù)將主要聚焦于如何提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率上。比如，缸內(nèi)壓力傳感器可用來監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒循環(huán)，并給予發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)直接的反饋，從而精確地控制燃燒過程。氣缸壓力傳感器的典型應(yīng)用是：用在柴油車上以減少微粒和NOx的排放；用在HCCI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，可獲得燃燒控制所需的精確的燃油測量。氣缸壓力傳感器在美國市場尤為重要，因?yàn)椴裼褪橹档淖兓捎绊懭紵^程?；旌蟿?dòng)力和電動(dòng)車也通過使用傳感器技術(shù)來擴(kuò)大行駛里程及蓄電池壽命，如使用電機(jī)速度傳感器、電池流量傳感器和溫度傳感器。傳感器技術(shù)研發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵是，如何應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)嚴(yán)苛的環(huán)保要求，提

50、供一個(gè)好的解決方案。同時(shí)，傳感器也必須尺寸更小，重量更輕。在滿足這些需求的同時(shí)，傳感器供應(yīng)商還必須控制好成本，以應(yīng)對(duì)整車生產(chǎn)商及系統(tǒng)供應(yīng)商不斷提出的降成本的要求。未來，硅半導(dǎo)體傳感器在汽車上的應(yīng)用有增長的趨勢。這主要基于以下幾個(gè)原因：硅半導(dǎo)體傳感器性能的增強(qiáng)，在現(xiàn)有技術(shù)上增加了動(dòng)態(tài)范圍和長效穩(wěn)定性，如可變磁阻(VR)、機(jī)電加速度計(jì)和位置監(jiān)測裝置等；傳統(tǒng)半導(dǎo)體的批次作業(yè)使得硅傳感器低成本、大批量生產(chǎn)成為可能；機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)于集成化和小型化需求的增長；半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，使得硅傳感器可以在高溫環(huán)境，以及發(fā)動(dòng)機(jī)罩下工作；傳統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)的改變；半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的集成化和數(shù)字輸出處理所帶來的性能、尺寸、成本的

51、優(yōu)化。根據(jù)StrategyAnalytics的預(yù)測，硅傳感器在汽車市場的需求量，其復(fù)合平均年增長率(CAAGR)為7.6%，預(yù)計(jì)將從2008年的21億美元，增長至2013年的31億美元，并且到2016年時(shí)達(dá)到35億美元。作為車輛與外界環(huán)境的接口，傳感器在汽車上的應(yīng)用正不斷增多，通常一輛高級(jí)轎車上裝有多達(dá)100個(gè)，甚至更多的傳感器。根據(jù)應(yīng)用的不同，汽車傳感器主要可分為三大類，即用于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的傳感器、用于安全系統(tǒng)的傳感器、用于提高車輛舒適性和便利性的傳感器。傳動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的壓力傳感器，以及用于燃油直噴和共軌系統(tǒng)的高壓傳感器，是動(dòng)力傳動(dòng)應(yīng)用的典型例子。安全系統(tǒng)也有大量的傳感器應(yīng)用，比如

52、用于車輛動(dòng)力學(xué)控制的高壓和偏航率傳感器、用于助力轉(zhuǎn)向的扭矩傳感器、用于安全氣囊系統(tǒng)和ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))的加速傳感器，以及用于防側(cè)翻的偏航率傳感器等。用于導(dǎo)航系統(tǒng)的偏航率傳感器和用于空調(diào)系統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器則歸入舒適性應(yīng)用的范疇。目前汽車上使用的傳感器大多采用MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)制造，這種傳感器的核心是一個(gè)在晶片上加工出的納米級(jí)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，它將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。微機(jī)電傳感器主要用于測量壓力、加速度、角速度和氣流。微機(jī)電傳感器是高級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和其它驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的關(guān)鍵組件，在提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放方面起著非常重要的作用，如用于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)控制單元的壓力傳感器，以及進(jìn)氣系統(tǒng)

53、中的空氣流量傳感器。微機(jī)電技術(shù)在安全系統(tǒng)中亦起著重要作用。高加速度的加速度計(jì)被大量應(yīng)用于被動(dòng)安全系統(tǒng)，用于主動(dòng)安全系統(tǒng)的偏航率傳感器和低加速度加速計(jì)在歐洲普及率很高，在美國則是強(qiáng)制安裝的。在發(fā)達(dá)國家，車輛的個(gè)性化和人性化設(shè)計(jì)已成趨勢，這使得車輛的舒適性和便利性變得越來越重要。然而在這一領(lǐng)域的應(yīng)用并沒有相應(yīng)的法規(guī)，基于微機(jī)電技術(shù)的產(chǎn)品的增長率將主要取決于終端消費(fèi)者的接受力和購買意愿。因此，市場的拉動(dòng)比技術(shù)推動(dòng)更加重要。混合動(dòng)力車和替代燃料的出現(xiàn)，將會(huì)給微機(jī)電技術(shù)產(chǎn)品開辟新的市場。然而，有些替代驅(qū)動(dòng)概念如氫燃料可能需要經(jīng)過長達(dá)十年以上的時(shí)間，才能獲得大的市場份額，因此從短期來看對(duì)傳感器市場并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。4.2 汽車用傳感器發(fā)展趨勢由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。微型傳感器基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))，微型傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，由于具有體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)，可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。目前該技術(shù)日漸成熟，可以制作各種敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于