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文檔簡介

汽車傳感器的分類第1頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器及其特征基本概念:一個傳感器大部分情況下是把一個非電的被測量值轉(zhuǎn)換成一個電量值。常常也會把傳感器稱為“轉(zhuǎn)換器”。它能把一個測量獲得的能量形式轉(zhuǎn)換成另一種能量形式。第2頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月這樣的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)通常不會是無錯的,因為它除了接收到被測量值外,它還會接收到干擾量。典型的干擾量,例如傳感器的溫度漂移,或傳感器的供電電壓漂移,它們會影響輸出的電信號。傳感器輸入量輸出信號干擾量第3頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器靜態(tài)特性與動態(tài)特性一個傳感器的靜態(tài)特性的可視描述是它的特性曲線。它描述的傳感器的行為是不包括動態(tài)效應(yīng)的,例如不涉及輸入信號和輸出信號之間的延滯時間。第4頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月線性特性曲線第5頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月有門限的輸出信號第6頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月帶磁滯的非線性特性曲線X遞增時走曲線下邊,X遞減時走曲線上邊。第7頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月階躍式特性曲線第8頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月為了正確達(dá)到傳感器的指標(biāo),除了一個基本的特性曲線的描述外,還要確定它的允許輸入值和允許輸出值的范圍。當(dāng)測量信號處于允許值范圍以外時,傳感器的行為也必須被確定,這是為了保證有一個穩(wěn)定的汽車功能。第9頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器的需求小尺寸結(jié)構(gòu)和高靈活性。安裝與密封問題外部安裝的傳感器對通常的汽車外部環(huán)境,熱的和化學(xué)的特性。從化學(xué)上,能防水、抗鹽水、抗清潔劑;同時對于石塊的撞擊不至于受損傷。第10頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器應(yīng)具備的特性持久的穩(wěn)定性(repeatability)精確性(accuracy)特定的工作范圍(operatingrange)具有線形特性(linearity)第11頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器接口感應(yīng)式傳感器電壓接口模擬量比例放大接口雙線接口三線接口傳感器在總線系統(tǒng)上的掛接第12頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月第13頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)式傳感器電壓接口這個傳感器本身僅是一個轉(zhuǎn)換器,它的信號調(diào)理要在控制單元里完成。這類傳感器的難點在于輸出電壓在極大范圍內(nèi)擺動,在行車過程中,低轉(zhuǎn)速時輸出僅幾毫伏,至高轉(zhuǎn)速時達(dá)十幾伏。第14頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月模擬量比例放大接口一個具有比例放大接口的傳感器,它產(chǎn)生的測量信號電壓與傳感器供電電壓成比例變化,傳感器供電電壓是由控制單元提供的。這個電壓也同時用作為控制單元的A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。如果這個電壓有所波動,則傳感器的輸出信號電壓也隨之波動,同時A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字化的基準(zhǔn)電壓也隨之波動。第15頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月帶比例放大接口的傳感器原理圖第16頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月具有比例放大電壓接口的壓力傳感器的特性曲線左圖所示是一個壓力傳感器的特性曲線,傳感器具有比例放大電壓接口,圖上部和下部是兩個故障帶。這個壓力傳感器的信號調(diào)理把信號限制在供電電壓的10%和90%之間。第17頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月雙線接口具有雙線接口的傳感器的輸出信號是電流編碼(電流數(shù)字信號)。~4-8所示的是一個雙線接口的讀取原理圖。這樣的接口出現(xiàn)在,例如,車輪轉(zhuǎn)鎣傳感器上(參看4.6.4)。信號齒輪(它的齒起磁極作用——譯者注)提供的信號習(xí)期,通過傳感器的電流從I,變換到I。,然后再回到I.。這里I-表示低電流水平,。為高電流水平(參看圖4—9(a))。除了電流水平的信息計數(shù)外,電流信號邊沿內(nèi)位置還有可能通過脈寬調(diào)制的方法繼續(xù)用于產(chǎn)生附加信息(參看圖4-9(b),4-I(。)),附加信息可以是車輪旋轉(zhuǎn)方向,或者是傳感器的一個解調(diào)信息。第18頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月第19頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月第20頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月可以對產(chǎn)生的離散信號進(jìn)行編碼(計算脈沖數(shù)),這個脈沖是借助于車輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的。除了這種測量方法外,連續(xù)量還可以通過固定頻率在脈沖“脈寬”(Duty-Cycle,也稱有荷區(qū))上進(jìn)行計數(shù),脈寬比(占空比——譯者注)D由下式計算出來。雙線接口的優(yōu)點是導(dǎo)線傳輸損耗很小,控制單元內(nèi)布線又十分簡單。通過雙絞電纜接駁的雙線接口使傳感器對抗電磁場的干擾十分強(qiáng)壯。第21頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月三線接口三線接口根據(jù)輸出三極管的線路常常被稱為“開路集電極接口”(Open-Collector-Interface),或“開路漏極接口”(Open-Drain-Interface)。圖4-10所示的是這種接口的線路圖,當(dāng)輸出三極管截止時,控制單元內(nèi)的上拉電阻把電壓US拉升到線路電壓Up。如果輸出三極管導(dǎo)通,三極管內(nèi)阻相對于上拉電阻小很多,它把輸出電壓拉到地線上。與雙線接口類似,同樣可以在脈寬上,進(jìn)行離散信息編碼,連續(xù)量信息編碼,或是頻率信號編碼。第22頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月Us為傳感器信息,UP是加在上拉電阻RP上的線路電壓,UV是傳感器供電電壓,輸出三極管也可以用場效應(yīng)管第23頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月三線接口的優(yōu)點特別體現(xiàn)在,通過外部上拉電阻的調(diào)整,可以調(diào)整信號邊沿的陡峭度。基于這個本質(zhì),系統(tǒng)可優(yōu)化地調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)關(guān)系曲線,使它的斜度達(dá)到要求的精度。與雙線接口相反,其缺點是接插件和電纜的成本提高了。第24頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱轉(zhuǎn)速、曲軸位置、加速踏板位置和制動踏板位置中采用三線接口。第25頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月傳感器在總線系統(tǒng)上的掛接隨著汽車中網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的增加,以及傳感器信號在不同系統(tǒng)里多重聯(lián)網(wǎng)的情況的增加,現(xiàn)開發(fā)了很多新的傳感器,其自身內(nèi)部集成了總線接口。總線上通信方法的優(yōu)點體現(xiàn)在大大降低了接插件和電纜的成本。第26頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月第27頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月由于加入到總線系統(tǒng)中,大大地提高了傳感器的靈活性,使得各種型號汽車都能輕松地安裝這同一個高配置的器件,因為作為一總線模塊通常無需再進(jìn)行特別的修改,無需特別訂貨。從另一角度看,接人總線系統(tǒng)一般而言會提高總系統(tǒng)的成本,最典型的原因是因為要求的微控制單元是具有總線系統(tǒng)邏輯的,它的成本高一些。另外,物理上的實現(xiàn)需要專門的“收發(fā)器”(Transceiver),以及專門用于接收器和發(fā)送器的網(wǎng)絡(luò)布線。同時還應(yīng)注意到,接人總線系統(tǒng)通常會提高系統(tǒng)的復(fù)雜性,因為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可能性數(shù)量與簡單的點對點聯(lián)接相比要高得多。因而,潛在的、未被檢測出的故障率會變大。現(xiàn)今汽車中采用的大多是CAN-Bus總線,CAN-Bus總線是一個“不確定”的總線系統(tǒng),也就是說,它沒有什么特別措施保證它的實時性。它依賴于總系統(tǒng)功能的檢測,確保在各種總線負(fù)荷下其響應(yīng)時間足夠快。CAN-Bus總線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器,用于行駛動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第28頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月汽車用傳感器的分類速度傳感器溫度傳感器流量傳感器壓力傳感器位置傳感器其他傳感器第29頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月種類形式應(yīng)用速度傳感器電磁線圈式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(RPM)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器(CPS)汽缸位置傳感器(CYL、TDC)輪速傳感器車速傳感器霍爾效應(yīng)式光電式溫度傳感器熱敏電阻式水溫傳感器(ECT)進(jìn)氣溫度傳感器(IAT、ACT)雙金屬式1.熱時開關(guān)鐵氧體式1.水溫開關(guān)流量傳感器流量計式1.空氣流量計(MAF)加熱電阻式熱線式、熱膜式卡門渦流式壓力傳感器壓容式1.進(jìn)氣歧管壓力傳感器(MAP)壓阻式機(jī)油壓力開關(guān)MAP爆震傳感器壓電感應(yīng)式1.爆震傳感器壓力傳感器二氧化鋯型躍變式氧傳感器空燃比傳感器二氧化鈦型空燃比傳感器稀薄空燃比(LAF)傳感器位置傳感器線型節(jié)氣門位置傳感器1.節(jié)氣門位置傳感器霍爾元件型節(jié)氣門位置傳感器線型油門踏板位置傳感器1.油門踏板位置傳感器霍爾元件型油門踏板位置傳感器EGR位置傳感器1.EGR位置傳感器第30頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月種類形式應(yīng)用速度傳感器電磁線圈式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(RPM)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器(CPS)汽缸位置傳感器(CYL、TDC)輪速傳感器車速傳感器霍爾效應(yīng)式光電式溫度傳感器熱敏電阻式水溫傳感器(ECT)進(jìn)氣溫度傳感器(IAT、ACT)雙金屬式1.熱時開關(guān)鐵氧體式1.水溫開關(guān)流量傳感器流量計式1.空氣流量計(MAF)加熱電阻式熱線式、熱膜式卡門渦流式壓力傳感器壓容式1.進(jìn)氣歧管壓力傳感器(MAP)壓阻式機(jī)油壓力開關(guān)MAP爆震傳感器壓電感應(yīng)式1.爆震傳感器壓力傳感器二氧化鋯型躍變式氧傳感器空燃比傳感器二氧化鈦型空燃比傳感器稀薄空燃比(LAF)傳感器位置傳感器線型節(jié)氣門位置傳感器1.節(jié)氣門位置傳感器霍爾元件型節(jié)氣門位置傳感器線型油門踏板位置傳感器1.油門踏板位置傳感器霍爾元件型油門踏板位置傳感器EGR位置傳感器1.EGR位置傳感器第31頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月電磁線圈式傳感器當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時,由低磁阻金屬制成的圓盤轉(zhuǎn)輪跟著一起轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)輪上的凸齒便會周期性的切割由永久磁鐵形成的磁場,磁力線回路因此便會出現(xiàn)擴(kuò)散或集中的變化(即磁阻的增減),此變化使繞于其上的線圈感應(yīng)出不同方向的電壓。電壓信號會因轉(zhuǎn)速的加快而增大并且頻率加快,反之,則電壓信號變慢且變小。第32頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月電磁線圈式傳感器當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時,由低磁阻金屬制成的圓盤轉(zhuǎn)輪跟著一起轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)輪上的凸齒便會周期性的切割由永久磁鐵形成的磁場,磁力線回路因此便會出現(xiàn)擴(kuò)散或集中的變化(即磁阻的增減),此變化使繞于其上的線圈感應(yīng)出不同方向的電壓。電壓信號會因轉(zhuǎn)速的加快而增大并且頻率加快,反之,則電壓信號變慢且變小。第33頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月電磁線圈式傳感器的信號特點輸出的電壓和頻率隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而改變。波形的上下波動應(yīng)在0V電位的上下基本對稱。每一個最大峰值電壓應(yīng)差不多,若某一峰值電壓低于其他,則應(yīng)檢查觸發(fā)輪是否有缺角或偏心。每一個最小峰值電壓應(yīng)差不多,若某一峰值電壓高于其他,則應(yīng)檢查觸發(fā)輪是否有缺角或偏心。第34頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月霍爾傳感器1879年,就讀于美國霍普金斯大學(xué)研究所的霍爾從研究中發(fā)現(xiàn),在導(dǎo)體上流過與磁場方向垂直的電流時,導(dǎo)體便會產(chǎn)生出一微小電壓(霍爾電壓),霍爾電壓與磁場強(qiáng)度成正比。這便是著名的霍爾效應(yīng)。第35頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月霍爾傳感器霍爾效應(yīng)裝置常使用在汽車點火系統(tǒng)中,霍爾效應(yīng)裝置可以為晶體管點火系統(tǒng)提供觸發(fā)信號。通過轉(zhuǎn)盤上的遮罩提供一低磁阻的磁路,可使磁力線不流過霍爾半導(dǎo)體元件。通過轉(zhuǎn)盤不斷地轉(zhuǎn)動,霍爾元件可送出連續(xù)的方波信號。第36頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月光電式傳感器在回轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)有兩個LED(發(fā)光二極管)及兩個光電晶體管.傳感器安裝在分電器內(nèi).帶長形孔的圓盤安裝在分電器軸上,隨分電器軸旋轉(zhuǎn).

傳感器里的兩個LED將光從槽的一側(cè)照向另一側(cè),而另一側(cè)的光電晶體管則可檢測到LED所射過來的光.隨分電器軸一起轉(zhuǎn)動的圓形盤上的長形孔可以讓光通過,但孔與孔間的部分則會阻止光的通過.因此,當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時,LED的光便會產(chǎn)生出連續(xù)的交替信號.第37頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月霍爾與光電式傳感器的特點在檢測時,應(yīng)注意其以下幾個特點。輸出電壓的幅值不變,頻率隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而改變。波形的水平上限應(yīng)達(dá)到參考電壓,水平下限應(yīng)幾乎達(dá)到地電位,若離地電位太高,說明電阻太大或接地不良。電壓的峰-峰值應(yīng)等于參考電壓。電壓的轉(zhuǎn)變應(yīng)是垂直的直線。第38頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月AMR傳感器用作轉(zhuǎn)速傳感器基于AMR的車輪轉(zhuǎn)速傳感器的作用過程,輸入量是車輪轉(zhuǎn)角,傳感齒輪產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)角變化,調(diào)制了傳感器處的磁場。通常有4個AMR電阻組成一個電橋,電橋輸出的電信號在下級電路里進(jìn)行偏移校正和放大。一個比較器產(chǎn)生開關(guān)脈沖,使電流由I1=7mA到Ih=4mA來回跳變,形成輸出電流信號。第39頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月基于AMR的車輪轉(zhuǎn)速傳感器的作用過程第40頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月IO微機(jī)械傳感器的制造微機(jī)械傳感器當(dāng)前在汽車?yán)锉淮罅繎?yīng)用,它被稱為MEMS技術(shù)(Mikro-Elekt,omechamischeSysem),全面翻譯是“微型電子機(jī)械系統(tǒng)”。它是由一個機(jī)械傳感器和一個電氣信號輸出單元組成的,這個機(jī)械傳感器小于幾平方毫米。一個單件的傳感器構(gòu)件的典型尺寸僅為幾微米或更小。第41頁,課件共42頁,創(chuàng)作于2023年2月雨水傳感器一個紅外發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出紅外光束,通過擋風(fēng)玻璃上的棱鏡后被接收。窗玻璃干燥時,光束在一個平面角度里,在窗玻璃平面上形成全反射。

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