汽車傳感器原理與應(yīng)用 課件 第1章 汽車傳感器概述

汽車傳感器概述第1章汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，將汽車運行過程中的各種工況信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入給中央控制單元（ECU），使汽車各總成部件運行處于最佳狀態(tài)，它是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一，汽車傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車控制系統(tǒng)的性能。1.1 傳感器1.1.1傳感器的定義傳感器在國家標準GB7665—2005中的定義是“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置”。傳感器的這一定義主要包含以下內(nèi)容：1）傳感器是完成檢測任務(wù)的測量裝置或器件；2）輸入的是某一被測量，如物理量、化學量、生物量等；3）輸出某種物理量，如電壓、電流、電阻、電容等，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等；4）輸出與輸入之間具有對應(yīng)關(guān)系，且有一定的精確度。1.1.2傳感器的組成傳感器的作用是把被測的非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。傳感器中將敏感元件輸出的中間非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)及電流或電壓信號的元件稱為轉(zhuǎn)換元件。轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換元件在工作時需有輔助電源。因此，轉(zhuǎn)換電路及輔助電源也可視為傳感器組成的一部分。1.1.3傳感器的分類（1）按照物理原理分類

按照物理原理可分為電參量式傳感器（如電阻式、電感式、電容式等）、磁電式傳感器（如磁電感應(yīng)式、霍爾式等）、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電效應(yīng)等。（2）按傳感器用途分類

按傳感器用途可分為位置傳感器、振動傳感器、能耗傳感器、熱敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器、射線輻射傳感器、生物傳感器等。（3）按傳感器轉(zhuǎn)換原理分類

按傳感器轉(zhuǎn)換原理可將傳感器分為物理性能型和結(jié)構(gòu)型兩類。（4）按輸入量（被測對象）分類

按輸入量（被測對象）可分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器。（5）按輸出信號分類

按輸出信號可分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器和開關(guān)傳感器。1.2 傳感器在汽車上的應(yīng)用1—圖像傳感器2—雨水或光強傳感器3—節(jié)氣門位置傳感器4—曲軸位置傳感器5—凸輪軸位置傳感器6—爆燃傳感器7—車外溫度傳感器8—冷卻液溫度傳感器9—機油壓力傳感器10—空氣流量和進氣溫度傳感器11—碰撞傳感器12—變速器油溫傳感器13—紅外系統(tǒng)14—制動液液位傳感器15—輪胎壓力傳感器16—車輪轉(zhuǎn)速傳感器17—加速踏板位置傳感器18—氧傳感器19—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器20—座椅重量傳感器21—排氣溫度傳感器22—電磁減振器傳感器23—超聲波倒車雷達傳感器24—燃油箱液位傳感器25—后窗除霜傳感器1.2.1汽車傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，不僅是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。隨著我國汽車產(chǎn)銷量的急劇上升，國內(nèi)汽車傳感器市場也在高速增長，其中工業(yè)電子設(shè)備和汽車電子增長最快。進一步完善傳感器的高可靠性、高性價比、高適應(yīng)性、高精度以及方便安裝使用等性能。目前汽車傳感器技術(shù)已向微型化、多功能化、集成化和智能化等方向發(fā)展。1.2.2汽車傳感器的性能要求檢測項目測量范圍精度要求（%）分辨能力響應(yīng)時間冷卻液溫度-50~150℃±2.51℃10s進氣歧管壓力10~100kPa±20.1%2.5ms空氣流量6~600kg/h±20.1%2.5ms曲軸轉(zhuǎn)角10°~360°±0.51°20μs排期中氧濃度0.4~1.4±11%10ms節(jié)氣門開度1°~90°±10.2°10ms現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)對傳感器的性能要求主要有以下幾點：（1）強環(huán)境適應(yīng)性

汽車工作環(huán)境溫度為-40~80℃，在各種道路條件下運行，特別是發(fā)動機承受著巨大的熱負荷、熱沖擊、振動等，因此要求傳感器能適應(yīng)溫度、濕度、沖擊、振動、腐蝕及油液污染等惡劣工作環(huán)境。（2）批量生產(chǎn)和通用性一種傳感器信號，可以被多個因素控制，如可以對速度信號求導，得到加速度信號等，所以要求傳感器具有通用性。（3）響應(yīng)速度快、可靠性高

通過把實時收集整理的數(shù)據(jù)傳輸給汽車電子控制系統(tǒng)，傳感器將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號，進而讓汽車駕駛員可以精準地控制汽車，有效減少各種汽車故障問題。此外，同普通傳感器一樣，汽車傳感器的可靠性要高。（4）高精度

傳感器的精度即傳感器輸出信號與被測值的偏差。車用傳感器的精度要求與普通傳感器相似。（5）其他要求

體積和外形要盡可能小型、輕量，便于安裝，符合標準化的要求。1.2.3汽車傳感器的選用原則（1）量程的選擇

量程是傳感器測量上限和下限的代數(shù)差。（2）靈敏度的選擇

傳感器輸出變化值與被測量的變化值之比稱為靈敏度。（3）分辨率的選擇

分辨率表示傳感器能檢測出的被測信號的最小增量。（4）誤差的選擇

誤差是指測量指示值與真實值之間的差。（5）重復性的選擇

重復性是傳感器在相同工作條件下，被測量的同一數(shù)值，在一個方向上進行重復測量時，測量結(jié)果的一致性。（6）線性度的選擇

汽車傳感器的線性度是指它的輸入輸出關(guān)系曲線與其理論擬合直線之間的偏差。（7）過載的選擇

過載表示傳感器允許承受的最大輸入量（被測量）。（8）可靠度的選擇

可靠度的含義是在規(guī)定條件（規(guī)定的時期，產(chǎn)品所處環(huán)境條件、維護條件和使用條件等）下，傳感器正常工作的可能性。（9）響應(yīng)時間的選擇

傳感器的響應(yīng)時間（或稱建立時間）是指階躍信號激勵后，傳感器輸出值達到穩(wěn)定值的最小規(guī)定百分數(shù)（如5%）時所需的時間。1.2.4汽車傳感器的發(fā)展趨勢（1）智能化

智能化傳感器是一種將普通傳感器與專用微處理器一體化，能夠執(zhí)行信息存儲和信息處理，而且能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷的新型系統(tǒng)。（2）微型化

微型化就是利用微型加工技術(shù)，盡可能使傳感器的體積最小和重量最輕。（3）多功能化

將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨一塊芯片上的一體化多功能傳感器，能夠?qū)Σ煌N類的參數(shù)進行檢測，即用一個傳感器系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)多種傳感器的功能，減少傳感器的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。（4）集成化

集成化技術(shù)是指利用集成加工技術(shù)，將敏感元件、放大電路、運算電路、補償電路等集成在一塊芯片上，或是在同一個芯片上將眾多同類型的單個傳感器件集成為一維、二維或三維陣列型傳感器，使它們成為一體化裝置。（5）高精度和高可靠性

追求低排放、低油耗、大功率的發(fā)動機是節(jié)能減排的發(fā)展趨勢，這必須具有高精度和高可靠性的傳感器來保證汽車各總成在最佳狀況下才能達到。（