汽车传感器应用现状及发展趋势分析

2007-09-25 09:04:11来源: 电子工程世界

随着电子技术的发展,汽车电子化程度不断提高,通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题,而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小,定量提供有用的电输出信号的部件,亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件,它直接影响汽车的技术性能的发挥。目前,普通汽车上大约装有10-20只传感器,高级豪华轿车则更多,这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。

一、发动机控制用传感器

发动机控制用传感器有许多种,其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这类传感器是整个发动机的核心,利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等,由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中,因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。对于它们的性

能指标要求有很多种,其中最关键的是测量精度与可靠性,否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或故障。

1.温度传感器:主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较高,但响应特性差;热敏电阻式传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适用温度较低;热电偶式精度高,测温范围宽,但需考虑放大器和冷端处理问题。

2.压力传感器:主要检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力传感器目前已有若干种,应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。电容式传感器具有输入能量高,动态响应好、环境适应性好等特点;压敏电阻式受温度影响大,需另设温度补偿电路,但适用于大量生产;LVDT式有较大输出,易于数字输出,但抗振性较差;SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点,是一种较为理想的传感器。

3.转速、角度和车速传感器:主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

4.氧传感器:氧传感器安装在排气管内,测量排气管中的含氧量,确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差,控制系统根据反馈信号,调节可燃混合气的浓度,使空燃比接近于理论值,从而提高经济性,降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

5.流量传感器:测定进气量和燃油流量以控制空燃比,主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量,以得到较准确的空燃比,实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高;热线式易受吸入气体脉动影响,且易断丝;燃料流量传感器用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。

6.爆震传感器:它能把爆震信号传给控制系统,抑制爆震的发生。

主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。

二、底盘控制用传感器

底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器,在不同系统中作用不同,但工作原理与发动机中传感器是相同的,主要有以下几种形式传感器:

1.变速器控制传感器:多用于电控自动变速器的控制。它是根据车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止,实现最大动力和最大燃油经济性。

2.悬架系统控制传感器:主要有车速传感器、节气门开度传感器、加速度传感器、车身高度传感器、转向盘转角传感器等。根据检测到的信息自动调整车高,抑制车辆姿势的变化等,实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。

3.动力转向系统传感器:它是根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便,提高响应特性,减少发动机损耗,增大输出功率,节省燃油等。

4.防抱制动传感器:它是根据车轮角速度传感器,检测车轮转速,在各车轮的滑移率为20%时,控制制动油压、改善制动性能,确保车辆的操纵性和稳定性。

三、车身控制用传感器

采用这类传感器的主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等,主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等;安全气囊系统中加速度传感器;亮度自控中光传感器;死角报警系统中超声波传感器;图像传感器等。

四、车用传感器研究开发趋势

由于传感器在电控系统中的重要作用,所以世界各国对其理论研究、新材料应用、产品开发都非常重视。

金刚石的耐热性好、热稳定性高,在真空中1200℃以上表面才开始出现炭化,在大气中也要在600℃以上才开始炭化,利用这一特性,制作适用于高温的热敏传感器,从常温到600℃范围内进行温度监测与控制,并且适用在高温且有腐蚀气体的恶劣环境下使用,性能稳定,使用寿命长,可用于发动机中高温测量。此外金刚石在高温下形变率很高,利用这一特性可制作高温环境下使用的振动传感器和加速度传感器。与其它材料振动膜相结合可作为高温、耐腐蚀、灵敏度高的压力传感器,用于振动检测以及发动机气缸压力等测量。

光导纤维型传感器由于抗干扰性强、灵敏度高、重量轻、体积小,适于遥测等特点正受到人们的普遍重视。目前已有不少成熟的产品问世,如光纤转矩传感器,温度、振动、压力、流量等传感器。

在开发利用新材料同时,由于微电子技术和微机械加工技术发展,传感器正向微型化、多功能化,智能化方向发展。微型化传感器利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以提高系统测试精度,例如把微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起,同时测出压力和温度,便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。

目前已有不少微型传感器面世,如压力传感器、加速度传感器、用于防撞的硅加速度传感器等。在汽车轮胎内嵌入微型压力传感器可以保持适当充气,避免充气过量或不足,从而节约燃油10%。多功能化使传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。而智能传感器由于带有专用计算机,因而具有智能特点。

此外,传感器响应时间、输出与计算机的接口等问题也是重要的研究课题。随着电子技术的发展,车用传感器的技术必将趋于完善。

关键字:输出  信号  底盘  温度

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