汽车中传感器的应用.docx

传感器在汽车轮胎检测中的应用摘要: 传感器是汽车电子控制系统的重要部件，该文概述了汽车传感器的发展及其在汽车中的作用。关键词: 传感器; 汽车; 电子控制系统;引言 21世纪60 年代, 汽车上仅有机油压力传感器、燃油传感器和水温传感器, 它们与仪表或指示灯相连接。进人70 年代后,为了治理排放, 又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统, 因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代, 防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。目前传感器已是无处不在。在动力系统中, 有用来测定各种流体的温度和压力(如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等) 的传感器。在现代汽车上, 上述的各种传感器都有应用。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统的普遍应用，多功能、智能化和集成化的传感器日益成为汽车传感器的主流。1 传感器的发展和应用1.1 轮胎压力监测系统( T PMS)轮胎压力监测系统( T ire Pressure Monitoring System, 简称TPMS) 的作用就是在汽车的行驶过程中对轮胎里的压力进行监测, 对轮胎的漏气和低压、高压进行报警, 使得驾驶人员能够及时地采取相应的措施, 从而保证车辆始终处于安全行驶状态 。轮胎是汽车行驶过程中惟一与地面接触的部件。轮胎承载汽车的全部质量, 缓冲路面冲击, 并通过与地面的附着力来产生驱动力和制动力1.2离子检测系统 Mits ub is hi 电子公司正在开发一种车用离子检测系统。这个系统能够通过检测离子来监控发动机每个气缸的燃烧情况。当可燃混合气持续燃烧时, 在燃烧峰面附近就会发生电离现象。把一个带偏压的测头放人气缸, 就可以测出与电离状况相关的离子流。这个能反映发动机各种燃烧状况的信息控制系统由带测头的火花塞、装有测试附件的点火线圈及一套处理离子流信号的电子模块构成, 它可以判别每个缸的点火、燃烧及爆震情况。进一步的功能将是对发动机的混合气状况加以监控, 即根据离子流所显示的燃烧情况来控制每个缸的空燃比。1.3 快速启动的教传感器 冷车运转时的发动机所排放的C O 和H C 是最多的, 这就要求氧传感器尽快启动进人闭环控制状态。N G K 火花塞有限公司研制出一种新型氧传感器, 它能在15s 内达到闭环控制。通过缩小加热区和降低阻抗, 改进了传感器的加热装置。由于采用新材料和新的温控系统, 使加热器的寿命与现有类型相近, 改善了低温特性。1.4 侧滑传感器R o b e r t Bo s e h G m b H 公司开发了一种双向传感器, 它是由采用压电晶体的线性加速度计组合而成。这样的组合更有利于传感器的设置、信号处理和封装。这种传感器有两个经过显微加工的信号发生器并各自对应着所测加速度方向的基准面, 对应于某个基准面的独立信号就能测出相应的作用力。而很高的品质因数Q 值使传感器的封装可以在常压下进行。1.5 离压传感器 D en so 公司开发了一种浸人式高压传感器。这些传感器可用来检测机油、液压系统、汽油以及空调制冷剂的压力, 如制动器的液压控制系统、怠速下的空调机压缩器和动力转向泵、燃油控制系统、悬架控制系统以及自动变速器中的液压换档系统。这些系统的压力变化在2 一2 0 M Pa , 而传感顺器可耐压3 8 M Pa 。这种传感器使用一种树脂胶而不是通常使用的金属和玻璃来封装, 以形成足够大的分子通道, 实现了外型和元件间密封尺寸的优化设计。包括压力感应元件和放大电路在内的所有元件都集中在一块芯片上。1.6 机油粘度传感器 L uc a s V ar ity 公司正在研制一种压电振动式粘度传感器, 其工作原理与振动式粘度相近振子(球型、片状或棒式)在受到粘滞阻尼时其振频会发生衰变。因此,依靠不同形状的振子, 就可以测出粘度和密度的一些参数。有一种振动式粘度计的振子是石英棒, 它能被激发扭振, 通过测量与液体粘度相对应的振幅和谐振频宽, 就可以确定粘度(准确地说应是粘度和密度的综合值)。粘度传感器设置了一种界面来改善传感元件与液体之间的接触关系, 其原理与应用于生物医学和海洋船舶上的超声波换能器相似。1.8 磁敏式速度传感器 5 5 1 技术有限公司开发了一种一体化的传感器, 它是把高磁阻(G M R ) 材料与半导体装置合为一体的磁敏式速度传感器。高磁阻材料的特点就是随磁场的变化其电阻值也发生变化。半导体装置是由制作在同一块BI CM O S 电路板上的信号处理器和电压调节器所构成。先将高磁阻材料喷镀在BI CM O S 板基上, 采用光刻腐蚀工艺将其制成电阻, 通过铝箔把其连人BI CM O S 电路, 再在周边镀上一层坡莫合金以聚集磁力线。这种传感器是双极型结构, 通过电平转换输出一个方波形脉冲信号, 其输出频率与软磁信号轮齿的迥转频率是相同的, 而励磁机构是一永久磁铁。由于传感器的信号处理电路是直流藕合式, 所以可处理零速状态。2 传感器在汽车中的应用2. 1 发动机控制传感器 发动机控制系统采用的传感器包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器及爆震传感器等，是整个汽车传感器的核心。温度传感器用于检测发动机温度、吸入气体温度、燃油温度、催化温度和冷却水温度等，有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式3 种主要类型。压力传感器用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压和油压等，应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式和表面弹性波式。差动变压器式压力传感器抗干扰性差，而表面弹性波式压力传感器则能在高温下稳定地工作。位置和转速传感器用于检测发动机转速、曲轴转角和车速等，包括交流发电机式、霍尔效应式、簧片开关式、磁阻式、光学式和半导体磁性晶体管式等。 流量传感器用于测量发动机空气流量和燃料流量，空气流量传感器用于发动机控制系统确定燃烧条件、启动和点火等，有叶片式、热线式、热膜式和卡门涡旋式4 种类型; 燃料流量传感器主要有水轮式和循环球式两种，其响应时间 10 ms。气体浓度传感器用于检测车体内气体浓度和废气排放，主要是氧传感器，包括氧化锆氧传感器和二氧化钛氧传感器。爆震传感器用来检测发动机振动，通过调整点火提前角，控制和避免发动机发生爆震，有磁致伸缩式和压电式两种传感器，检测爆震可以采用检测发动机机体振动、气缸压力和燃烧噪声3 种方法。2. 2 底盘控制传感器 用于变速器控制系统、制动防抱死系统、动力转向系统和悬架控制系统等底盘控制系统中的传感器，工作原理和发动机中相应的传感器相同，而且随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN 总线技术的广泛应用，同一传感器能同时给发动机控制系统和底盘控制系统提供信号。光纤传感器具有保护与恢复功能的拓扑结构，在汽车底盘制造中，常用它来监测和控制汽车底盘的承载能力、材料的组成、硬度和韧度以及使用寿命等。在汽车底盘制造的流水作业中，光纤弯曲在汽车底盘的横臂上，若超过弯曲临界状态，光纤弯曲的角度和肖军: 传感器在汽车中的应用和发展趋势光功率的损耗近似呈线性关系。底盘中发生的变化可以通过光损耗的变化来反映，以判别汽车底盘的制造质量。2. 3 车身控制传感器 为提高汽车的安全性、可靠性和舒适性，汽车内安装有安全气囊系统和空调系统。气囊系统中的加速度传感器采用电容差动工作原理，可以可靠地检测到汽车意外碰撞时的加速度变化信号，起到对驾驶员的人身保护作用; 空调系统中有用于测量温度、湿度、日照和风量的传感器。汽车倒车时“后视”不良容易引起事故，由超声波传感器发送超声波检测障碍物信息，启动语音报警，可以帮助司机安全停靠。激光测距传感器可以对车前的路面状况进行电子扫描，还可以对周围及后面司机看不到的地方进行扫描，避免事故的发生。2.4 智能传感器 随着汽车工业的发展，传感器不仅应用于发动机、底盘等电子控制系统，也越来越多地应用于环保、安全和娱乐等汽车电子系统，具有信息处理功能的智能传感器，是未来汽车传感器发展的主要方向。智能传感器能输出测量数据及相关的控制量，适配各种微控制器，在硬件基础上通过软件来实现测试功能，智能化程度取决于软件的开发水平。智能传感器具有自校正、双向通讯、数字存储、记忆与信息处理、标准化数字输出或符号输出、自动补偿等功能，可以自动采集数据并进行预处理，自行检验、自选量程和自寻故障。在汽车照明系统中，电子式感应头灯通过车外的光线明暗感应器监测外界光线的变化，当光线变暗或汽车进入隧道时，电子感应器自动将头灯打开，从而减少驾驶员操作时间，增加行车安全性。光照充足时，感应器自动关闭以节省能耗。在汽车轮胎胎压监测系统中，为防止爆胎和及时发现车胎漏气，在汽车4 个轮胎上安装高灵敏的传感器，实时、动态地监测汽车行驶时的轮胎压力，并通过无线电信号将数据发送至接收器，接收器以数字形式反映出气压值，轮胎漏气时系统自动报警，达到有效预防事故发生的目的。汽车驾驶方向盘内嵌入酒精检测传感器及信号调理电路，可以检测出驾驶员呼出的气体中是否含有酒精，其原理是酒精传感器可吸附氧气，当环境中氧气浓度发生改变时，如果空气中含有酒精，元件表面的氧元素便会与酒精发生反应，使元件电阻值下降，通过测定电阻值检测出呼气中含有的酒精浓度。在自动雨刷系统中，发光二极管发出的光束其反射光线强度会因前挡风玻璃上的雨量或湿气含量而有所不同，可以根据反射光线强度改变雨刷的频率，还可以用红外电子雨量传感器感应雨量的多少并随车速的变化自动调整雨刷的速度，增进驾驶人员的安全性和方便性。3 结束语 目前汽车传感器属高新技术的瓶颈工业，它的地位非常重要，但由于历史的原因，我国的汽车传感器技术还比较落后。为适应新的形势，开发新型的温度、流量、压力、位移等传感器已迫在眉睫，加快促进我国汽车传感器事业及其应用的发展，使我国汽车传感器在满足国内需要的同时，也能够在国际市场占一席之地，当前研制和开发解决汽车发动机电喷系统所需的传感器又是重中之重。随着电子技术的发展，汽车发动机传感器技术必将日趋完善。参考文献1 吴中汉, 孙志峰, 孙 超. 基于嵌入式系统的轮胎气压监视系统设计 J . 工业控制计算机, 2005, 18( 3) : 57- 58.2 李雪霞，黄炳义，张国华 智能传感器在汽车电子系统中的应用J 邢台职业技术学院学报，2009( 3) : 91-923 张永康 智能传感器与现代汽车电子J 今日电子，2004( 5) : 100-1024 姜立标, 王京春, 姜 辉. 高级轿车轮胎气压监视系统 J .齐齐哈尔大学学报, 2003, 19( 4) : 35- 38.5 苏楚奇, 张 晴. 轮胎压