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汽车传感器概述 传感器的分类及对它的一般要求一 传感器的分类1 按是否施加能量分类主动型 被动型2 按信号转换原理分类 物理原理 电参量式传感器 半导体式传感器 压电式传感器 光电式传感器 气电式传感器 热电式传感器 波式传感器 射线式传感器 磁电式传感器3 按输入量不同 被测物理量 力传感器 位移传感器 电流传感器 电压传感器 气体传感器 光学传感器等4 按工作原理分电阻式 电容式 应变式 电感式 光电式 压电式 热电式等5 按输出形式分模拟式 数字式 脉冲 开关 总线传输 6 按功能分状态显示传感器 车速 里程 我呢度控制反馈传感器 速度 节气门位置传感器 爆震传感器 氧传感器 姿态传感器 二 传感器的一般要求各种传感器 由于原理 结构不同 使用环境 条件 目的不同 其技术指标也不可能相同 但是有些一般要求却基本上是共同的 包括 可靠性 静态精度 动态性能 灵敏度 分辨力 量程 抗干扰能力 能耗 成本 对被测对象的影响等 三 汽车传感器的要求 1 有较好的环境适应性 要求传感器能适应温度 湿度 冲击 振动 腐蚀及油液污染等恶劣工作环境 2 有较高的工作稳定性及可靠性 3 再现性好 4 具有批量生产和通用性 5 要求小型化 便于安装使用 检测识别方便 6 应符合有关标准要求 汽车传感器的检测项目和精度要求 发动机控制用传感器的工作环境条件 发动机控制用传感器的技术指标 四 汽车传感器的使用原则 量程的选择 量程是传感器测量上限和下限的代数差 例如检测车高用的位移传感器 要求测量上限为40mm 测量下限为 40mm 则选择位移传感器的量程应为80mm 灵敏度的选择 传感器输出变化值与被测量的变化值之比称之为灵敏度 例如 测量发动机水温的传感器 它的测量变化值为170 50 120 而它的输出电压值要求为0 5V 所以选择其灵敏度为5V 170 分辨率的选择 分辨率表示传感器可能检测出的被测信号的最小增量 例如 发动机曲轴位置传感器 要求分辨率为0 1 也就是表示设计或选择数字传感器时 它的脉冲当量选择为0 1 误差的选择 误差是指测量指示值与真值之间的差 有的用绝对值表示 例如温度传感器的绝对误差为 2 有的用相对于满量程之比表示 例如 空气流量传感器的相对误差为 1 传感器误差是系统总体误差所要求的 应当得到满足 重复性的选择 重复性是传感器在工作条件下 被测量的同一数值 在一个方向上进行重复测量时 测量结果的一致性 例如检测发动机在转速上升时期对某一个速度重复测量时数值的一致性或误差值多大 应满足规定要求 线性度的选择 汽车传感器的线性度是指它的输人输出关系曲线与其理论拟合直线之间的偏差 这种偏差要选择大小一定 重复性要好 而且有一定的规律 这样在电脑处理数据时可以用硬件或软件进行补偿 过载的选择 过载表示传感器允许承受的最大输人量 被测量 在这个输人量作用下传感器的各项指标应保证不超过其规定的公差范围 一般用允许超过测量上限 或下限 的被测量值与量程的百分比表示 选择时只要实际工况超载量不大于传感器说明书上规定值就可以 可靠度的选择 可靠度的含义是在规定条件 规定的时期 产品处的环境条件 维护条件和使用条件等 下 传感器正常工作的可能性 例如压力传感器的可靠度为0 997 2000h 它是指压力传感器符合上述条件时 工作20OOh 它的可靠性 概率 为0 997 99 7 在选择工作时间长短及概率两指标时都要符合要求 才能保证整个系统的可靠性指标 响应时间的选择 传感器的响应时间 或称建立时间 是在阶跃信号激励后 传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数 如5 时所需时间 例如压力传感器响应时间要求是10ms 也就是要求该传感器在工作条件下 从输人信号加人后 要经10ms后 它的输出值才达到所要求的数值 这个参数大小会直接影响汽车起动时间的大小 所以在选择时只能小于10ms 才能满足汽车起动时间或工况变换的时间要求 五 汽车常用传感器 空气流量计的类型 空气流量传感器又称为空气流量计 AFM 用于测量发动机吸入的空气量 空气流量计的作用 空气流量计 空气流量计的安装位置 作用 进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统 它在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似 进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力 真空度 的变化 并转换成电压信号 与转速信号一起输送到电控单元 ECU 作为确定喷油器基本喷油量的依据 2 进气压力传感器 类型 安装位置 1 安装在发动机机舱内 如皇冠3 0车 2 安装在进气歧管上 如桑塔纳99新秀 3 进气压力传感器和进气温度传感器集成在一起 安装在进气管膨胀箱上 Jetta2V 3 油压 液压传感器 共轨压力传感器 共轨存储高压燃油 高压泵的供油和燃油喷射产生的高压振荡在共轨容积中衰减 这样保证在喷油器打开时刻 喷射压力维持瞬间稳定 共轨同时起燃油分配器作用 共轨上装有用来测量供油压力的共轨压力传感器 用来进行燃油压力的闭环控制 闭环控制 ECU根据发动机当前工况下传感器传出的信号计算机出的理论轨压 控制进油计量比例阀的开度来实现轨压控制 并依靠轨压传感器检测当前实际轨压 与理论轨压进行对比修正 实现闭环控制 储油箱压力传感器 油箱油气压力传感器主要功能是测量油箱内压力变化 便于提前发现因油气外泄或者其它异常压力变化而导致的车辆故障 机油压力传感器 变速器油压传感器 变速器的自动换档是由多个离合器与制动器的协调动作来完成的 而离合器与制动器的动作又由主油道压力来控制 油压的高低决定了变速器自动换档的品质 油压传感器的作用就是将主油道的压力信号传给变速器ECU ECU在收到此压力信号后 通过压力调节电磁阀来校正主油道压力 从而决定主油道的压力高低 4 发动机温度传感器 发动机冷却液温度传感器 检测发动机冷却水温度 向ECU输入温度信号 作为燃油喷射和点火正时的修正信号 作用 安装位置 发动机进气温度传感器 作用 检测进气温度 向ECU输入进气温度信号 作为燃油喷射的修正信号 安装位置 安装在空气流量传感器内 安装在进气压力传感器内 安装在空气滤清器之后的进气软管上 5 节气门位置传感器 作用是将节气门开度 即发动机负荷 大小转变为电信号输入ECU ECU根据节气门位置信号判别发动机的工况 如怠速工况 部分负荷工况 大负荷工况等等 并根据发动机不同工况对混合气浓度的需求来控制喷油时间 类型线性可变电阻式触点开关式综合式 6 曲轴位置传感器 发动机转速传感器 曲轴位置传感器和发动机转速传感器制成一体 既用于发动机曲轴位置 上止点位置的测定 又用于发动机转速的测定 发动机转速传感器的转速信号输入ECU 以便使发动机控制系统 起动系统 ABS TRAC ASR 制动防滑控制系统 悬架系统 导航系统等各种装置能正常工作 曲轴位置传感器通常安装在分电器内 因车型的不同 常见安装于曲轴前端 飞轮上 凸轮轴前端 分电器内 较老款排放车型居多 7 车速传感器 车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内 车速传感器信号线通常装在屏蔽的外套内 这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰 用于保证电子通讯不产生中断 防止造成驾驶性能变差或其他问题 8 爆震传感器 功用将发动机爆震信号转化为电信号传递给ECU ECU根据爆震信号对点火提前角进行修正 使点火提前角保持最佳值 安装位置 安装在发动机缸体上安装在火花塞上 9 排气净化用传感器 氧传感器 通过监测尾气中氧的浓度来获得混合气的空燃比信号 并将该信号转变为电信号反馈给控制单元 调整喷油量 从而实现发动机的闭环控制 改善发动机的燃烧 减少有害气体的排放 节约燃油 作用 氧传感器安装在排气管上 氧传感器外形与安装位置1 排气管2 氧传感器 废气再循环位移传感器 EGREGR阀中有一与其做成一体的EGR阀位置传感器 EVPSensor 该传感器是一电位计式位移传感器 用于检测EGR阀的实际位置 输出相应电压信号给控制器 控制器据此判断阀门是否对ECU的指令做出正确响应 同时 它的信号输出也是发动机ECU计算废气再循环流量的依据 通常 EVP传感器是一个三线传感器 一条是发动机ECU提供的电源电压 另外一条是传感器的接地线 第三条是传感器给发动机ECU的反馈信号输出线 在EGR阀关闭时产生1V以下的电压 在EGR阀打开时产生5V以下的电压 它是EGR系统中的重要传感器 一个损坏的EVP传感器会造成喘车现象 发动机产生爆震 怠速不良和其他行驶性能故障 甚至检查维护 I M 尾气测试也不正常 差压传感器 测量尾气颗粒捕捉器两端压力差 颗粒捕捉器差压传感器 NOX传感器 排气温度传感器 排气温度传感器 EGR温度传感器 EGR温度传感器 10 电控自动空调系统传感器 1 内部温度传感器 内部温度传感器使用热敏电阻并安装在带有通风口的仪表盘处 该传感器检测车厢内部的温度 把它用作温度控制的基础 2 环境温度传感器 环境温度传感器使用热敏电阻并安装在冷凝器的前面即用来控制由外部温度波动所引起的内部温度波动 3 蒸发器温度传感器 蒸发器温度传感器使用热敏电阻 安装在蒸发器上 它检测经过蒸发器的空气温度 蒸发器的表面温度 用于防冻 气流的温度和延时气流控制 4 冷却液温度传感器 冷却液温度传感器用于温度控制 预热控制和怠速控制等 5 风道传感器 安装在侧出风口内部 检测吹向侧出风口的气流的温度 6 烟雾通风传感器 安装在车辆前面部分 检测CO 一氧化碳 HC 碳氢化合物 和NOx 氮氧化物 的含量 以便在新鲜空气和循环空气之间切换 7 空气质量传感器 安装在驾驶室左前侧的排水槽内 用于检查至空调器的新鲜空气中的有害物质含量 探测可氧化和可还原的气体 如一氧化碳和氮氧化物 用于日光照射的光电传感器 传感器位于仪表板中部除霜出风口前的一个盖板下 冷却剂流量传感器 压缩机锁止传感器 烟雾浓度传感器 湿度传感器 湿度传感器 11 液位传感器 液位传感器 液位传感器 燃油液位传感器 液位传感器原理 12 增压压力传感器 BOSCH增压压力传感器 13 加速踏板 油门踏板位置传感器 油门踏板传感器 加速踏板又称油门踏板 主要作用是控制发动机节气门的开度 从而控制发动机的动力输出 传统的加速踏板是通过油门拉线或者拉杆和节气门相连的 14 海拔高度传感器 每升高12m大气压减少133Pa 电脑根据海拔高度的喷油控制 启动时 海拔越高 空气含量越少 启动越困难 所以此时 电脑是用增加喷油量从而让车子能启动 启动后 海拔越高 空气含量越少 如果按照正常的空燃比 氧气少了 喷油一样 油就相对多了 就会造成燃烧不完全 所以电脑设计就会根据海拔高度修正系数进行减少喷油量 15 电子控制直列泵用传感器 16 电子控制分配泵用传感器 相对位置传感器 分配泵转角传感器 旋转运动传感器 轮速传感器 电磁感应式速度传感器 轮速传感器 霍尔式速度传感器 减速度传感器 G传感器 减速度传感器 G传感器 加速度传感器 用于电控悬架系统的部分传感器 离地高度传感器 电控转向系统传感器 转向盘转角传感器 转向角传感器 转矩传感器 转矩传感器 偏航率传感器 偏航率传感器一般装配在车辆中心轴位置 横向加速度传感器 侧倾角传感器 制动检测传感器 压力开关 巡航控制 导航控制系统用传感器 陀螺仪传感器 安全气囊用部分传感器 碰撞传感器 防撞控制系统传感器 超声波测距传感器 前照灯远近光自动控制传感器 机油品质传感器 机油品质传感器 胎压检测传感器 胎压传感器 指纹传感器 电动座椅传感器 汽缸燃烧压力传感器 汽缸燃烧压力传感器 汽缸燃烧压力传感器 六传感器信号处理 信号调理的的目的是便于信号的传输与处理1 传感器输出的电信号很微弱 大多数不能直接输送到显示 记录或分析仪器中去 需要进一步放大 有的还要进行阻抗变换 有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声 需要去掉噪声 提高信噪比 某些场合 为便于信号的远距离传输 需要对传感器测量信号进行调制解调处理 94 信号放大 理想运放的特点 开环差模增益 差模输入电阻 输出电阻 0 共模抑制比 上限截止频率 温漂为0 内部没有噪声 理想运放的性质 虚短 虚断 95 信号放大 例题 如图所示电压放大电路 现在要求输出电压放大倍数为5倍 已知R 10k 求Rf 解 根据放大器 虚短 和 虚断 原理 即 96 电子控制单元 ECU 硬件 信号放大 例题 如图所示反相放大器电路 现在要求输出电压放大倍数为5倍 已知R 10k 求Rf 解 根据放大器 虚短 和 虚断 原理 即则有如下等式 得出 代入和放大电路的放大倍数5 求得 97 信号滤波 传感器产生信号 同时引入噪声 进而引起测量误差 因此信号调理器必须具备滤波功能 在汽车的电子控制系统中 常用的低通滤波方式有两种 一种是一阶低通滤波 一种是二阶低通滤波 98 信号滤波 例题1 一阶低通滤波电路 求一阶系统的静态 动态参数 如图所示的一阶低通滤波电路 已知R1 R2 R和C求解系统的传递函数和截止频率 99 信号滤波 例题1 一阶低通滤波电路 求一阶系统的静态 动态参数 如图所示的一阶低通滤波电路 已知R1 R2 R和C求解系统的传递函数和截止频率 解 由理想运放的放大倍数得 系统传递函数就是用j 取代s 且令 得出电压放大倍数 式中f0为特征频率 令f 0 可以得出通带放大倍数 当f