传感器在汽车控制中的应用

1、摘 要随着电子技术的发展，现代汽车正朝着高档智能化、电子信息化的方向发展。汽车传感器作为汽车电子控制系统的关键部件，是现代汽车发展的主导与核心。本文主要研究了传感器在汽车发动机控制系统、汽车底盘电子控制系统、汽车防盗系统以及传感器在汽车安全气囊中的应用，从而了解了传感器在现代汽车工业中的重要性，传感器已经成为现代汽车不可或缺的一部分。人们通过传感器了解汽车的一切工作状况，例如车速、油量、发动机工作状态等，然后人们通过传感器表达和反馈的信息作出相应的处理。如压力传感器指示汽车轮胎压力过高就必须对轮胎进行适当的放气，以维持其正常胎压，否则在炎热的夏天极易发生爆胎的危险。可以说传感器就是人们的双眼，

2、它将汽车的各种信息准确地反应给人们，让人们及时了解汽车的工作状况及各种信息，以保证行车安全。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，由于环保、油耗法规的要求不断严格，使发动机越来越复杂，发动机电子控制系统性能就会相应提高，这就要求不断提高传感器的用量和精度。汽车发动机控制用传感器是在发动机产生的热、震动、汽油蒸气以及轮胎产生的污泥和飞溅的水花等恶劣环境下工作的。因此，汽车发动机用传感器与一般传感器相比，其耐恶劣环境的技术指标要高一个数量级。良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的

3、安全性、动力性和舒适性。在动力转向系统中，传感器的控制对象是车轮转向角，通过对车轮转向角的电子控制，达到控制动力转向系统的目的。悬架控制系统中的传感器的工作是对汽车悬挂元件特性进行干预和调节，从而达到实现汽车动力控制的目的。碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。如今，传感器技术开发的重点主要在于低成本和高可靠性上，通过测量各种汽车参数，来确保车辆上的电子系统有效工作，从而提高汽车的动力性、环保性、燃油经济性，与此同时也提高驾乘舒适

4、性和安全性。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。关键词：汽车；传感器；控制；发展目 录引 言传感器是检测和自动控制应用中的首要环节，检测技术通常把测试对象分为两大类：电参量的测量与非电参量的测量。电参量有电压、电流、电阻、功率、频率等，这些参量可以表征设备或系统的性能，非电参量有物理量（如位移、速度、加速度、力、扭矩、应变、振动等）、化学量（如浓度、成分、气体、PH值、温度等）、生物量（酶、组织、菌类）等。过去，非电参量的测量多采用非电测量的方法，如用尺子测量

5、长度，用温度计测量温度等，而现在的非电测量多采用电测量的方法，其中的关键技术是如何利用传感器将非电参量转换为电参量。当今，传感器已广泛用于工业、农业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能建筑和家用电器等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。在我们日常生活中使用着各种各样的传感器，例如电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中的燃料计和速度计等。传感器已经给我们的生活带来了很多便利和帮助。目前传感器涉及的领域包括：现代流程工业、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源

6、调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等。在基础学科研究中，传感器有更突出的地位，传感器的发展往往是一些边缘学科开发的先驱。如宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短时间的瞬间反应，超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极限技术研究。现代流程工业生产尤其是自动化生产过程中质量监控或自动检测，需要用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参数，传感器是自动控制系统的关键性基础器件，直接影响到自动化技术的质量和水平。在航空航天领域里，宇宙飞船飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、压力、磁场、振动等参数的测量都必须由传感器完成，

7、例如，“阿波罗10号”飞船需要对3295个参数进行检测，其中应用了温度传感器559个，压力传感器140个，信号传感器501个，遥控传感器142个。整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体。在机器人的研究中最重要的内容是传感器的应用研究，其中机器人外部传感器系统包括平面视觉传感器和立体视觉传感器；非视觉传感器有触觉、滑觉、热觉、力觉、接近接近传感器等。可以说，机器人的研究水平在某种程度上代表了一个国家的传感器技术和智能化技术的水平。在智能建筑系统中，计算机通过中继器、路由器、网络、网关、显示器，控制管理各种机电设备的空调制冷、给水排水、变配电系统、照明系统、电梯等，而实现这些功能需使用的主要传感器包

8、括：温度传感器、湿度传感器、液位传感器、流量传感器、压差传感器、空气压力传感器等；安全防护、防盗、防火、防燃气泄漏可CCD（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器；自动识别系统中的门禁管理主要受用感应式IC卡识别、指纹识别等方式，这种门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统。传感器在医疗诊断、计量测试、家用电器、环境监测等方面的应用也很多。21世纪是信息技术的时代，构成现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术与计算机技术，在信息系统中它们分别完成信息的采集、信息的传输与信息的处理，其作用可以形象地比喻为人的“感官”、“神经”和“大脑”。人们在利用信息的过程中，

9、首先要获取信息，而传感器是获取信息的重要途径和手段。世界各国都十分重视这一领域的发展，科学家们正在努力实现很多从前无法实现的梦想。1 传感器概述构成现代信息技术的三大支柱主要包括传感器技术、通信技术与计算机技术，它们在信息系统中分别完成信息的采集、信息的传输与信息的处理。人们在利用信息的过程中，首先要获取信息，而传感器则是获取信息的重要手段和途径。将这些信息经过分析处理，可以描述出自然界的面貌，所以传感器是认识、掌握、利用客观世界的重要工具。传感器是获取被研究信息的一种器件或装置，借助这一器件或装置我们可以定量地认识自然现象。1.1 传感器的定义最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变

10、成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC: International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件，而传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声,为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路

11、的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。德国和俄罗斯学者认为传感器应是由两部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分。传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源；无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能量。传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是

12、静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。各种物理效应和工作机理被用于制作不同功能的传感器。传感器可以直接接触被测量对象，也可以不接触。用于传感器的工作机制和效应类型不断增加，其包含的处理过程日益完善。常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉与当代的传感器相比，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功

13、能优越，例如人类没有能力感知紫外或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。针对传感器的工作原理和结构在不同场合均需要的基本要求是：高灵敏度，抗干扰的稳定性(对噪声不敏感)，线性容易调节(校准简易)，高精度，高可靠性，无迟滞性，工作寿命长(耐用性)，可重复性，抗老化，高响应速率，抗环境影响(热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃)的能力，选择性，安全性(传感器应是无污染的)，互换性，低成本，宽测量范围，小尺寸，重量轻和高强度宽工作温度范围。1.2 传感器的分类按不同观点对传感器进行分类：它们的工作原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根

14、据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器两大类。物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应、磁致伸缩现象、离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。根据其用途，传感器可分为：压力敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，能耗传感器，速度传感器，热敏传感器，

15、加速度传感器，射线辐射传感器，振动传感器，光敏传感器，磁敏传感器，气敏传感器等。根据其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。根据应用的材料观点出发可将传感器分成

16、下列几类：按材料的类别分：金属，聚合物，陶瓷，混合物。按材料的物理性质分：导体，绝缘体，半导体，磁性材料。按材料的晶体结构分：单晶，多晶，非晶材料。1.3 传感器的特性在生产过程和科学实验中, 要对各种各样的参数进行检测和控制, 就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量, 这取决于传感器的基本特性, 即输出输入特性。如果把传感器看作二端口网络, 即有两个输入端和两个输出端, 那么传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。1.3.1 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。只

17、考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 （1）线性度 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。 从传感器的性能看, 希望具有线性关系, 即具有理想的输出输入关系。但实际遇到的传感器大多为非线性,如果不考虑迟滞和蠕变等因素, 传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示： y=a0+a1x+a2x2+anxn 其中：a0为输入量x为零时的输出量; a1, a2, , an为非线性项系数。各项系数不同, 决定了特性曲线的具体形式各不相同。 静特性曲线可

18、通过实际测试获得。在实际使用中, 为了标定和数据处理的方便, 希望得到线性关系, 因此引入各种非线性补偿环节。如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理, 从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性。 但如果传感器非线性的方次不高,输入量变化范围较小时, 可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段, 如图1.1 所示, 使传感器输出输入特性线性化。所采用的直线称为拟合直线。 实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度）, 通常用相对误差L表示, 即 其中: Lmax最大非线性绝对误差; YFS满量程输出。 从图 1.1 中可见, 即使是同类传感器, 拟合直线

19、不同, 其线性度也是不同的。 选取拟合直线的方法很多, 用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度最高。 图 1.1 几种直线拟合方法(a) 理论拟合；(b) 过零旋转拟合；(c) 端点连线拟合；(d) 端点平移拟合对于线性传感器, 它的灵敏度就是它的静态特性的斜率, 即S=y/x为常数, 而非线性传感器的灵敏度为一变量, 用S=dy/dx表示。（2）灵敏度 灵敏度S是指传感器的输出量增量y 与引起输出量增量y的输入量增量x的比值, 即K=y/x由此可见，线性传感器其特性的斜率处处相同，灵敏度K是一常数。以拟合直线作为其特性的传感器，也认为其灵敏度为一常数，与输入量的大小无关。（3）迟滞 传感器在正

20、（输入量增大）、反（输入量减小）行程中输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞。 也就是说, 对于同一大小的输入信号, 传感器的正反行程输出信号大小不相等。产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的, 例如弹性敏感元件的弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。 迟滞大小通常由实验确定。迟滞误差H可由下式计算: 其中: Hmax正反行程输出值间的最大差值。（4）重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 重复性误差属于随机误差, 常用标准偏差表示, 也可用正反行程中的最大偏差表示, 即 1.3.2

21、 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。当被测量随时间变化，是时间的函数时，则传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动特性来表示。一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律， 即具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性外，输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。 （1）瞬态响应特性 传感器的瞬态响应是时间响应。在研究传感器的动态特性时, 有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。这种分析方法是时域分析法, 传感器对所加激励信号响应称瞬态响应。常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲

22、函数等。（2）频率响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性, 称为频率响应特性。频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。1.4 传感器的发展趋势1.4.1 高精度为了提高测控精度，必须使传感器的精度尽可能高，例如对于火箭发动机燃烧室的压力测量，希望测试精度有优于0.1%，对超精加工“在线”检测精度高于0.1m，因此需要研制出高精度的传感器，以满足测量的需要。目前我国已研制出精度优于0.05%的传感器。1.4.2 小型化 很多测控场合要求传感器具有尽可能小的尺寸。例如生物医学工程中颅压的测量，风洞中压力场分布的测量等。压阻传感器的出现，使压力传感器在小型化方面取得重大进展。目前我国

23、已有外径为2.8mm的压阻式压力传感器。1.4.3 集成化 集成化传感器有两种类型：一种是将传感器与放大器、温度补偿电路等集成在同一芯片上，既减小体积，又增加抗干扰能力；另一种是将同一类的传感器集成在同一芯片上，构成二维阵列式传感器，或称盾型固态图像传感器，它可以测量物体的表面状况。1.4.4 数字化 为了实现传感器与计算机直接联机，致力于数字式传感器研究是很重要的。1.4.5 智能化 智能传感器是传感器与微型计算机结合的产物，它兼有检测与信息处理功能，与传统传感器相比它有很多特点，它的出现是传感器技术发展中的一次飞跃。2 传感器在汽车行业中的具体应用2.1 汽车传感器的分类汽车传感器在汽车上

24、主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。2.1.1 汽车发动机控制系统用传感器发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，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、气体浓度传感器和爆震传感器等。2.1.2 汽车底盘控制系统用传感器底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。2.1.3 汽车车身控制系统用传感器车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门

25、锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感器；用于保持车距的距离传感器；用于消除驾驶员盲区的图象传感器等。2.1.4 汽车导航系统用传感器随着基于GPS/GIS（全球定位系统和地理信息系统）的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器这几年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。2.2 传感器在汽车发动机控制系统中的应用汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。由于环保、油耗法规的要求不断严格，使发动机越来越复杂，发动

26、机电子控制系统性能就会相应提高，这就要求不断提高传感器的用量和精度，在汽车发动机电子控制系统中，传感器处于十分重要的地位。汽车发动机控制用传感器是在发动机产生的热、震动、汽油蒸气以及轮胎产生的污泥和飞溅的水花等恶劣环境下工作的。因此，汽车发动机用传感器与一般传感器相比，其耐恶劣环境的技术指标要高一个数量级。2.2.1 氧传感器功能：测定发动机排气中氧气含量，确定汽油与空气是否完全燃烧。电子控制器根据这一信息实现以过量空气系数=1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中HC、CO和NOX三种污染物都有最大的转化效率。原理：氧传感器传感元件是一种陶瓷管，外侧通排气，内侧通大气。陶瓷管是一种固

27、态电解质，加热后依靠陶瓷管外壁的催化剂使排气中的各种成份发生化学反应，氧离子可通过陶瓷管扩散，造成管壁内、外侧之间的电势差，即信号电压，该电压与排气中含氧量成正比。特点：抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。冷车运转时的发动机所排放的CO和HC是最多的，这就要求氧传感器尽快起动进入闭环控制状态。NGK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。 2.2.2 压力传感器功能：测量进气歧管绝对压力，提供发动机负荷信息。原理：传感元件由一片硅

28、芯片组成。在硅芯片中蚀刻出压力膜片，定值和整流电路也集成在硅片上。空气压力的改变使膜片受力变形，压阻效应使电阻改变，通过芯片处理后，形成与压力成线性关系的电压信号。该传感器直接安装在进气歧管上，DS-S/TF型还把压力和空气温度传感器组合在一起。特点：重量轻；结构紧凑；采用先进的电子传感技术；占用进气管极小空间。Denso公司开发了一种浸入式高压传感器，这种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挡系统。这些系统的压力变化在220MPa，而传感器可耐压38MPa。这种传

29、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，以形成足够大的油分子通道，实现了外型和元件间封尺寸的优化设计。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。2.2.3 温度传感器功能：测定发动机冷却液或进气温度。原理：传感器内的NTC热敏电阻，其电阻值随着温度上升而减小。冷却液或进气温度的变化引起电阻值的变化，然后通过一个分压电路转换为电压信号送往电子控制器。2.2.4 相位传感器功能：区分1缸的压缩上止点和排气上止点。原理：相位传感器由一个霍尔传感器和一个半圆形的铁磁体组成，铁磁体装在凸轮轴端部。凸轮轴的半转有信号，另半转没有信号。相应地，一个工作循环中，曲轴的一转有信号，

30、另一转没有信号，这就区分了两个不同的上止点。特点：信号质量高，输出电压不受转速影响。直接输出阶跃方波信号，闭合角小，控制精确。结构简单，体积小，重量轻。2.2.5 爆震传感器功能：检测发动机缸体振动情况，以供电子控制器识别发动机爆震情况。原理：爆震传感器是一种振动加速度传感器。它装在发动机气缸体上，可装一只或多只。传感器的敏感元件为一压电晶体，发动机爆震时，发动机振动通过传感器内的质块传递到晶体上。压电晶体由于受质块振动产生的压力，在两个极面上产生电压，把振动转化为电压信号输出。特点：结构牢固、紧凑；测量敏感度高。2.2.6 机油粘度传感器功能：通过测量液体所传递的切变波形来确定粘度。原理：压

31、电振动式粘度传感器的工作原理与振动式粘度计相近振子(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（准确地说是粘度和密度的综合值）。2.2.7 节气门位置传感器功能：提供发动机负荷信息、工况信息。原理：此传感器实际上是具线性输出特性的转角电位计。电位计转臂与节气门同轴安装，当节气门转动时，带动电位计转臂滑到一定的电阻位置，电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。2.2.8 空气质量流量计功能：测量空气质量流量，提供发动机负荷信

32、息。原理：传感器内有加热的传感元件，此传感元件同时构成电桥的一个臂。流过传感器的空气从传感元件表面带走热量，同时改变传感元件电阻，电桥电路与混膜电路配合，对信号进行处理，以提供控制器反映空气质量流量的电压信号。传感元件的独特设计使空气流量的测量不受进气回流的影响。特点：重量轻，成本低，响应迅速，测量精度高，测量结果不受空气密度的影响。2.3 传感器在汽车底盘电子控制系统中的应用良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的安全性、动力性和舒适性。电子控制系统在汽车底盘技术中的应用很好地改善了汽车的主动安全性。常见的底盘控制系统有以下几种：牵引控制、制动控制、悬挂控制和转向

33、控制。用于底盘控制的传感器指的是分布在变速器控制系统、动力转向系统、悬架控制系统、制动系统等中的传感器。汽车底盘的主要功能是让汽车能根据驾驶员的意愿作相应的运动，像加速、减速和转向运动等。驾驶员是通过操纵汽车里的转向盘、油门和制动踏板等元件来表达自己意愿的,相应于这些操纵的执行量是前轮的转向角以及车轮上的驱动力矩或制动力矩,而真正起作用的是轮胎的纵向力和侧向力。影响汽车轮胎力的主要因素有路面的附着系数、车轮的法向力、车轮滑动率和车轮侧偏角。汽车底盘控制设计的基本原理就是在给定了路面附着系数和车轮法向力的前提下，对车轮滑动率和车轮侧偏角进行适当的调整和控制,从而达到间接调控轮胎的纵向力和侧向力的

34、目的,最大限度地利用轮胎和路面之间的附着力,达到提高汽车的主动安全性、机动性和舒适性的目的。汽车底盘的电子控制是一个多系统相互影响,相互作用的复杂系统工程,具体表现如下：(1)同一个控制系统可能会拥有多个执行机构、并对多个变量同时进行控制。(2)同一个控制目标可以由不同的控制系统单独控制或者多个系统共同控制。(3)同一个控制目标同时被不同的控制系统所控制。(4)不同的控制系统可能共用同一传感器或者控制单元。2.3.1 传感器在汽车动力转向系统中的应用在动力转向系统中，传感器的控制对象是车轮转向角,通过对车轮转向角的电子控制，达到控制动力转向系统的目的。常见的动力转向系统有：主动前轮叠加转向系统

35、AFS、主动前轮助力转向系统EPS和主动后轮转向系统RWS。所用的传感器主要有发动机转速传感器、车速传感器、转矩传感器等，通过这些传感器发挥作用，动力转向电控系统在实现转向操纵轻便、提高了响应特性的同时增大输出功率、减少发动机损耗，从而也节省了燃油。所有的动力转向系统EPS、AFS及RWS的工作原理都是由驾驶员发出指令，由传感器感知路面的状况，并以电信号的形式将路面状况通过网络传递给电子控制器及执行器。比如在EPS系统中，这种微机控制的转向助力系统具有部件少、质量小、体积小等特点。在系统工作时，如果我们选择最佳传动比，就可以得到最快的反应：即当汽车调整行驶时，转向速度比就会变小，而转向力度会逐

36、渐增大，这会使汽车方向更稳定、行车更安全。而当以很低的行驶速度驾驶时，转向速度比会变大，此时只需轻轻地小角度打转向盘，车身位移就会发生大幅度变化，这会使得很多工作变得轻松，比如停车入位工作；该系统的特点在于它提高了汽车的转向能力和转向响应特性，同时它也增加了汽车高速行驶时的稳定性和低速行驶时的机动性。另外，由于EPS可根据需要给转向盘施加一个额外力矩,驾驶员可以根据这个力矩的提示信号,才去转向措施，这就是此系统的转向建议的功能。该系统主要有电子控制器、电动机及运动传动机构、电机转速传感器、转向力矩传感器和转向盘转角传感器组成。其它系统也都和EPS系统一样，各自发挥了不可替代的重要的功能。2.3

37、.2 传感器在汽车悬架控制系统中的应用悬架控制系统中的传感器的工作是对汽车悬挂元件特性进行干预和调节，从而达到实现汽车动力控制的目的。工作的时候，系统综合汽车的运动状况和这些传感器检测到的信息，通过计算得出每个车轮悬挂阻尼器的最优阻尼系数,然后作出自动调整车高、抑制车辆姿势的变化等工作指令,从而实现了对操纵稳定性、行车稳定性和车辆舒适性的控制。连续性阻尼控制系统ADC是由4个控制单元、CAN、4个车轮垂直加速度传感器、4个车身垂直加速度传感器和4个阻尼器比例阀组成的。2.4 防盗系统在汽车中的应用基于多传感器信息融合的防盗系统采用模块化结构。系统主要由监测模块、中央处理模块、报警模块、执行模块

38、和通讯模块组成。其中监测模块由多组传感器及信号处理电路构成，用于车况信息的采集，并将采集的数据信号加以处理后传输至中央处理模块。 中央处理模块接收来自各个传感器的信息进行数据融合，处理的结果是将警报分级。中央处理模块根据不同等级的警报触发不同的报警信号和操作，并通过通讯模块将事态判定结果传输给车主；当判定态势严重时，可以控制执行模块直接阻断汽车的点火电路，使汽车不能发动。报警模块接收中央处理模块的指令，利用声音、闪光进行报警。 执行模块以通过通讯模块接收的车主指令为最高优先权，车主可以方便地进行“汽车锁死”、“警报解除”等操作。 利用通讯模块能够实现数据通讯功能。系统将分级的报警信息以短信息形

39、式通过GSM/CDMA网络传递给车主，以提醒车主留意汽车的安全；同时车主可以利用手机短信对汽车进行远程控制。为了能够提取足够的信息，实现对监测目标的准确判断，选择传感器应遵循一些基本原则：合理选择传感器并加以优化组合，以实现系统高精度、低成本的需求；选用不同种类、不同功能的传感器，发挥各个传感器的优势，信息共享，降低虚报、漏报的可能性；选用多个同种类的传感器，合理布局，去除监测死角，提高系统的可靠性。基于以上的分析，选用以下传感器构成防盗系统的监测模块：（1）微波多普勒传感器：利用多普勒效应制成的传感器可以用来探测人体或物体的移动，该传感器在人或物体靠近时接收器接收的频率发生变化，当频率变化至

40、设定值时，可以判断为有人或物体进入防盗系统的预警范围； （2）振动传感器：利用加速度检测器件制成的振动传感器，能够对车体特殊频段的振动进行监测，在车体被外力破坏的情况可以产生警报； （3）倾角传感器：倾角传感器监测车体相对于初始位置是否出现倾角变化，如果这种角度的变化是以特定频率出现或达到设定的阈值，就可以判断为汽车整体被搬运。 （4）热释电红外传感器：热释电红外传感器只对中心波长为910m的红外线辐射敏感，能够检测到人体辐射的红外信息，可以用作人体入侵车内的监测器件； （5）霍尔开关器件：通过霍尔开关器件可以对汽车的车门、发动机舱盖及后备箱盖的非法开启进行监测。 3 汽车用安全气囊碰撞传感器

41、是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。3.1 碰撞传感器的分类电子控制式SRS安全气囊系统采用的碰撞传感器按功能可分为碰撞烈度传感器和防护碰撞传感器两大类。碰撞烈度传感器按安装位置分为前碰撞传感器和中央碰撞传感器，用于检测汽车受碰撞程度。防护碰撞传感器又叫安全碰撞传感器或侦测碰撞传感器。防护传感器与碰撞烈度传感器串联，用于防止SRS气囊产生误爆。碰撞传感器按结构分类可分为机电结合式、电子式和水银开关式。其中机电结合式碰撞传感器又可分为滚球式

42、、滚轴式和偏心锤式碰撞传感器。机电结合式碰撞传感器的工作原理是利用机械运动控制电器触点动作，再由触点的断开与结合控制气囊电路的通断。电子式碰撞传感器目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。电子式碰撞传感器没有电器触点，在发生碰撞时应变电阻发生变形，使电阻发生变化，传感器输出信号电压发生变化，当电压值超过预定值时，气囊被触发；或者压电晶体在碰撞时发生变化而使输出电压变化，当变化的电压达到预定值，气囊被触发。水银开关式碰撞传感器是利用水银导电的特性控制气囊电路的通断。碰撞传感器的作用是检测汽车在发生碰撞时的减速度或惯性力，并将信号输人SRS气囊系统的电子控制装置。3.2 碰撞传感器的安装在SRS安

43、全气囊系统中，一般安装使用34只碰撞传感器，一般被安装在车身两侧的前翼子板内侧，或者安装在前照灯支架下面、发动机散热水箱支架左右两侧。安全碰撞传感器安装在驾驶室仪表板和手套箱的下方。前碰撞传感器有23只，在车身的左前部和右前部分别安装一只，称为左前碰撞传感器和右前碰撞传感器。日本马自达轿车将前碰撞传感器称之为D碰撞传感器或第一碰撞传感器。在车身前部中央位置的碰撞传感器称之为中央碰撞传感器。丰田车系左、右碰撞传感器分别安装在车身前部左、右翼子板内。本田轿车也有将前部两个碰撞传感器安装在左、右前照灯支架下面。林肯城市、凯迪拉克、沃尔沃、尼桑无限和马自达轿车左前、右前碰撞传感器分别安装在发动机散热水

44、箱支架左、右两侧。马自达和尼桑轿车的中央碰撞传感器安装在发动机散热器支架的中央。丰田汽车将中央碰撞传感器与SRS电脑安装在一起，而SRS电脑则安装在驾驶室变速杆前或后的装饰板下面。防护碰撞传感器也称之为防护传感器，丰田汽车公司称作侦测传感器，本田汽车公司将其称之为触发传感器或触发开关，马自达汽车公司称为S碰撞传感器或第二碰撞传感器。防护碰撞传感器一般与SRS电脑安装在一起，安装在驾驶室中央变速杆前、后的装饰板下面。前碰撞传感器用于检测碰撞程度，其信号供电脑判定是否引爆点火剂而给气囊充气。当以车速40km/h左右撞到一辆静止或同样大小的汽车上时，前碰撞传感器会动作，使气囊打开。防护传感器或称安全

45、传感器，它的作用是防止前碰撞传感器短路造成气囊误打开，它的信号供电脑确定是否发生碰撞。当SRS电脑连接的连接器端子短路时，由于防护传感器的作用，触点不闭合，会使气囊电路始终断开着，从而可避免气囊误爆。在一般情况下，防护传感器动作所需的惯性力或减速度值比前碰撞传感器动作所需的惯性力或减速度值要小。当防护传感器动作时，是将SRS点火器的电源电路接通，使气囊引爆。3.3 碰撞传感器检查注意事项1.在检查SRS安全气囊系统部件之前，应先关闭点火开关，拔下SRS系统熔断器，防止SRS系统电路触点误触。2.SRS安全系统电器零件均一次性使用，绝不能修复碰撞传感器，左前和右前碰撞传感器更换时应同时更换。在更

46、换碰撞传感器时，应使用新品，不能使用其他不同型号车辆上的零部件。3.在检修汽车其他系统时，应特别注意SRS系统电路连线是用黄色导线与其他系统电线相区别，在检修之前应关闭点火开关，拔下SRS系统熔断器，防止SRS系统带电。4.安全气囊系统的水银开关式防护传感器在更换后，不能随意扔掉，因为水银有毒，应作有害物品处理。5.当碰撞传感器摔碰或其壳体、支架、导线连接器有损伤时，应当更换新件。6.前碰撞传感器和SRS系统的其他部件不能放在太阳下暴晒或接近火源。7.在SRS系统的零部件表面均标有标牌或注意事项，使用时应遵照执行。8.碰撞传感器的动作有方向性，安装时应注意传感器壳体上的箭头的指向，一定要按规定

47、方向安装。日本尼桑和马自达汽车使用说明书规定指向汽车后方。丰田汽车前碰撞传感器安装时则要求传感器壳体上的箭头必须指向汽车前方。9.前碰撞传感器的定位螺栓和螺母必须经过防锈处理，拆卸或更换前碰撞传感器时，必须同时更换螺栓和螺母。10.前碰撞传感器的导线连接器装有电路连接诊断机构。安装连接器时，插头和插座应当插牢固。当连接器插头与插座未插牢时，自诊系统会检测出来，视为故障，并将以故障码的形式存入存储器中。4 汽车用传感器的发展趋势4.1 汽车用传感器的市场分析汽车技术的电子化、集成化、智能化发展，使得传感器扮演着日益重要的角色。与此同时，汽车排放以及安全法规的日趋严格，也推动了整个汽车传感器市场的

48、发展。如今的汽车，各种先进技术和系统的使用量正日趋增多。尤其是豪华车，装载了各种先进的安全和驾驶员辅助技术，如停车辅助、车道偏离警报、盲点警告和驾驶员注意力分散警告系统等。先进的动力传动系统也需要更多的传感器来识别发动机和变速器的工作情况，从而增加传动系统的动力输出、降低排放，使车辆具有较好的燃油经济性。混合动力和纯电动车也需要传感器系统来监测电机的运行状态，从而获得最佳的动力。如今，传感器技术开发的重点主要在于低成本和高可靠性上，通过测量各种汽车参数，来确保车辆上的电子系统有效工作，从而提高汽车的动力性、环保性、燃油经济性，与此同时也提高驾乘舒适性和安全性。未来，新的汽车传感器技术将主要聚焦

49、于如何提高传动系统的效率上。比如，缸内压力传感器可用来监测发动机燃烧循环，并给予发动机管理系统直接的反馈，从而精确地控制燃烧过程。气缸压力传感器的典型应用是：用在柴油车上以减少微粒和NOx的排放；用在HCCI汽油发动机上，可获得燃烧控制所需的精确的燃油测量。气缸压力传感器在美国市场尤为重要，因为柴油十六烷值的变化可影响燃烧过程。混合动力和电动车也通过使用传感器技术来扩大行驶里程及蓄电池寿命，如使用电机速度传感器、电池流量传感器和温度传感器。传感器技术研发的一个关键是，如何应对汽车行业严苛的环保要求，提供一个好的解决方案。同时，传感器也必须尺寸更小，重量更轻。在满足这些需求的同时，传感器供应商还

50、必须控制好成本，以应对整车生产商及系统供应商不断提出的降成本的要求。未来，硅半导体传感器在汽车上的应用有增长的趋势。这主要基于以下几个原因：硅半导体传感器性能的增强，在现有技术上增加了动态范围和长效稳定性，如可变磁阻(VR)、机电加速度计和位置监测装置等；传统半导体的批次作业使得硅传感器低成本、大批量生产成为可能；机电一体化系统对于集成化和小型化需求的增长；半导体技术的进步，使得硅传感器可以在高温环境，以及发动机罩下工作；传统传感器结构的改变；半导体设计的集成化和数字输出处理所带来的性能、尺寸、成本的优化。根据Strategy Analytics的预测，硅传感器在汽车市场的需求量，其

51、复合平均年增长率(CAAGR)为7.6%，预计将从2008年的21亿美元，增长至2013年的31亿美元，并且到2016年时达到35亿美元。作为车辆与外界环境的接口，传感器在汽车上的应用正不断增多，通常一辆高级轿车上装有多达100个，甚至更多的传感器。根据应用的不同，汽车传感器主要可分为三大类，即用于动力传动系统的传感器、用于安全系统的传感器、用于提高车辆舒适性和便利性的传感器。传动控制和发动机管理系统的压力传感器，以及用于燃油直喷和共轨系统的高压传感器，是动力传动应用的典型例子。安全系统也有大量的传感器应用，比如用于车辆动力学控制的高压和偏航率传感器、用于助力转向的扭矩传感器、用于安全气囊系统

52、和ABS(防抱死制动系统)的加速传感器，以及用于防侧翻的偏航率传感器等。用于导航系统的偏航率传感器和用于空调系统的空气质量传感器则归入舒适性应用的范畴。目前汽车上使用的传感器大多采用MEMS(微电子机械系统)技术制造，这种传感器的核心是一个在晶片上加工出的纳米级的微机械结构，它将物理信号转换成电信号。微机电传感器主要用于测量压力、加速度、角速度和气流。微机电传感器是高级发动机管理系统和其它驱动系统组成的关键组件，在提高燃油经济性和降低排放方面起着非常重要的作用，如用于发动机和传动控制单元的压力传感器，以及进气系统中的空气流量传感器。微机电技术在安全系统中亦起着重要作用。高加速度的加速度计被大量

53、应用于被动安全系统，用于主动安全系统的偏航率传感器和低加速度加速计在欧洲普及率很高，在美国则是强制安装的。在发达国家，车辆的个性化和人性化设计已成趋势，这使得车辆的舒适性和便利性变得越来越重要。然而在这一领域的应用并没有相应的法规，基于微机电技术的产品的增长率将主要取决于终端消费者的接受力和购买意愿。因此，市场的拉动比技术推动更加重要。混合动力车和替代燃料的出现，将会给微机电技术产品开辟新的市场。然而，有些替代驱动概念如氢燃料可能需要经过长达十年以上的时间，才能获得大的市场份额，因此从短期来看对传感器市场并不会产生太大的影响。 4.2 汽车用传感器发展趋势由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS(微电子机械系统)，微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐成熟，可以制作各种敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于ME