汽车传感器在现代汽车上的应用

汽车传感器在现代汽车上的应用 一、概述 现代汽车正向着人类需求的安全,舒适,方便,无污染的方向发展.电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素,汽车动力性能,操纵性能,安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高,都将依赖于机械系统及结构和电子产品,信息技术的完美结合,电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化.现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入一个有本质性提高的新阶段,其中最有代表性的核心器件就是传感器.由于传感器在电控系统中的重要性,所以从某种意义上说,先进汽车的竞争即是传感器的竞争.传感器作为汽车电控系统的关键部件,其优劣直接影响到系统的性能.目前,普通汽车上大约装几十到近百只传感器,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安全控制系统中. 二、发动机控制用传感器 发动机用传感器有很多种,由于发动机工作在高温,振动,冲击,潮湿以及蒸汽,盐雾,腐蚀和油泥污染的恶劣环境中,因此它们的耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器.否则,由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作.发动机用传感器主要包括温度传感器,压力传感器,流量传感器,位置传感器,氧传感器,爆震传感等.这类传感器是整个车用传感器的核心,利用它们可提高发动机动力性能,降低油耗,控制排放等. 2.1 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,催化温度等,将它们转变成电信号,从而控制喷油嘴针阀开启时刻和持续时间,以保证供给发动机最佳混合气并达到排气净化效果等.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的精度较高,但响应特性差;热敏式传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适用温度较低;热电偶式传感器的精度高,测温 .。 范围宽,但需考虑放大器和冷端处理问题 2.2 压力传感器。主要检测气缸负压,从而控制点火和燃料喷射;检测大气压,从而控制爬坡时空燃比;检测气缸内压,从而控制点火提前角;检测废气再循环流量,发动机油压,制动器油压,轮胎空气压力等等,并对相关量作出反应.车用压力传感器目前应用较多的有电容器式,压式,差动变压器式,表面弹性波式. 2.3 位置传感器。节气门位置传感器安装在节气门上,用来检测节气门的开度.它通过杠杆机构与节气门联动,进而反映发动机的不同工况.此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元(ECU),从而控制不同的喷油量.曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器,是计算机控制的点火系统中最重要的传感器,其作用是检测上止点信号,曲轴转角信号和发动机转速信号,并将其输入计算机,从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。 2.4 氧传感器。氧传感器是气体浓度传感器的一种,主要用于车体内 气体检测和废气排放,通过检测汽车尾气中氧含量,检测排气中空燃比,向供油系统发出负反馈信号,以修正喷油脉冲,使空燃比调整到理论值,以达到理想的排气净化效果。 2.5 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.空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决定喷油的基本信号之一.实际应用的产品主要有卡尔曼旋涡式,叶片式,热线式.卡尔曼式无可动部件,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检测燃料流速,以计算汽车燃油消耗量,产品主要有水车式,球循环式.2.6 爆震传感器.爆震传感器可以通过检测汽缸压力,发动机机体振动和燃烧躁声三种方法来检测发动机的振动,并根据检测到的爆震信号适当调整点火时刻.目前采用的有共振型和非共振型两大类。 三、传感器在汽车底盘电子控制系统的中的应用 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,制动系统中的传感器,它们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,主要应用于以下几个方面: 3.1 悬架系统控制用传感器.是通过对汽车悬挂元件特性进行干预和调节来实现的汽车动力学控制.连续性阻尼控制系统ADC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.系统根据汽车运动状况和这些传感器检测到的信息计 算出每个车轮悬挂阻尼器的最优阻尼系数,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。 3.2 动力转向系统用传感器.系统是通过对车轮转向角的电子控制来实现的,常见的系统有主动前轮助力转向系统ESP,主动前轮叠加转向系统AFS和主动后轮转向系统RWS.用到的传感器主要有车速传感器,发动机转速传感器,转矩传感器等,利用这些传感器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.无论是ESP,AFS还是RWS,其原理都是由驾驶员操纵指令,由传感器感知路面的状况,以电信号的形式由网络传递给电子控制器及执行器.下面以EPS为例,说明传感器的作用.传统的动力转使驾驶员操纵轻便,减少路面对转向盘的冲击,同时转向盘也具有回正作用.EPS可以更好地满足要求.特别是在驾驶员操纵轻便方面能灵活地调节助力大小.主要组成有电子控制器,电动机及运动传动机构,电机转速传感器,转向盘转角传感器和转向力矩传感器.由于EPS可按需要给转向盘施加一个额外力矩,这个力矩可以用于驾驶员的提示信号,实现转向建议的功能。 3.3 制动和驱动的电子控制系统。汽车防抱死制动系统ABS.防抱制动传感器主要是利用车轮角速度传感器,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,确保车辆操纵性和稳定性.在该系统里轮速传感器是ABS十分重要的部件.它要向ECU及时地提供可靠精确的车轮转速.传感器有电磁式,霍尔式,磁阻式。牵引力控制系统TCS.当汽车驱动轮的驱动力矩过大时,驱动轮会相对地面作滑转运动. 一般希望驱动轮的滑转率不要超过20%.这种对驱动轮滑转进行控制的系统称为TCS系统.它是在ABS的基础上发展起来的.在绝大多数汽车里,TCS和ABS共用一个ECU,它们根据传感器输入的信号,来识别和判断汽车的行驶状况。汽车动力学电子稳定系统ESP.ESP是通过调节车轮纵向力大小及匹配来控制汽车的横摆运动,使汽车具有良好的操纵性和方向的稳定性的主动安全系统.ESP的基本原理是通过传感器和运算逻辑来识别驾驶员对汽车的期望运动状态.为了识别驾驶员对汽车的期望和得知汽车的实际运动状态,ESP系统需要比ABS和TCS更多的传感器.它们是转向盘传感器,汽车横摆角速度传感器,横向加速度传感器和制动主缸的液压传感器。 四、未来汽车传感器的发展 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.如雷达,视频传感器,遥感勘测传感器,液态媒介条件下的传感器,浸入式高压传感器等正在开发,应用和完善之中,必将为汽车走向安全,舒适,经济起到越来越重要的作用.