第1章汽车传感器概述

1汽车传感器授课：程登良联系:[e-mail]办公室5401总学时40H，其中理论30H实验10H参考教材：《汽车传感器的检测》贺建波贺展开主编，机械工业出版社《汽车传感器识别与检测图解》宋福昌等编，电子工业出版社2第一章汽车传感器概述汽车传感器3概述第一节汽车传感器的使用范围第二节汽车传感器的分类4概述汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器是汽车仪表系统和电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件。现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。据统计，目前一般轿车上大约有几十只传感器，高级轿车有一百多个传感器，而豪华轿车上多达二百余只传感器，每年全球的车用传感器需求量将达到十多亿只。汽车传感器工作机理通常是利用物理、化学的原理和效应，如磁电效应、霍耳效应、压电效应、光电效应、光敏电阻效应、电致发光、热电效应、热电阻效应等5第一节汽车传感器的使用范围一、用于汽车指示仪表系统微处理器A/DA/D存储器D/A车速传感器油箱传感器D/A车速表燃油液位指示仪表例车速表及燃油液位指示仪表目的：用于了解汽车工作状况。6•车速里程表•发动机转速表•机油压力表•气压力表•燃油表•冷却液温度表汽车上常用的仪表有：这些仪表通常与各种信号灯一起安装在仪表板上，称为组合仪表。7例老式磁感应式车速里程表由变速器经软轴驱动。8仪表驱动软轴9组成：传感器、信号处理电路、车速表和里程表。例电子式车速里程表10二、用于汽车电子控制系统给定值传感器A/D转换器D/A转换器执行机构被控对象控制器被控参数微型计算机电子控制系统的基本框图汽车电子控制系统主要由传感器、电子控制器(ECU)、执行机构和程序软件等部分组成，与汽车的机械、动力、安全等系统配合使用。目的：控制汽车运行状态。11汽车电子控制系统大体可分为如下几个部分：1.传动系统与操纵控制系统；2.安全控制系统；3.辅助控制系统；4.总线控制与车辆局域网系统。1.发动机控制系统；2.底盘控制系统；3.电子安全系统；4.信息通讯系统。其中，前两种系统与汽车的行驶性能有直接关系，而后两种系统与汽车的安全性、方便性相关。汽车电子控制系统也可以划分为：三、汽车电子控制系统121.发动机控制ECU空气流量计发动机转速传感器节气门位置传感器冷却水温传感器进气温度传感器曲轴位置传感器车速传感器爆震传感器氧传传感器启动信号空调开关传感器控制系统电子燃油喷射电子点火控制怠速控制故障自诊断排放控制其它辅助控制I/O输入回路CPU存储器A/D输出回路增压控制进气控制13发动机控制的子系统空气流量计节气门体喷油器控制单元ECU空气消声器气油泵气油电控燃油喷射工作演示14例：桑塔纳2000轿车发动机汽油喷射系统油箱汽油泵燃油滤清器压力调节器电控单元ECU冷起动阀节气门开关节气门辅助空气阀油压调节器喷油器燃油分配器空气温度传感器氧传感器曲轴转角传感器转速传感器空气流量传感器水温传感器15转速I/OCPU曲轴位置负荷爆震温度I/O信号预处理A/D转换RAMROM点火线圈点火控制装置火花塞电子控制点火系统的基本组成16电子控制点火系统(ESA)的框图传感器ECU执行器17(2)电控点火系统(ESA)(1)电控燃油喷射系统(EFI)1)喷油量控制、2)喷油正时控制3)怠速控制(ISC)4)冷起动喷油控制5)断油控制主要控制项目：EFI与ESA的主要传感器：空气流量计进气温度传感器发动机转速传感器曲轴位置传感器冷却水温传感器节气门位置传感器爆震传感器氧传传感器1)点火提前角控制2)闭合角控制3)爆燃控制主要控制项目：18怠速控制(3)怠速控制(ISC)19例丰田汽车发动机控制系统(TCCS系统)20(4)进气增压控制谐振增压控制系统21奔驰SLK（R171）新发动机所采用的进气歧管长度可变的机构采用了一个控制阀来控制进气管的长度，这是目前主流的进气歧管长度可变机构的设计。22可变气门正时(VVT,VariableValveTiming)(5)进气正时控制23(6)发动机排放污染控制1.起动开关传感器4.水温传感器2.怠速开关3.曲轴位置传感器废气再循环控制系统(EGR)24联合信息传感系统中央处理器ECU悬架控制传动控制制动控制驱动控制转向控制其它系统车辆动力性车辆经济性车辆稳定性车辆安全性车辆操纵性车辆舒适性其它性能一体化底盘控制系统2.底盘控制实现25(1)电控自动变速器(ECT)节气门位置传感器转速传感器26自动变速器电子控制系统27无级变速CVT28(2)防抱死制动系统(ABS)29(3)驱动防滑转控制系统(ASR)ABS与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现滑移率控制。现代车辆ABS/ASR系统将ABS与ASR控制实现资源共享、互为补充，形成ABS/ASR综合控制系统。ECU轮速信号节气门信号制动踏板信号加速踏板信号轮缸压力调节器节气门开度调节器指示信号发动机车轮驾驶员30(4)电控动力转向(ECPS)31(5)电控悬架传感器：车身加速度、位移；车速；转角等传感器32(6)巡航控制(CC)CCS可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。巡航控制系统又称为巡航行驶装置、速度控制系统、自动驾驶系统。1）车速传感器：专用于CCS的车速传感器一般安装在汽车变速器输出轴上。2）节气门传感器：节气门传感器CCS与EFI共用。3）节气门控制摇臂传感器：是CCS专用的传感器。其作用是对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号，目前应用较多的是滑线电位计式。33通过自动控制制动和加速来保证一定的车距。旧巡航控制系统只能按设定的车速保持一个速度，而主动巡航控制统则利用雷达或其他监测设备扮演司机的角色，前方慢，后方也减速。系统自动保持预先设定的与前车的安全距离。主动式巡航控制系统34丰田PRIUS轿车巡航控制系统巡航控制系统按钮353.安全行驶控制(1)安全气囊系统(SRS)安全气囊系统一般由传感器、电控单元(ECU)、气囊模块、监控装置、储备电源等组成。传感器包括：碰撞传感器检测汽车的碰撞，安全传感器防止气囊误胀开。传感器ECU气体发生器气囊PSB：安全带预紧装置DAB：驾驶员气囊PAB：是乘员气囊36双气囊系统37多气囊系统38(2)防撞系统汽车行驶中，当两车的距离小到安全距离时，即自动报警，若继续行驶，则会在即将相撞的瞬间，自动控制汽车制动器将汽车停住。1)行车防撞控制系统传感器39测距范围：可达150米的,车速的调节范围：从30km/h到180km/h。德尔福(TRW)77-GHz雷达测距系统402)倒车防撞报警系统倒车雷达：又称泊车辅助系统，汽车倒车时，显示车后障碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。采用超声波测距，当超声波遇到障碍物时产生回波，传感器接收到回波信号后经控制器处理，判断障碍物位置。1.工作原理41由超声波传感器、电子处理单元、报警装置等组成。2.组成42超声波传感器（探头）43超声波探头安装4445随动转向大灯在转向时不断对大灯进行动态调节，保持与汽车的当前行驶方向一致，以确保对前方道路提供最佳照明，增强了黑暗中驾驶的安全性。前照灯的自动开关、自动调光系统、随动转向大灯(3)前照灯控制464.信息系统汽车电子仪表为了使驾驶员能够掌握汽车及各系统的工作情况，在汽车驾驶室内的仪表板上装有各种指示仪表、指示灯及各种报警信号装置。(1)信息的显示与报警47(2)语音提示(3)车辆定位与导航GPS卫星接收GPS定位信号与监控中心进行数据交换汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南GPS48495.舒适性系统(1)电控自动空调汽车空调自动控制系统示意图50(2)电控座椅该装置是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物，它通过传感器感知乘坐人员的体态，并使座椅状态与之相适应，满足乘客的舒适性要求。5152(3)电动门窗控制驾驶席防夹电动门窗536.安全防盗为了防止驾驶员离开汽车后汽车被盗，汽车上都装有如下常用安全防盗装置。转向锁、燃油切断装置、蓄电池接线柱断路装置、点火系统关断装置、电子报警器、机械防盗锁、子控制防盗系统GPS车载定位防盗系统能对汽车进行实时监控、自动实时定位，追踪，车的方向，车的速度，还可以对车辆实时追踪保留车辆三个月行车路线。GPS车载定位防盗系统54GPS车载定位防盗系统55第二节汽车传感器的分类能够接受规定的被测量，并按一定的规律转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。转换元件：传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量转换为电量的部分。1.国家标准GB7665-87对传感器的定义是：敏感元件：传感器中能直接感受或响应被测量的部分。被测量：汽车传感器的被测量通常为：力学量、热力学量和部分化学量、电学量。56力学量热力学量其它检测量单位检测量单位检测量单位位置或位移M温度KC气体成分mol速度m/s气体浓度mol压力KPaMPa加速度m/s2电流A转角或角位移rad流量kg/sm3/s转速r/min真空度Pa力N转矩N·m湿度爆震Pa汽车传感器的被测量571.汽车传感器的分类(1)按能量关系分类主动型：传感器无需外加输入电源。如：磁电、热电、压电、光电等。被动型：传感器需外加输入电源。如：电阻、电容、电感、磁阻、热阻等。(2)按信号转换分类非电量转换成另一种非电量，如：弹性敏感元件、气动传感器非电量转换成电量，如：热电阻、热电偶、压电式。58(4)按工作原理分类有电阻式、电容式、电感式、应变式、光电式、光敏式、压电式、热电式等。(6)按使用功能分类分为用于了解汽车工作状况；用于控制汽车运行状态；(3)按输入量分类(5)按输出信号分类输出量有模拟量和数字量两类传感器。汽车传感器种类很多，实际应用一般按传感器输入量，即传感器的被测量分类。如温度、压力、转速等。59传感器检测工况或参数位置传感器排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液面位置、汽车高度、海拔高度等。转角传感器节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转角等。转速传感器检测曲轴转速、车轮转速等。速度加速度传感器检测车速（绝对值）、加速度。力学量传感器在汽车上的应用60热力学量传感器在汽车上的应用传感器检测工况或参数温度传感器冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气口和排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。压力传感器进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压力、自动变速器油压、大气压力等。流量传感器吸入空气流量、燃油流量、废气再循环流量、制冷剂流量等。液量传感器燃油量、冷却液量、机油量、制动液量等。气体浓度传感器氧气、二氧化碳、NOx、HC、柴油烟度。61汽车传感器工作环境高温、低温、振动、冲击、潮湿、蒸汽、盐雾、腐蚀、油泥污染。2.汽车传感器的性能要求1）环境的适应性；2）工作的稳定性和可靠性；关键是可靠性；3）检测的精度和重复性；4）小型化、便于安装、易于检测识别；5）具有批量生产和通用性、符合有关标准。汽车传感器的性能要求623.汽车传感器的选用原则指标传感器指标定义量程被检测量上限和下限的代数差。灵敏度输出变化值与被测量的变化值之比。分辨率检测出被测量的最小变化值。误差检测值与被测量的真实值之差。重复性重复测量时，测量结果的一致性。过载允许检测被测量的最大值。可靠度规定条件下，传感器正常工作的可能性。线性度输入/输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。响应时间接受阶跃输入信号，传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数(如95％)时所需的时间。63低油位报警器油位传感器部分汽车传感器的实物图片64水温传感器汽车用压力传感器65热膜式汽车空气流量传感器热线式汽车空气流量传感器66节气门阀体总成节气门位置传感器67凸轮轴传感器曲轴位置传感器68汽车氧传感器69汽车爆震传感器汽车超声传感器70传感器技术的发展趋势1.多功能化一个传感器可实现多个不同种类多个参数的检测。3.集成化IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。4.智能化指传感器与大规模集成电路结合，带有CPU，具有智能功能，以减少ECU的复