汽车传感器小论文.

汽车传感器之车速传感器摘要:汽车电子技术是汽车工业发展的核心技术之一。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,汽车传感器的使用数量和技术水平决定了汽车控制系统的性能。本文主要介绍了汽车传感器的发展、特点,对汽车传感器中的车速传感器的工作原理、分类、应用情况等做了一个详细描述。关键词:车速传感器;磁电式;霍尔式;光电式一、汽车传感器的发展史在20世纪60年代,汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器,它们与仪表或指示灯连接。进入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。今天,传感器有用来测定各种流体温度和压力(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;有用来确定各部分速度和位置的传感器(如车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀(EGR的位置等;还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器;确定座椅位置的传感器;在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器;保护前排乘员的气囊,不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器。面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊,还要增加传感器。二、汽车传感器的特点汽车传感技术是随着汽车电子的发展而发展起来的一种技术。汽车传感器是汽车电子控制系统的输入装置,它把汽车运行过程中的各种工况信息如车速、发动机运转工况等转化成电信号输给中央控制单元,使发动机处于最佳工作状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等信息,进行实时、有效而准确的测量和控制。由于汽车行驶环境中温度和气候条件差别极大,因此要求传感器具有极强的适应能力,能在-40℃一100℃的环境中正常工作。同时,汽车传感器还要经受来自发动机内部的各种干扰,以及行驶过程中的路况引起的振动。因此,汽车工业对传感器的要求极为苛刻,汽车传感器必须具有稳定性和精度高、响应快、可靠性好、抗干扰和抗震能力强、使用寿命长等特点。三、车速传感器车速传感器检测电控汽车的车速,控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速,自动变速器的变扭器锁止,自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号,也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号,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,在汽车上磁电式及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器,在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较广泛采用磁电式传感器来进行车速(VSS、曲轴转角(CKP和凸轮轴转角(CMP的控制,同时还可以用它来感受其它转动部位的速度和位置信号等,例如压缩机离合器等。四、车速传感器分类1磁电式车速传感器磁电式车速传感器是一个模拟交流信号发生器,它们产生交变电流信号,通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。这两个线圈接线柱是传感器输出的端子,当由铁质制成的环状翼轮(有时称为磁组轮转动经过传感器时,线圈里将产生交流电压信号。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲,其形状是一样的。输出信号的振幅(峰对峰电压与磁组轮的转速成正比(车速,信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。传感器磁芯与磁组轮间的气隙大小对传感器的输入信号的幅度影响极大,如果在磁组轮上去掉一个或多个齿就可以产生同步脉冲来确定上止点的位置。这会引起输出信号频率的改变,而在齿减少时输出信号幅度也会改变,发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发电火时间或燃油喷射时刻的。测试步骤:可以将系统驱动轮顶起,来模拟行驶时的条件,也可以将汽车示波器的测试线加长,在行驶中进行测试。波形结果车轮转动后,波形信号在示波器显示中心处的零伏平线上开始上下跳动,并随着车速的提高跳动越来越高。波形显示与例子十分相似,这个波形是在大约30英里/小时的速度下记录的,它又不像交流信号波形,车速传感器产生的波形与曲轴和凸轮轴传感器的波形的形状特征十分相似的。通常,波形在零伏线上下的跳变是非常对称的,车速传感器的信号的振幅随车速增加。速度越快波形幅值就越高,而且车速增加,波形频率也将增加,示波器将显示有较多的波形震荡。确定振幅、频率和形状等关键的尺度是正确的、可重复的、有规则的、可预测的。这是指波峰的幅值正常,两脉冲间的时间不变,形状是不变的且可预测的,尖峰高低不平是因传感器的磁芯与磁组轮相碰所引起的,这可能是有传感器的轴衬或传动部件不圆造成的,尖峰丢失是损坏缺点的磁组轮造成的。不同型式的传感器,其波形的峰值电压和形状有轻微的差异,另外由于传感器内部是一个线圈,所以故障是与温度有关的,在大多数情况下波形会变得短很多,变形也很大,同时还可能设定故障码(DTC,故障在示波器上显示的摇动线束,这可以更进一步确定磁电式传感器是造成故障的根本原因,车速传感器信号输出最常见的故障是根本不产生信号,但如果驾驶汽车时波形是齐直的直线,那么应该先检查示波器和传感器的连线,确定电路有没有对地搭铁,确认零部件能否转动(塑料齿轮有没有咬死等确认传感器气隙是否正常,然后再断定传感器。2霍尔式车速传感器霍尔效应传感器(开关在汽车应用中是十分特殊的,这主要是由于变速器周围空间位置冲突,霍尔效应传感器是固体传感器,它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上,用于开关点火和燃油喷射电路触发,它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。霍尔效应传感器或开关,由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成,一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙,在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器,而没有窗口的部分则中断磁场,因此,叶片转子窗口的作用是开关磁场,使霍尔效应象开关一样地打开或关闭,这就是一些汽车厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称为霍尔开关的原因,该组件实际上是一个开关设备,而它的关键功能部件是霍尔效应传感器。测试步骤:将驱动轮顶起模拟行使状态,也可以将汽车示波测试线加长进行行驶的测试。波形结果当车轮开始转动时,霍尔效应传感器开始产生一连串的信号,脉冲的个数将随着车速增加而增加,与图例相像,这是大约30英里/小时时记录的,车速传感器的脉冲信号频率将随车速的增加而增加,但位置的占空比在任何速度下保持恒定不变。车速传感器越高,在示波器上的波形脉冲也就越多。确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度,频率和形状是一致的,这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压,两脉冲间隔一致,形状一致,且与预期的相同。确定波形的频率与车速同步,并且占空比决无变化,还要观察如下内容:观察波形的一致性,检查波形顶部和底部尖角。观察幅度的一致性:波形高度应相等,因为给传感器的供电电压是不变的。有些实例表明波形底部或顶部有缺口或不规则。这里关键是波形的稳定性不变,若波形对地电位过高,则说明电阻过大或传感器接地不良。观察由行驶性能问题的产生和故障码出现而诱发的波形异常,这样可以确定与顾客反映的故障或行驶性能故障产生的根本原因直接有关信号问题。虽然霍尔效应传感器一般设计能在高至150℃温度下运行,但它们的工作仍然会受到温度的影响,许多霍尔效应传感器在一定的温度下(冷或热会失效。如果示波器显示波形不正常,检查被干扰的线或连接不良的线束,检查示波器和连线,并确定有关部件转动正常(如:输出轴、传感器转轴等。当示波器显示故障时,摇动线束,这可以提供进一步判断,以确认霍尔效应传感器是否是故障的根本原因。3光电式车速传感器光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器,它由带孔的转盘两个光导体纤维,一个发光二极管,一个作为光传感器的光电三极管组成。一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号,光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲。发光二极管透过转盘上的孔照到光电三极管上实现光的传递与接收。转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源,进而触发光电三极管和放大器,使之像开关一样地打开或关闭输出信号。从示波器上观察光电式车速传感器输出波形的方法与霍尔式车速传感器完全一样,只是光电传感器有一个弱点即它们对油或脏物在光通过转盘传递的干涉十分敏感,所以光电传感器的功能元件通常被设计成密封得十分好,但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域,这会引起行驶性能问题并产生故障码。五、汽车传感器的发展趋势现代社会对汽车性能的要求越来越高,促使汽车传感器技术不断发展,今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化,开发新材料、新工艺和新型传感器。1微型化利用微电子机械系统(MEMS技术和计算机辅助设计技术可以设计出低成本、高性能的微型传感器。MEMS的核心技术是研究微电子、微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展,尤其最近10多年的研究与发展,MEMS技术已经显示出了巨大的生命力,此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下,微切削加工技术已经可以生产出具有不同层次的3D微型结构,从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件。2智能化智能化传感器主要包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备等组成部分,是能够执行信息处理和信息存储,而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器相当于是微型机与传感器的综合体,将信号处理和控制电路集成到了单个的芯片中,具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等特点。3多功能化将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器具有体积小巧、能对不同种类的参数进行检测的特点,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。4开发新材料开发新材料是传感器技术的重要基础。半导体和陶瓷材料是早期使用的传感器材料,现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新型材料的出现为传感器的发展开辟了新天地,随着研究的不断深入,将会有更多更新的传感器材料被开发出来。5开发新工艺传感器的功能不仅与其材料有关,还与其加工技术有关,加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。微机械加工技术是近年来随着集成电路工艺发展起来的,它是离子束、电子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术,目前已越来越多地用于传感器制造工艺。随着现代制造技术的发展,将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器的制作中。6开发新型传感器传感器的工作原理是基于各种物理、化学、生物效应和定律,由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料,并以此研制具有新原理的新型传感器。这是发展低成本、高性能、多功能和微型化传感器的重要途径。