汽车传感器概述PPT课件

1、第1页/共105页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

2、感器、姿态传感器第2页/共105页二、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。第3页/共105页三、汽车传感器的要求(1)(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)(2)有较高的工作稳定性及可靠性。(3)(3)再现性好。(4)(4)具有批量生产和通用性。(5)(5)要求小型化，便于安装使用，检测识别方便。(6)(6)应符合有关标准要求。第4页/共

3、105页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 第5页/共105页发动机控制用传感器的技术指标 第6页/共105页四、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（-50120），而它的输出电压值要求为05V，所以选择其灵敏度为5V/170。第7页/共105页分辨率的选择。 分辨率表示传感器可能检测出的被测信号的最

4、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。第8页/共105页重复性的选择。 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

5、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。第9页/共105页可靠度的选择。 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

6、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。第10页/共105页五、汽车常用传感器第11页/共105页第12

7、页/共105页空气流量计的类型空气流量计的类型空气流量传感器又称为空气流量计（空气流量传感器又称为空气流量计（AFMAFM），用于），用于测量发动机吸入的空气量。测量发动机吸入的空气量。空气流量计的作用空气流量计的作用、空气流量计、空气流量计第13页/共105页空气流量计的安装位置空气流量计的安装位置第14页/共105页 作用 进气歧管绝对压力传感器用进气歧管绝对压力传感器用于于D D型汽油喷射系统。它在汽油喷型汽油喷射系统。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相似。进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态测传感器根据发动机的负

8、荷状态测出进气歧管内绝对压力（真空度）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转速信号一起输送到电控单元（ECUECU），），作为确定喷油器基本喷作为确定喷油器基本喷油量的依据油量的依据。2 2、进气压力传感器、进气压力传感器第15页/共105页 类型 表面弹性波式电容式频率型膜盒传动的可变电感式或称电阻应变计式半导体压敏电阻式电压型进气歧管压力传感器第16页/共105页 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

9、进气管膨胀箱上。（Jetta2V） 第17页/共105页3 3、油压、液压传感器、油压、液压传感器共轨压力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）。第18页/共105页储油箱压力传感器储油箱压力传感器油箱油气压力传感

10、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。 机油压力传感器机油压力传感器第19页/共105页变速器油压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 第20页/共105页4、发动机温度传感器发动机冷却液温度传感器发动机冷却液温度传感器检测发动机检测发动机冷却水温度，向冷却水温度，向ECUEC

11、U输入温度信号输入温度信号, ,作为燃油喷射和作为燃油喷射和点火正时的修正点火正时的修正信号。信号。作用作用第21页/共105页安装位置第22页/共105页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。第23页/共105页安装位置 安装在空气流量传感器内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进气压力传感器内安装在空气滤清器之后的进气软管上安装在空气滤清器之后的进气软管上第24页/共105页5、节气门位置传感器 作用作用 是将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电是将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输入信号输入ECUECU。ECU

12、ECU根据节气门位置信号判别发动机的工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。间。 类型类型 线性可变电阻式线性可变电阻式触点开关式触点开关式综合式综合式第25页/共105页第26页/共105页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、

13、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。 第27页/共105页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）第28页/共105页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，。 第29页/共105页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

14、提前角保持最佳值. 第30页/共105页第31页/共105页安装位置 安装在发动机缸体上 安装在火花塞上 第32页/共105页9、排气净化用传感器氧传感器氧传感器 通过监测尾气中氧的通过监测尾气中氧的浓度来获得混合气的空燃浓度来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变比信号，并将该信号转变为电信号反馈给控制单元，为电信号反馈给控制单元，调整喷油量，从而实现发调整喷油量，从而实现发动机的闭环控制，改善发动机的闭环控制，改善发动机的燃烧，减少有害气动机的燃烧，减少有害气体的排放、节约燃油。体的排放、节约燃油。作用作用第33页/共105页氧传感器安装在排气管上氧传感器安装在排气管上 第34页/共105

15、页氧传感器外形与安装位置1排气管 2氧传感器第35页/共105页废气再循环位移传感器废气再循环位移传感器第36页/共105页EGR EGR阀中有一与其做成一体的EGR阀位置传感器（EVP Sensor），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5

16、V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。第37页/共105页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第38页/共105页NOX传感器第39页/共105页排气温度传感器排气温度传感器第40页/共105页EGR温度传感器EGR温度传感器第41页/共105页10、电控自动空调系统传感器第42页/共105页(1)内部温度传感器v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第43页/共105页(2

17、)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第44页/共105页(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第45页/共105页(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第46页/共105页(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第47页/共105页(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

18、便在新鲜空气和循环空气之间切换第48页/共105页(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。第49页/共105页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第50页/共105页冷却剂流量传感器安装在储液干燥器和膨胀阀之间，用于检测制冷剂流量，将其变化量变成电信号，输送给空调ECU。 冷却剂流量传感器第51页/共105页压缩机锁止传感器是一种磁电式传感器，安装在压缩机内，检测压缩机转速。压缩机锁止传感器第52页/共105页烟雾浓度传感器检测车内烟雾程度，ECU根据该信息

19、自动开启和关闭空气交换器，保持车内空气新鲜。烟雾浓度传感器第53页/共105页湿度传感器用于汽车风窗玻璃的防霜和车内相对湿度检测。湿度传感器湿度传感器第54页/共105页液位传感器用于检测各种容器液体的位置，将其变成电子信号送给ECU。液位传感器结构形式主要有浮子舌簧开关式、热敏开关式、可变电阻式、电极式（测量蓄电池）等。11、液位传感器液位传感器第55页/共105页燃油液位传感器冷却液液位传感器制动液液位传感器洗涤液液位传感器蓄电池液位传感器液位传感器第56页/共105页燃油液位传感器第57页/共105页液位传感器原理第58页/共105页增压压力传感器安装在增压发动机上，检测涡轮增压器的工作

20、，以便ECU发出指令，修正喷油脉冲及控制增压压力的大小。12、增压压力传感器BOSCH增压压力传感器第59页/共105页第60页/共105页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。第61页/共105页海拔高度传感器提供海拔高度信息，以便适时调整发动机喷油量。14、海拔高度传感器每升高12m大气压减少133Pa 第62页/共105页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

21、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。第63页/共105页齿杆位置传感器 齿杆位置传感器用在电子控制直列喷油泵喷射系统中，检测油量齿杆的位置。喷油提前角传感器 喷油提前角传感器安装在电子提前调节器上，用于提供电子控制直列喷油泵系统的喷油提前信息。15、电子控制直列泵用传感器第64页/共105页控制套筒位置传感器 控制套筒位置传感器用在电子控制分配泵喷射系统中，检测控制套筒的位置。溢油环位置传感器 溢油环位置传感器安装在位置控制式电子控制分配泵喷射系统中，向ECU提供溢油环位置信

22、息，用于控制喷油终点时刻。16、电子控制分配泵用传感器第65页/共105页相对位置传感器，可用来测量控制套筒和溢流环的位置等。 相对位置传感器第66页/共105页分配泵转角传感器安装在电子控制分配泵上，用于提供分配泵轴转角信息。分配泵转角传感器第67页/共105页旋转运动传感器，可用于测量转角信息。 旋转运动传感器第68页/共105页轮速传感器用于检测车轮速度并将信号输入ECU，经处理后获得车速信号参数。轮速传感器电磁感应式速度传感器第69页/共105页轮速传感器可安装在车轮、减速器或变速器上，一般利用电磁感应或光电感应原理获得信号。其安装数量取决于系统布局和控制方式。轮速传感器霍尔式速度传感

23、器第70页/共105页减速度传感器用于检测车轮加速度或制动减速度，作为辅助信号用于阈值控制，并检测、控制低附着系数路面的制动过程。减速度传感器（G传感器）第71页/共105页常用的有差动电压式减速度传感器和开关式减速度传感器两种。前者用车辆减速时滑动部件的运动检测出减速度信号，后者用车辆减速时惯性部件的移动位置感知减速度的大小。减速度传感器（G传感器）加速度传感器第72页/共105页前后悬架高度传感器 前后悬架高度传感器向ECU传递前后悬架变形量的信息。车身加速度传感器 车身加速度传感器检测车身的振动，间接提供汽车行驶时的路面情况。车身位移传感器 车身位移传感器检测车身相对于车桥的位移，可反映

24、车身的平顺性和车身高度的变化。用于电控悬架系统的部分传感器第73页/共105页博世公司所产离地高度传感器，可用于测量前后悬架的高度。 离地高度传感器第74页/共105页转向盘转角传感器转矩传感器偏航率传感器横向加速度传感器电控转向系统传感器第75页/共105页转向盘转角传感器检测转向盘的转角，用于计算车身倾斜程度。转向盘转角传感器转向角传感器第76页/共105页转矩传感器安装在转向系统中的转角传感器和转矩传感器向ECU传递转向角信号和转向负载转矩信号。转矩传感器转矩传感器第77页/共105页偏航率传感器检测、记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑。偏航率传感器偏航率传感器一般装配在车辆中

25、心轴位置 第78页/共105页横向加速度传感器检测汽车转弯时产生的离心力，确定汽车通过弯道时是否打滑。横向加速度传感器第79页/共105页博世公司所产侧倾角传感器，它可以同时测量横向加速度、纵向加速度、偏航率及侧倾率。 侧倾角传感器第80页/共105页制动压力开关传感器 制动压力开关传感器检测制动管路中制动液压力，提供汽车制动信号。制动检测传感器压力开关制动灯开关传感器 制动灯开关传感器检测制动灯电路的通断情况，提供汽车制动信号。第81页/共105页（1）距离传感器 距离传感器检测汽车前后方障碍物及其他车辆的距离。（2）罗盘传感器 罗盘传感器提供地磁场信息，用于判断行车方向。（3）陀螺仪传感器

26、 陀螺仪传感器检测汽车行驶的方向，并自动记录数据。巡航控制/导航控制系统用传感器陀螺仪传感器第82页/共105页碰撞传感器 碰撞传感器将感受到的汽车碰撞信号传给ECU，有机械式传感器、磁力式传感器、压电式传感器、应变片式传感器、压阻片式传感器和水银开关式传感器。安全传感器 安全传感器检测汽车撞击的轻重程度，将信号送给ECU，起保险作用，防止气囊误张开。安全气囊用部分传感器碰撞传感器第83页/共105页超声波测距传感器 超声波测距传感器安装在汽车后保险杠上，发射超声波，并将反射波变成电信号送给ECU。角声纳（角雷达）传感器 角声纳（角雷达）传感器弥补超声波传感器存在的检测盲区的不足，安装在保险杠

27、上。防撞控制系统传感器超声波测距传感器第84页/共105页前照灯远近光自动控制传感器用于夜间汽车会车时，感受对面来车的光照强度并将信息传给ECU，适时变换灯光，防止对方眩目。前照灯远近光自动控制传感器第85页/共105页机油品质传感器采用陶瓷电容检测机油介质的稳定性，以便提醒驾驶员及时更换机油，减少发动机磨损，延长使用寿命。机油品质传感器机油品质传感器第86页/共105页胎压检测传感器采用温差补偿校正方法，能够根据胎压、胎温、蓄电池电压的变化产生一系列的电子信号，并将其传递给ECU，适时测出胎压的高低。胎压检测传感器胎压传感器第87页/共105页指纹传感器用于汽车的安全防盗系统，以鉴别合法的驾

28、驶者，其出错率低于0.01%。指纹传感器第88页/共105页电动座椅传感器安装在座椅下部四周，将座椅前后、高低信号传给ECU，自动调整座椅位置，并具有记忆作用。它由4个传感器构成，包括滑动位置传感器、前垂直位置传感器、后垂直位置传感器和倾斜位置传感器。电动座椅传感器第89页/共105页汽缸燃烧压力传感器向ECU提供汽缸燃烧压力信号。控制系统从燃烧压力传感器可以获得大量信息，从而对发动机进行适时控制，如判断最佳点火时间和气门正时等。汽缸燃烧压力传感器汽缸燃烧压力传感器第90页/共105页燃烧压力传感器有两种：一种是以燃烧室侧面为受压面的直接型传感器，简称PDS；另一种是紧固在火花塞上的垫圈型压力

29、传感器，简称PGS。前者可实现燃烧室压力的线性检测，后者装配性好，适应于更高精度的爆燃控制、断火检测等。汽缸燃烧压力传感器第91页/共105页六 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第92页/共105页93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

30、噪声。理想运放的性质： “虚短”、“虚断”1u1R2R2uuuouiiuu0ii第93页/共105页94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0ii0uu第94页/共105页95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： 。0ii0uufoutinRVVR 10fRk50Rk0,uuiiRVuiRuViffoutfin第9

31、5页/共105页96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。第96页/共105页97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。第97页/共105页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。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 = f0时，故通带截止频率为fp = f02211( )1( )(1)( )/( )(1)