汽车传感器概述

1、汽车传感器概述概概 述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。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。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

2、豪华轿车上多达二百余只传感器，每年全球一百多个传感器，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。的车用传感器需求量将达到十多亿只。 汽车传感器汽车传感器工作机理工作机理通常是利用物理、化学的原理和效应，如通常是利用物理、化学的原理和效应，如磁电效应磁电效应 、 、压电效应压电效应 、光电效应光电效应 、光敏电阻效应、电致发光光敏电阻效应、电致发光 、热电效应热电效应 、热电阻效应等热电阻效应等 2第一节第一节 汽车传感器的使用范围汽车传感器的使用范围一、用于汽车指示仪表系统一、用于汽车指示仪表系统微微处处理理器器A/DA/D存储器存储器D/A车车 速速传感器传感

3、器油油 箱箱传感器传感器D/A车速表车速表燃油液位燃油液位指示仪表指示仪表例例 车速表及燃油液位指示仪表车速表及燃油液位指示仪表目的目的：用于了解汽车工作状况。：用于了解汽车工作状况。3 车速里程表车速里程表 发动机转速表发动机转速表 机油压力表机油压力表 气压力表气压力表 燃油表燃油表 冷却液温度表冷却液温度表汽车上常用的仪表有：汽车上常用的仪表有： 这些仪表通常与各这些仪表通常与各种信号灯一起安装在仪种信号灯一起安装在仪表板上，称为组合仪表表板上，称为组合仪表。4例例 老式磁感应式车速里程表老式磁感应式车速里程表 由变速器经软轴驱动。由变速器经软轴驱动。5仪表驱动软轴仪表驱动软轴6组成：传

4、感器、信号处理电路、车速表和里程表。组成：传感器、信号处理电路、车速表和里程表。例例 电子式车速里程表电子式车速里程表7二、用于二、用于汽车电子控制系统汽车电子控制系统给定值给定值传感器传感器A/D转换器转换器D/A转换器转换器执执 行行机机 构构被被 控控对对 象象控制器控制器被控参数被控参数 微型计算机微型计算机电子控制系统的基本框图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、电子控制器汽车电子控制系统主要由传感器、电子控制器(ECU)、执行机、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。使用。目

5、的：控制汽车运行状态。目的：控制汽车运行状态。8汽车电子控制系统大体可分为如下几个部分：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；传动系统与操纵控制系统；2. 安全控制系统；安全控制系统；3. 辅助控制系统；辅助控制系统；4. 总线控制与车辆局域网系统。总线控制与车辆局域网系统。1. 发动机控制系统；发动机控制系统；2. 底盘控制系统；底盘控制系统；3. 电子安全系统；电子安全系统；4. 信息通讯系统。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。系统与汽车的安

6、全性、方便性相关。 汽车电子控制系统也可以划分为：汽车电子控制系统也可以划分为： 三、汽车电子控制系统三、汽车电子控制系统91.1.发动机控制发动机控制ECU 空气流量计空气流量计 发动机转速传感器发动机转速传感器节气门位置传感器节气门位置传感器冷却水温传感器冷却水温传感器进气温度传感器进气温度传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器车速传感器车速传感器爆震传感器爆震传感器氧传传感器氧传传感器启动信号启动信号空调开关空调开关传感器传感器控制系统控制系统电子燃油喷射电子燃油喷射电子点火控制电子点火控制怠速控制怠速控制故障自诊断故障自诊断排放控制排放控制其它辅助控制其它辅助控制I/O输输入入回回路路CP

7、U存储器存储器A/D输输出出回回路路增压控制增压控制进气控制进气控制10发动机控制的子系统发动机控制的子系统空气流量计空气流量计节气门体节气门体喷油器喷油器控制单元控制单元ECU空气空气消声器消声器气气油油泵泵气油气油电控燃油喷射工作演示电控燃油喷射工作演示11例：桑塔纳例：桑塔纳20002000轿车发动机汽油喷射系统轿车发动机汽油喷射系统 油箱油箱汽油泵汽油泵燃燃 油油滤清器滤清器压力调节器压力调节器电控单元电控单元ECU冷起动阀冷起动阀节气门节气门开关开关节气门节气门辅助空气阀辅助空气阀油压调节器油压调节器喷油器喷油器燃燃 油油分配器分配器空气温度空气温度传感器传感器氧传感器氧传感器曲轴转

8、角曲轴转角传感器传感器转速传感器转速传感器空气流量空气流量传感器传感器水水 温温传感器传感器12转转 速速I/OCPU曲轴位置曲轴位置负负 荷荷爆爆 震震温温 度度I/O信信号号预预处处理理A/D转转换换RAMROM点火线圈点火线圈点点火火控控制制装装置置火火花花塞塞电子控制点火系统的基本组成电子控制点火系统的基本组成13电子控制点火系统电子控制点火系统(ESA)(ESA)的框图的框图传感器传感器ECU执行器执行器14(2) 电控点火系统电控点火系统 (ESA)(1) 电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统 (EFI)1) 喷油量控制、喷油量控制、2) 喷油正时控制喷油正时控制3) 怠速控制怠速控制

9、 (ISC)4) 冷起动喷油控制冷起动喷油控制5) 断油控制断油控制主要控制项目：主要控制项目：EFI与与ESA的的主要传感器：主要传感器：空气流量计空气流量计进气温度传感器进气温度传感器发动机转速传感器发动机转速传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器冷却水温传感器冷却水温传感器节气门位置节气门位置传感器传感器爆震传感器爆震传感器氧传传感器氧传传感器1) 点火提前角控制点火提前角控制2) 闭合角控制闭合角控制3) 爆燃控制爆燃控制 主要控制项目：主要控制项目：15怠速控制怠速控制(3)怠速控制怠速控制(ISC)16例例 丰田汽车发动机控制系统丰田汽车发动机控制系统(TCCS系统系统)17(4) 进

10、气增压控制进气增压控制谐振增压控制系统谐振增压控制系统18 奔驰奔驰SLK（R171）新发动机所采用的进气歧管长度可变的）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。进气歧管长度可变机构的设计。19可可变气门正时变气门正时 (VVT, Variable Valve Timing)(5) 进气正时控制进气正时控制20(6)发动机排放污染控制发动机排放污染控制1. 起动开关起动开关传感器传感器4. 水温传感器水温传感器2. 怠速开关怠速开关3. 曲轴位置传感器曲轴位置传感器

11、废气再循环控制系统废气再循环控制系统 (EGR)21联合联合信息信息传感传感系统系统中中 央央处理器处理器ECU悬架控制悬架控制传动控制传动控制制动控制制动控制驱动控制驱动控制转向控制转向控制其它系统其它系统车辆动力性车辆动力性车辆经济性车辆经济性车辆稳定性车辆稳定性车辆安全性车辆安全性车辆操纵性车辆操纵性车辆舒适性车辆舒适性其它性能其它性能一体化底盘控制系统一体化底盘控制系统2.2.底盘控制底盘控制实现实现22(1) 电控自动变速器电控自动变速器(ECT)节气门位节气门位置传感器置传感器转速传感器转速传感器23自动变速器电子控制系统自动变速器电子控制系统24无级变速无级变速 CVT25(2)

12、 防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS)26(3) 驱动防滑转控制系统驱动防滑转控制系统(ASR) ABS与与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现滑移率控制。现代车辆滑移率控制。现代车辆ABS/ASR系统将系统将ABS与与ASR控制实控制实现资源共享、互为补充，形成现资源共享、互为补充，形成ABS/ASR综合控制系统。综合控制系统。ECU轮轮 速速 信信 号号节节 气气 门门 信信 号号制动踏板信号制动踏板信号加速踏板信号加速踏板信号轮缸压力轮缸压力调节器调节器节气门开度节气门开度调节器调节器指示信号指示信号发动机发动机车车 轮轮驾驶员驾驶员27(4)

13、 电控动力转向电控动力转向(ECPS)28(5) 电控悬架电控悬架 传感器：车身加速度、位移；车速；转角等传感器传感器：车身加速度、位移；车速；转角等传感器29(6) 巡航控制巡航控制 (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。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。动驾驶系统。1）车速传感器：专用于）车速传感器：专用于CCS的车速传感器一般安装在汽的车

14、速传感器一般安装在汽 车变速器输出轴上。车变速器输出轴上。2）节气门传感器：节气门传感器）节气门传感器：节气门传感器CCS与与EFI共用。共用。3）节气门控制摇臂传感器：是）节气门控制摇臂传感器：是CCS专用的传感器。其作专用的传感器。其作 用是对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号，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。目前应用较多的是滑线电位计式。30 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按设定的车速保持一个

15、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，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。的与前车的安全距离。主动式巡航控制系统主动式巡航控制系统31丰田丰田PRIUS轿车巡航控制系统轿车巡航控制系统巡航控制巡航控制系统按钮系统按钮 323.3.安全行驶控制安全行驶控制(1)安全气囊系统安全气囊系统 (SRS) 安全气囊系统安全气囊系统一般由传感器、电控单元一般由传感器、电控单元(ECU)、气囊模块、气囊模块 、监监控装置、储备电源控装置、储备电源等组成。等组成。 传感器包括：碰撞传感器检测汽车的碰撞

16、，安全传感器防止气囊传感器包括：碰撞传感器检测汽车的碰撞，安全传感器防止气囊误胀开。误胀开。传感器传感器ECU气体发生器气体发生器气囊气囊PSBPSB：安全带预紧装置：安全带预紧装置DABDAB：驾驶员气囊驾驶员气囊PABPAB：是乘员气囊是乘员气囊33双气囊系统双气囊系统34多气囊系统多气囊系统35(2) 防撞系统防撞系统 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。车制动器将汽车停住。1) 1) 行车防撞控制系统行车防撞控制

17、系统传传感感器器36测距范围：可达测距范围：可达150米的米的, 车速的调节范围：从车速的调节范围：从30km/h到到180 km/h。德尔福德尔福(TRW) 77-GHz雷达测距系统雷达测距系统372) 2) 倒车防撞报警系统倒车防撞报警系统倒车雷达倒车雷达：又称泊车辅助系统，：又称泊车辅助系统，汽车倒车时，显示车后障汽车倒车时，显示车后障 碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。 采用超声波测距采用超声波测距，当当超声波超声波遇到障碍遇到障碍物时产生回波，传感物时产生回波，传感器接收到回波信号后器接收到回波信号后经控制器处理，判断经控制器处理，判断障碍物位置

18、。障碍物位置。 1.1.工作原理工作原理38 由超声波传感器、电子处理单元、报警装置等组成。由超声波传感器、电子处理单元、报警装置等组成。2.2.组成组成39超声波传感器（探头）超声波传感器（探头）40超声波探头安装超声波探头安装4142 随动转向大灯在随动转向大灯在转向时不断对大灯转向时不断对大灯进行动态调节，保进行动态调节，保持与汽车的当前行持与汽车的当前行驶方向一致，以确驶方向一致，以确保对前方道路提供保对前方道路提供最佳照明，增强了最佳照明，增强了黑暗中驾驶的安全黑暗中驾驶的安全性。性。前照灯的自动开关、自动调光系统、前照灯的自动开关、自动调光系统、随动转向大灯随动转向大灯(3) 前照

19、灯控制前照灯控制434.4.信息系统信息系统汽车电子仪表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。置。 (1)信息的显示与报警信息的显示与报警44(2)语音提示语音提示(3) 车辆定位与导航车辆定位与导航GPS45465.5.舒适性系统舒适性系统(1) 电控自动空调电控自动空调汽车空调自动控制系统示意图汽车空调自动控制系统示意图47(2) 电控座椅电控座椅 该装置是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物，该

20、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。适应，满足乘客的舒适性要求。4849(3)电动门窗控制电动门窗控制驾驶席防夹电动门窗驾驶席防夹电动门窗506.安全防盗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。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、子控制防盗系统断装置、

21、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。辆三个月行车路线。GPS车载定位防盗系统车载定位防盗系统51GPS车载定位防盗系统车载定位防盗系统52第二节第二节 汽车传感器的分类汽车传感器的分类 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。的器件或装置，通常由敏感元件和转换

22、元件组成。转换元件转换元件：传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量：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。转换为电量的部分。1.1.国家标准国家标准GB7665-87对传感器的定义是：对传感器的定义是：敏感元件敏感元件：传感器中能直接感受或响应被测量的部分。：传感器中能直接感受或响应被测量的部分。被被 测测 量：汽车传感器的被测量通常为：量：汽车传感器的被测量通常为：力学量、热力学力学量、热力学 量和部分化学量、电学量。量和部分化学量、电学量。53力力 学学 量量热力学量热力学量其其 它它检测量检测量单单 位位检测量检测量单单 位位检测量检测量单单 位位位置或位移位置或

23、位移M温度温度 K C 气体成分气体成分mol 速度速度m/s气体浓度气体浓度mol压力压力KPa MPa加速度加速度m/s2电流电流A转角或角转角或角位移位移 rad 流量流量kg/s m3/s 转速转速r/min真空度真空度Pa 力力N 转矩转矩Nm湿度湿度爆震爆震Pa 汽车传感器的被测量汽车传感器的被测量541.1.汽车传感器的分类汽车传感器的分类(1)(1)按能量关系分类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、主动型：传感器无需外加输入电源。如：磁电、热电、 压电、光电等。压电、光电等。被动型：传感器需外加输入电源。如：电阻、电容、电被动型：传感器需外加输入电源。

24、如：电阻、电容、电 感、磁阻、热阻等。感、磁阻、热阻等。(2)(2)按信号转换分类按信号转换分类 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。非电量转换成电量，如：热电阻、热电偶、压电式。55(4)(4)按工作原理分类按工作原理分类 有电阻式、电容式、电感式、应变式、光电式、光敏式、压电式、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。热电式等。(6)(6)按使用功能分类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；分为用于了解汽车工作状况；用于

25、控制汽车运行状态；(3)(3)按按输入量输入量分类分类(5)(5)按输出信号分类按输出信号分类输出量有模拟量和数字量两类传感器。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，实际应用一般按汽车传感器种类很多，实际应用一般按传感器输入量，传感器输入量，即传感器的被测量分类。如温度、压力、转速等。即传感器的被测量分类。如温度、压力、转速等。56传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数位位 置置传感器传感器排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液面位置、汽车高度、海拔高度等。面位置、汽车高度、海拔高度等。转转 角角传感器传感器节气门位置、

26、曲轴转角、方向盘转角、前轮转节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转角等。角等。转转 速速传感器传感器检测检测曲轴转速、车轮转速等。曲轴转速、车轮转速等。速速 度度加速度加速度传感器传感器检测车速（绝对值）、加速度。检测车速（绝对值）、加速度。力学量传感器在汽车上的应用力学量传感器在汽车上的应用57热力学量传感器在汽车上的应用热力学量传感器在汽车上的应用传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数温温 度度传感器传感器冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气口和冷却液温度、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。排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。压压 力力传感器传感器进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压力、自动变速器油压、大气压力等。力、自动变速器油压、大气压力等。流流 量量传感器传感器吸入吸入空气流量、燃油流量、废气再循环流量、空气流量、燃油流量、废气再循环流量、制冷剂流量等。制冷剂流量等。 液液 量量传感器传感器燃油量、燃油量、冷却液冷却液量、量、机油机油量、制动量、制动液液量等。量等。气体浓度气体浓度传感器传感器氧气、二氧化碳、氧气、二氧化碳、NOx 、HC、柴油烟度。、柴油烟度。58汽车传感器工作环境汽车传感