传感技术及智能传感器的应用课件：传感器在电动汽车上的典型应用

传感技术及智能传感器的应用

传感技术与智能传感器的应用正文

传感器在电动汽车上的典型应用第一节

防撞系统一、汽车防撞预警系统

（一）汽车防撞预警系统的工作原理

汽车防撞预警系统（Vehiclecollisionwarningsystem）也称作汽车自动防撞系统。其主要用于协助驾驶员避免高速、低速追尾，高速中无意识偏离车道，与行人碰撞等重大交通事故。帮助驾驶员持续地检测车辆前方

道路状况，系统可以识别判断各种潜在的危险情况，并通过不同的声音和视觉提醒，以帮助驾驶员避免或减缓碰撞事故和避免高速、低速追尾事故。

工作原理

汽车防撞预警系统分布图，如图6-1所示。

汽车防撞预警系统包括三个子系统：

１）传感器感知子系统，收集车辆环境信息。

２）中心处理子系统，评估交通事态。

３）输出子系统，通过人机界面为驾驶员提供驾驶信息；通过车辆

系统及时对车辆的纵向横向控制做出调整。

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防撞系统一、汽车防撞预警系统

汽车防撞预警系统分布图，如图6-1所示。图6-1汽车防撞预警系统分布图

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防撞系统一、汽车防撞预警系统

（二）汽车防撞预警系统描述

汽车防撞预警系统是基于智能视频分析、处理的汽车防撞预警系统，通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来实现其预警功能。

主要功能

车距监测及追尾预警、前方碰撞预警、车道偏离预警、导航功能、黑匣子功能。相对于国内外现有的防撞预警系统

（如超声波防撞预警系统、雷达防撞预警系统、激光防撞预警系统、红外线防撞预警系统等），汽车防撞预警系统在功能、稳定性、准确性、人性化、价格上都具有无可比拟的优势，可全天候、长时间稳定运行，极大提高了汽车驾驶的舒适性和安全性。

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防撞系统一、汽车防撞预警系统

（三）汽车防撞预警系统工能概况

1、车距监测及预警

系统不间断地监测与前方车辆的距离，并根据与前方车辆的接近程度提供三种级别的车距监测警报。

2、汽车越线预警

在转向灯没有打开的情况下，车辆穿过各种车道线之前约0.5s时系统会产生越线警报。

3、前向碰撞预警

系统警示驾驶者与前方车辆即将发生碰撞。当本车辆按当前行驶速度与前方车辆的可能碰撞时间在2.7s内时，系统将产生声、光警报。

4、其他功能

黑匣子功能、智能导航、休闲娱乐、雷达预警系统

（可选）、胎压监测

（可选）、数字电视

（可选）、倒车后视

（可选）。

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防撞系统一、汽车防撞预警系统

（四）汽车防撞预警系统的技术优势

汽车防撞预警系统具有两个32位ARM9处理器，管理着4层计算引擎，运行速度更快，计算能力更强；视频分析处理技术是其技术的核心，采用

CAN总线传输技术，使其能更好的与汽车信号结合，白天／夜晚、晴天／雨雪天、桥涵／隧道、平原／山地等全天候报警，采用单一的视觉感知系统使其成本更低。

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防撞系统一、汽车防撞预警系统

（五）汽车防撞预警系统的发展历史

当前的汽车前碰撞预警毫米波雷达，主要有24GHz和77GHz两个频段。如“路王”雷达系统Wayking24GHz，主要实现近距离探测（SRR），不仅广泛用在汽车前碰撞预警中，而且已经应用于无人机上作为定高雷达使用。而77GHz系统，主要实现远距离的探测（LRR）。或者是两种系统结合使用，实现远近距离的探测。

汽车前碰撞预警毫米波雷达的微波防撞系统：当前市场上的代表厂家有荷兰NXP(恩智浦)、德国的Continental(大陆)、Bosch(博士)、Wayking（渭成）等系统应用较多。

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防撞系统二、倒车雷达

（一）倒车雷达释义

倒车雷达全称叫

“倒车防撞雷达”（即停车距离控制系统），也叫

“泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器

（俗称探头）、控制器和显示器

（或蜂鸣器）等部分组成。

倒车时帮助司机“看见”后视镜里看不见的东西，以声音或直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

倒车雷达也存在一定的盲区，包括过于低矮的障碍物（低于探头中心10～15cm以下的障碍物）、过细的障碍物

（如隔离桩、斜拉钢缆）和沟坎。

倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。其显示器装在后视镜上，不停地提醒车辆和后面物体之间的距离，到危险距离时，蜂鸣器开始鸣叫，提醒司机及时停车。

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防撞系统二、倒车雷达

倒车防撞雷达在智能汽车中的分布如图6-2所示。图6-2智能汽车传感器／监视器分布示意图

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防撞系统二、倒车雷达

倒车雷达系统结构如图6-3所示。图6-3倒车雷达系统结构示意图

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防撞系统二、倒车雷达

（二）倒车雷达的工作原理

PDC的工作原理

在车的后保险杠或前后保险杠设置雷达侦测器，用以侦测前后方的障碍物。帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物，或判断停车时与其他车辆的距离。系统工作示意图如图6-4所示。图6-4倒车雷达系统工作原理示意图

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防撞系统二、倒车雷达

（三）倒车雷达的摄像头

倒车摄像头位置示意图如图6-5所示。132图6-5倒车摄像头

位置示意图1—显示器位置2—摄像头电源

（接倒车灯）3—摄像头位置

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防撞系统二、倒车雷达

（四）倒车雷达各部件的作用

１）超声波传感器

用于发射及接收超声波信号，完成距离的测量。

２）主机

发射正弦波脉冲给超声波传感器，并处理其接收到的信号，换算出距离值，将数据传送给显示器。

３）显示器或蜂鸣器

用于接收主机距离数据，并依照距离远近来显示距离值，同时提供不同级别的距离报警音。

倒车雷达由主机控制，传感器发射超声波信号，若遇到障碍物就会有回波信号，传感器经主机对收到的回波信号进行数据处理并判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，使倒车时能了解到具体情况，倒车会更加安全。

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防撞系统二、倒车雷达

（五）倒车雷达的选择

1、质量方面

倒车雷达作为一种汽车用品，最重要的是质量过硬、提供的服务好、承诺的包修期长。

2、功能方面

从功能方面倒车雷达可分为LCK距离显示、声音提示报警、方位指示、语音提示、探头自动检测等，一个功能齐全的倒车雷达应具备以上功能。

3、性能方面

性能主要从探测范围、准确性、显示稳定性和捕捉目标速度来考证。

探测范围

至少在0.4～1.5ｍ；

准确性

主要看显示分辨率为10cm至1cm；

探测误差

显示距离与实际距离间的误差，误差应低于3cm；

显示稳定性

障碍物反射面不好时，捕捉并稳定显示出障碍物的距离；

捕捉速度

反映倒车雷达对移动物体的捕捉能力。

4、外观工艺方面

作为汽车的内外装饰件，需要和汽车的整体结构、颜色相协调。

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防撞系统二、倒车雷达

（六）倒车雷达使用的注意事项

１）倒车雷达探头安装位置

应安装在后保险杠上，探头以大约45°辐射，上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而驾驶员从车后窗难以看见的障碍物

（如花坛、蹲在车后玩耍的小孩等）并报警，如图6-6所示。

２）自动工作

挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，当探头侦测到后方物体时蜂鸣器发出警示，当车辆继续倒车时，警报声的频率会逐渐加快，最后变为长鸣音。

图6-6倒车雷达系统部件安装位置示意图

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传感器在电动汽车上的典型应用第二节

安全气囊传感器一、简介

安全气囊传感器

也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。其安装位置示意图如图6-7所示。还可分为机电式、电子式及机械式碰撞传感器。

防护型一般采用电子式结构，触发型一般采用机电结合式结构或机械式结构。用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电路，作为气囊电路的触发信号。

图6-7安全气囊传感器安装位置示意图

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安全气囊传感器二、缺陷

（一）气囊可能在很低的车速时打开

汽车在很低车速行驶而发生碰撞事故时，乘员和驾驶员系上安全带即可，完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时展开安全气囊反而会造成不必要的浪费，甚至还可能因安全气囊展开而加重碰撞伤害。

（二）气囊的启动会对乘员造成伤害

安全气囊系统启动时，将冲开气囊盖板，在瞬间展开充气，很可能对乘员造成冲击；产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。

据计算，若汽车以60Km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2s之内停下，而气囊则会以大约300Km／h的速度弹出，由此所产生的撞击力约有180Kg，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位很难承受。当乘客偏离座位或座位上无人或儿童乘坐时，气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能会对乘员造成一定的伤害。

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传感器在电动汽车上的典型应用第三节

汽车雨量传感器一、雨量传感器的作用

汽车雨量传感器是根据落在玻璃上雨水量的大小，来调整刮水器动作快慢的传感器。对刮水器的动作速度做无级调节。

还可向微电脑提供信号，自动调整前照灯照射宽度、远近度、明暗度；

同时天窗系统也会自动关闭。

保证驾驶员视线通畅，确保行车安全。

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

雨量传感器主要有流量式、静电式、压电式和红外线式雨滴传感器。其在汽车上的安装位置示意图如图6-8所示。图6-8汽车雨量传器安装位置示意图

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汽车雨量传感器

（一）流量式雨量传感器

如图6-9所示为电控接点式控制电路原理图，S1、S2、S3为流量监测电极板，如设置S1-S2为2.5cm，距离较近，小雨量时T1先导通，J1吸合，雨刮低速转动；设置S1-S3为3cm距离较远，大雨量时T2先导通，J2继电器吸合，常开触点接通，雨刮电机高速转动。图6-9流量式雨量传感器控制电路原理图

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（二）电容式雨量传感器

图6-10所示为电容式雨量传感器控制电路原理图，静电面积S、电极间的距离d不变，则电容C只由介电系数ε决定。

因雨水和空气的介电系数ε不同，C随雨水的大小变化，利用静电面积S的变化，改变振荡电路的频率而得到电信号的变化，以此电信号控制刮水器电动机的转速，从而改变刮水器的快慢。图6-10电容式雨量传感器控制电路原理图

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（三）压电式雨量传感器

压电式雨量传感器由振动板、压电元件、放大电路、壳体及阻尼橡胶构成，如图6-11所示。

１—阻尼橡胶

２—压电元件

３—振动板４—上盖５—混合集成电路６—电容器

７—密封条

８—下盖

９—电路板

１０—密封套

１１—套管

１２—线束图6-11压电式雨量传感器的结构图

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（三）压电式雨量传感器

压电式雨量传感器控制框图如图6-12所示。

图6-12压电式雨量传感器控制框图

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（三）压电式雨量传感器

压电振子利用压电效应将机械位移（振动）变成电信号。

当雨滴落到振动板上时，压电元件上就会产生电压，电压大小与加到振动板上的雨滴能量成正比，一般为0.5～300mV。放大电路将压电元件上产生的电压信号放大后，输入到刮水器放大器中。放大器由晶体管、芯片、电阻、电容器等部件组成。故压电振子受到雨淋，按照雨滴的强弱和雨量做振动，从而控制雨刮器的动作。如图6-13和图6-14所示，压电传感器的结构如图6-15所示。

图6-13压电振子工作原理图

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（三）压电式雨量传感器

压电式雨量传感器控制雨刮器的动作如图6-13和图6-14所示，压电传感器的结构如图6-15所示。

图6-14压电振子振动转化成电信号a)—不下雨时

b)—雨小时c)—雨大时1、陶瓷

（钛酸钡）

2、电极

（金属蒸发）图6-15压电式传感器的结构图

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（三）压电式雨量传感器

压电式雨量传感器控制雨刮器的动作如图6-13和图6-14所示，压电传感器的结构如图6-15所示。

图6-14压电振子振动转化成电信号a)—不下雨时

b)—雨小时c)—雨大时1、陶瓷

（钛酸钡）

2、电极

（金属蒸发）图6-15压电式传感器的结构图

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（三）压电式雨量传感器

压电式传感器实际上也是一个阻抗变换器，如图6-16ａ是电压放大器的电路原理图，图6-16ｂ是电压放大器的等效电路图。

a)电路原理图

b)等效电路图图6-16电压放大器的电路原理图及等效电路图

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（三）压电式雨量传感器

当雨滴接触到传感器表面时，传感器产生随雨滴强度和频率变化的电压，电压经放大存储于功率放大器内。当信号达到一定值时，经电路输入至刮水器的驱动电路，刮水器启动刮雨。其应用示意图如图6-17所示。图6-17压电式雨量传感器的应用示意图

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（四）红外线式雨量传感器

红外线式雨量传感器

在密度相对不同的介质中，光的反射和光的折射有差异的原理，来判断是否有雨滴或雨量的大小，而控制刮水器启动或控制其速度。

光密介质：折射率较大的介质叫作光密介质。

光疏介质：折射率较小的介质叫作光疏介质。

在光密介质和光疏介质中光的反射与折射示意图见图6-18所示。图6-18在光密介质和光疏介质中的光的反射与折射示意图

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（四）红外线式雨量传感器

1、无雨水接触挡风玻璃时，其工作原理图如图6-19所示。图6-19红外线式雨量传感器原理图

（无雨滴时）

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汽车雨量传感器二、雨量传感器的种类和原理

（四）红外线式雨量传感器

2、雨水接触挡风玻璃时

红外光经雨水折射，反射光线减弱。雨量越大折射光线越多，反射光线越弱。其工作原理图如图6-20所示。图6-18在光密介质和光疏介质中的光的反射与折射示意图

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传感器在电动汽车上的典型应用第四节

智能胎压监测系统一、智能胎压监测系统组成

汽车智能胎压监测系统（IntelligentTirePressureMonitoringSystem,TPMS)，为无线智能感应、监视系统，主要由安装于轮胎内的感应器及发射器和安装于驾驶室内的接收器及显示器硬件组成。通常接收器和显示器二合一，集成为一个完整的模块单元。二、智能胎压监测系统的工作原理

当汽车开动时，由加速度传感器将信号发送给接收器，将监测到的轮胎压力与温度信号一起传送给接收器；接收器接收信号就予以显示。

汽车行驶过程中，无线胎压监测器的传感器每4s监测一次数据，如无异常，为了省电每20s向接收器发送一次数据；当胎压异常时，每4s向接收器发送一次数据。

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传感器在电动汽车上的典型应用第四节

智能胎压监测系统三、智能胎压监测系统的作用

作用

在汽车行驶过程中，对轮胎气压实时自动监测，对轮胎漏气和低气压报警，以确保行车安全。汽车的智能胎压监测系统如图6-21所示。图6-21汽车的智能胎压监测系统

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传感器在电动汽车上的典型应用第四节

智能胎压监测系统四、胎压监测的方式

（一）直接式胎压监测

直接式胎压监测装置

利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。

（二）间接式胎压监测

间接式胎压监测装置

当某轮胎的气压降低时，车辆的重量会使该轮胎的滚动半径变小，导致其转速比其他轮胎快。通过比较轮胎之间的转速差别，达到监视胎压的目的。间接式胎压监测实际上是依靠计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。

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传感器在电动汽车上的典型应用第四节

智能胎压监测系统四、胎压监测的方式

（三）轮胎智能监控系统

轮胎智能监控系统

兼有上述两个系统的优点，在汽车上两个互相成对角线的两两轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。

通过上述对比，可见TPMS是当下最智能的一种，胎压监测系统不仅能在轮胎出现高压、低压、高温时报警，也能帮助车主节油省钱。

胎压监测系统相关统计数据显示：汽车缺气行驶将多消耗3.3％的燃油。轮胎有缓慢自然漏气现象较难发现，通过胎压监测系统实时了解轮胎状况，预防爆胎，节油环保。

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传感器在电动汽车上的典型应用第五节

纯电动汽车远程监管和控制技术一、监管内容

基于大数据、互联网的应用，在监控平台的建立及车载终端设备的基础上，通过CAN总线通信，可及时了解车辆的相关信息并方便快捷地实现整车远程控制功能。

基于远程监控的平台，应用更为方便快捷有效的远程控制方法——GPS远程控制，采用GPS报文的标准格式发送。

表6-1为GPS远程锁车流程的发送报文示意。

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传感器在电动汽车上的典型应用第五节

纯电动汽车远程监管和