傳感器技術在汽車行業的應用
摘要: 介紹了汽車傳感器的特點, 并就汽車傳感器的應用現狀和發展趨勢作了探討。
關鍵詞: 汽車; 傳感器; 應用
中圖分類號:U 463. 65 文獻標識碼:A 文章編號: 10032482X (2002) 0420053202
傳感器是將各種參量送入計算機系統, 進行智能監測、控制的最前端, 所以傳感器性能的好壞直接
影響后方的數據處理。近年來, 隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化, 汽車對傳感器的需求已經成
為眾多行業中之最。業內人士普遍認為, 實現汽車系統最優化的關鍵是能否使用高可靠度、高性能的傳
感器。
1 汽車傳感器的特點
1. 1 適應性強、耐惡劣環境
汽車可能行駛在地球上的任何區域, 環境條件差別極大, 既有南北極的極嚴寒地區, 也有象赤道地
區的酷熱氣候, 因此, 要求傳感器具有極強的適應性, 能在- 40～80℃ 的條件下, 勿須調整正常工作。汽
車可能工作在極度惡劣的氣候條件下, 有時塵土彌漫, 有時風雨交加, 所以傳感器應具有很好的密封性,
耐潮濕、抗腐蝕能力強。
1. 2 抗干擾能力強
傳感器除了能夠適應外界惡劣環境之外, 也要能夠抵抗來自發動機內部的各種干擾。傳感器都安裝
在發動機艙中, 除了能夠承受發動機工作時的高溫、高壓、燃燒廢氣腐蝕之外, 還要求有良好的抗震性
能, 抵抗發動機工作時的強烈震動, 另外, 發動機工作時會產生電磁波, 因此要求傳感器具有抗干擾能
力。汽車電源(發電機、蓄電池等) 電壓可在6～ 16V 變化, 有時甚至迭加超過100V 的正負高電壓脈沖,
故還應具有抗電涌能力等。
1. 3 穩定性和可靠性高
汽車的各種零部件一般要求能運行10×104km 以上, 并且勿須更換和調整仍能滿足規定的技術指
標。因此, 傳感器必須具有高穩定性和高可靠性。
1. 4 價格低廉, 適應大批量生產
這要求傳感器的一致性好, 不需要復雜調整, 適合自動化生產。
2 傳感器在汽車行業的應用
2. 1 壓力傳感器
在汽車傳感器實用化方面, 最早使用的是汽車壓力傳感器。能夠用于壓力檢測的方法很多, 如電阻
應變片、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電傳感器等等。目前汽車所使用的壓力傳感器主要有以下幾
種: 歧管負壓傳感器(用于汽車電子點火提前角控制和燃料噴射系統) ; 狄塞爾內燃機油壓傳感器; 變速
箱油壓傳感器; 制動器油壓傳感器; 減震器油壓傳感器; 輪胎內壓傳感器等。
由于汽車壓力傳感器在汽車系統中應用范圍廣, 因此, 它越來越受到有關方面的重視, 同時, 各種新
型的壓力傳感器不斷出現。例如, 國外使用的高速檔轉換指示器是通過發光二極管顯示高速檔轉換的最
佳時間, 它是利用燃油總管壓力傳感器和發動機轉速傳感器來實現的。
近年來, 隨著微機在汽車系統使用的普及, 各種高性能的新型壓力傳感器開始大量用于汽車中。發
展較快的是壓阻式半導體壓力傳感器和諧振式水晶壓力傳感器。
半導體壓力傳感器的優點是可以利用集成電路工藝大量生產, 使半導體壓力傳感器集成化, 這樣就
可以大幅度降低壓力傳感器的成本。此外, 汽車半導體壓力傳感器的另一個特點就是可以實現傳感器的
智能化, 這種傳感器能進行本機處理, 并使微機和負載之間所需的接口最小, 同時, 由于具有零點、滿度、
溫度補償和自檢功能, 所以不僅提高了壓力傳感器的精度, 同時也改善了傳感器的可靠性。
諧振式水晶壓力傳感器主要作為汽車吸氣負壓傳感器。其顯著特點是可以在高溫時仍穩定工作, 隨
著將來薄膜介電體性能的提高, 傳感器的性能還會出現較大的飛躍。
此外, 采用將有源壓電和熱釋電薄膜與集成電路制作在一起的相容技術, 還可以制作多功能的汽車
傳感器, 而且還可以解決壓電傳感器難以集成化的難題。
2. 2 空氣流量傳感器
發動機電子控制系統中很重要的一項控制內容就是最佳空燃控制, 為達到這個目的, 必須對發動機進氣空氣流量進行精確的測量。常用的空氣流量傳感器有風門式空氣流量計、卡門旋渦式空氣流量計、
熱線式空氣流量計、熱膜式空氣流量計。
風門式空氣流量計結構簡單、可靠性高, 但進氣阻力大, 響應較慢且體積大; 而熱線式空氣流量計由
于無運動部件, 不但工作可靠, 而且響應快, 缺點是在流速分布不均時誤差較大。雖然熱膜式空氣流量計
的工作原理和熱線式空氣流量計類似, 但由于熱膜式傳感器不使用白金線作為熱線, 而是將熱線電阻、
補償電阻等用厚膜工藝制作, 在同一陶瓷基片上, 使發熱體不直接承受空氣流動所產生的作用力, 從而
增加了發熱體的強度, 不但使空氣流量計的可靠性進一步提高, 也使誤差減小, 性能更好。
2. 3 節氣門傳感器
用于把節氣門開度轉換成電壓信號, 通過ECU 控制噴油量。常用的有開關式節氣門位置傳感器和
線形節氣門傳感器兩種, 其中開關式節氣門位置傳感器雖然結構比較簡單, 但其輸出是非連續的。
除了上述三種, 用于汽車發動機電子控制的傳感器還有氧氣傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、曲軸
位置傳感器、轉速傳感器等。
現代汽車凡是采用電子控制的系統或裝置, 都離不開傳感器, 如自動變速器、汽車制動防抱死系統、
驅動防滑系統等。尤其是近幾年, 車用電子裝置越來越多, 如安全報警裝置、通信裝置、娛樂裝置以及為
提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等。當然, 國產汽車在電子控制技術方面才剛剛起步, 主要集
中在發動機的電子控制, 正因為如此, 汽車傳感器在我國才會有更為廣闊的發展空間。
關鍵詞: 汽車; 傳感器; 應用
中圖分類號:U 463. 65 文獻標識碼:A 文章編號: 10032482X (2002) 0420053202
傳感器是將各種參量送入計算機系統, 進行智能監測、控制的最前端, 所以傳感器性能的好壞直接
影響后方的數據處理。近年來, 隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化, 汽車對傳感器的需求已經成
為眾多行業中之最。業內人士普遍認為, 實現汽車系統最優化的關鍵是能否使用高可靠度、高性能的傳
感器。
1 汽車傳感器的特點
1. 1 適應性強、耐惡劣環境
汽車可能行駛在地球上的任何區域, 環境條件差別極大, 既有南北極的極嚴寒地區, 也有象赤道地
區的酷熱氣候, 因此, 要求傳感器具有極強的適應性, 能在- 40～
車可能工作在極度惡劣的氣候條件下, 有時塵土彌漫, 有時風雨交加, 所以傳感器應具有很好的密封性,
耐潮濕、抗腐蝕能力強。
1. 2 抗干擾能力強
傳感器除了能夠適應外界惡劣環境之外, 也要能夠抵抗來自發動機內部的各種干擾。傳感器都安裝
在發動機艙中, 除了能夠承受發動機工作時的高溫、高壓、燃燒廢氣腐蝕之外, 還要求有良好的抗震性
能, 抵抗發動機工作時的強烈震動, 另外, 發動機工作時會產生電磁波, 因此要求傳感器具有抗干擾能
力。汽車電源(發電機、蓄電池等) 電壓可在6～ 16V 變化, 有時甚至迭加超過100V 的正負高電壓脈沖,
故還應具有抗電涌能力等。
1. 3 穩定性和可靠性高
汽車的各種零部件一般要求能運行10×
標。因此, 傳感器必須具有高穩定性和高可靠性。
1. 4 價格低廉, 適應大批量生產
這要求傳感器的一致性好, 不需要復雜調整, 適合自動化生產。
2 傳感器在汽車行業的應用
2. 1 壓力傳感器
在汽車傳感器實用化方面, 最早使用的是汽車壓力傳感器。能夠用于壓力檢測的方法很多, 如電阻
應變片、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電傳感器等等。目前汽車所使用的壓力傳感器主要有以下幾
種: 歧管負壓傳感器(用于汽車電子點火提前角控制和燃料噴射系統) ; 狄塞爾內燃機油壓傳感器; 變速
箱油壓傳感器; 制動器油壓傳感器; 減震器油壓傳感器; 輪胎內壓傳感器等。
由于汽車壓力傳感器在汽車系統中應用范圍廣, 因此, 它越來越受到有關方面的重視, 同時, 各種新
型的壓力傳感器不斷出現。例如, 國外使用的高速檔轉換指示器是通過發光二極管顯示高速檔轉換的最
佳時間, 它是利用燃油總管壓力傳感器和發動機轉速傳感器來實現的。
近年來, 隨著微機在汽車系統使用的普及, 各種高性能的新型壓力傳感器開始大量用于汽車中。發
展較快的是壓阻式半導體壓力傳感器和諧振式水晶壓力傳感器。
半導體壓力傳感器的優點是可以利用集成電路工藝大量生產, 使半導體壓力傳感器集成化, 這樣就
可以大幅度降低壓力傳感器的成本。此外, 汽車半導體壓力傳感器的另一個特點就是可以實現傳感器的
智能化, 這種傳感器能進行本機處理, 并使微機和負載之間所需的接口最小, 同時, 由于具有零點、滿度、
溫度補償和自檢功能, 所以不僅提高了壓力傳感器的精度, 同時也改善了傳感器的可靠性。
諧振式水晶壓力傳感器主要作為汽車吸氣負壓傳感器。其顯著特點是可以在高溫時仍穩定工作, 隨
著將來薄膜介電體性能的提高, 傳感器的性能還會出現較大的飛躍。
此外, 采用將有源壓電和熱釋電薄膜與集成電路制作在一起的相容技術, 還可以制作多功能的汽車
傳感器, 而且還可以解決壓電傳感器難以集成化的難題。
2. 2 空氣流量傳感器
發動機電子控制系統中很重要的一項控制內容就是最佳空燃控制, 為達到這個目的, 必須對發動機進氣空氣流量進行精確的測量。常用的空氣流量傳感器有風門式空氣流量計、卡門旋渦式空氣流量計、
熱線式空氣流量計、熱膜式空氣流量計。
風門式空氣流量計結構簡單、可靠性高, 但進氣阻力大, 響應較慢且體積大; 而熱線式空氣流量計由
于無運動部件, 不但工作可靠, 而且響應快, 缺點是在流速分布不均時誤差較大。雖然熱膜式空氣流量計
的工作原理和熱線式空氣流量計類似, 但由于熱膜式傳感器不使用白金線作為熱線, 而是將熱線電阻、
補償電阻等用厚膜工藝制作, 在同一陶瓷基片上, 使發熱體不直接承受空氣流動所產生的作用力, 從而
增加了發熱體的強度, 不但使空氣流量計的可靠性進一步提高, 也使誤差減小, 性能更好。
2. 3 節氣門傳感器
用于把節氣門開度轉換成電壓信號, 通過ECU 控制噴油量。常用的有開關式節氣門位置傳感器和
線形節氣門傳感器兩種, 其中開關式節氣門位置傳感器雖然結構比較簡單, 但其輸出是非連續的。
除了上述三種, 用于汽車發動機電子控制的傳感器還有氧氣傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、曲軸
位置傳感器、轉速傳感器等。
現代汽車凡是采用電子控制的系統或裝置, 都離不開傳感器, 如自動變速器、汽車制動防抱死系統、
驅動防滑系統等。尤其是近幾年, 車用電子裝置越來越多, 如安全報警裝置、通信裝置、娛樂裝置以及為
提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等。當然, 國產汽車在電子控制技術方面才剛剛起步, 主要集
中在發動機的電子控制, 正因為如此, 汽車傳感器在我國才會有更為廣闊的發展空間。
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