传感器技术在汽车行业的应用
摘要: 介绍了汽车传感器的特点, 并就汽车传感器的应用现状和发展趋势作了探讨。
关键词: 汽车; 传感器; 应用
中图分类号:U 463. 65 文献标识码:A 文章编号: 10032482X (2002) 0420053202
传感器是将各种参量送入计算机系统, 进行智能监测、控制的最前端, 所以传感器性能的好坏直接
影响后方的数据处理。近年来, 随着汽车智能化、电子化、小型化和轻型化, 汽车对传感器的需求已经成
为众多行业中之最。业内人士普遍认为, 实现汽车系统最优化的关键是能否使用高可靠度、高性能的传
感器。
1 汽车传感器的特点
1. 1 适应性强、耐恶劣环境
汽车可能行驶在地球上的任何区域, 环境条件差别极大, 既有南北极的极严寒地区, 也有象赤道地
区的酷热气候, 因此, 要求传感器具有极强的适应性, 能在- 40～80℃ 的条件下, 勿须调整正常工作。汽
车可能工作在极度恶劣的气候条件下, 有时尘土弥漫, 有时风雨交加, 所以传感器应具有很好的密封性,
耐潮湿、抗腐蚀能力强。
1. 2 抗干扰能力强
传感器除了能够适应外界恶劣环境之外, 也要能够抵抗来自发动机内部的各种干扰。传感器都安装
在发动机舱中, 除了能够承受发动机工作时的高温、高压、燃烧废气腐蚀之外, 还要求有良好的抗震性
能, 抵抗发动机工作时的强烈震动, 另外, 发动机工作时会产生电磁波, 因此要求传感器具有抗干扰能
力。汽车电源(发电机、蓄电池等) 电压可在6～ 16V 变化, 有时甚至迭加超过100V 的正负高电压脉冲,
故还应具有抗电涌能力等。
1. 3 稳定性和可靠性高
汽车的各种零部件一般要求能运行10×104km 以上, 并且勿须更换和调整仍能满足规定的技术指
标。因此, 传感器必须具有高稳定性和高可靠性。
1. 4 价格低廉, 适应大批量生产
这要求传感器的一致性好, 不需要复杂调整, 适合自动化生产。
2 传感器在汽车行业的应用
2. 1 压力传感器
在汽车传感器实用化方面, 最早使用的是汽车压力传感器。能够用于压力检测的方法很多, 如电阻
应变片、电容式传感器、电感式传感器、压电传感器等等。目前汽车所使用的压力传感器主要有以下几
种: 歧管负压传感器(用于汽车电子点火提前角控制和燃料喷射系统) ; 狄塞尔内燃机油压传感器; 变速
箱油压传感器; 制动器油压传感器; 减震器油压传感器; 轮胎内压传感器等。
由于汽车压力传感器在汽车系统中应用范围广, 因此, 它越来越受到有关方面的重视, 同时, 各种新
型的压力传感器不断出现。例如, 国外使用的高速档转换指示器是通过发光二极管显示高速档转换的最
佳时间, 它是利用燃油总管压力传感器和发动机转速传感器来实现的。
近年来, 随着微机在汽车系统使用的普及, 各种高性能的新型压力传感器开始大量用于汽车中。发
展较快的是压阻式半导体压力传感器和谐振式水晶压力传感器。
半导体压力传感器的优点是可以利用集成电路工艺大量生产, 使半导体压力传感器集成化, 这样就
可以大幅度降低压力传感器的成本。此外, 汽车半导体压力传感器的另一个特点就是可以实现传感器的
智能化, 这种传感器能进行本机处理, 并使微机和负载之间所需的接口最小, 同时, 由于具有零点、满度、
温度补偿和自检功能, 所以不仅提高了压力传感器的精度, 同时也改善了传感器的可靠性。
谐振式水晶压力传感器主要作为汽车吸气负压传感器。其显著特点是可以在高温时仍稳定工作, 随
着将来薄膜介电体性能的提高, 传感器的性能还会出现较大的飞跃。
此外, 采用将有源压电和热释电薄膜与集成电路制作在一起的相容技术, 还可以制作多功能的汽车
传感器, 而且还可以解决压电传感器难以集成化的难题。
2. 2 空气流量传感器
发动机电子控制系统中很重要的一项控制内容就是最佳空燃控制, 为达到这个目的, 必须对发动机进气空气流量进行精确的测量。常用的空气流量传感器有风门式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、
热线式空气流量计、热膜式空气流量计。
风门式空气流量计结构简单、可靠性高, 但进气阻力大, 响应较慢且体积大; 而热线式空气流量计由
于无运动部件, 不但工作可靠, 而且响应快, 缺点是在流速分布不均时误差较大。虽然热膜式空气流量计
的工作原理和热线式空气流量计类似, 但由于热膜式传感器不使用白金线作为热线, 而是将热线电阻、
补偿电阻等用厚膜工艺制作, 在同一陶瓷基片上, 使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力, 从而
增加了发热体的强度, 不但使空气流量计的可靠性进一步提高, 也使误差减小, 性能更好。
2. 3 节气门传感器
用于把节气门开度转换成电压信号, 通过ECU 控制喷油量。常用的有开关式节气门位置传感器和
线形节气门传感器两种, 其中开关式节气门位置传感器虽然结构比较简单, 但其输出是非连续的。
除了上述三种, 用于汽车发动机电子控制的传感器还有氧气传感器、温度传感器、爆震传感器、曲轴
位置传感器、转速传感器等。
现代汽车凡是采用电子控制的系统或装置, 都离不开传感器, 如自动变速器、汽车制动防抱死系统、
驱动防滑系统等。尤其是近几年, 车用电子装置越来越多, 如安全报警装置、通信装置、娱乐装置以及为
提高舒适、减轻疲劳采用的辅助驾驶装置等等。当然, 国产汽车在电子控制技术方面才刚刚起步, 主要集
中在发动机的电子控制, 正因为如此, 汽车传感器在我国才会有更为广阔的发展空间。
关键词: 汽车; 传感器; 应用
中图分类号:U 463. 65 文献标识码:A 文章编号: 10032482X (2002) 0420053202
传感器是将各种参量送入计算机系统, 进行智能监测、控制的最前端, 所以传感器性能的好坏直接
影响后方的数据处理。近年来, 随着汽车智能化、电子化、小型化和轻型化, 汽车对传感器的需求已经成
为众多行业中之最。业内人士普遍认为, 实现汽车系统最优化的关键是能否使用高可靠度、高性能的传
感器。
1 汽车传感器的特点
1. 1 适应性强、耐恶劣环境
汽车可能行驶在地球上的任何区域, 环境条件差别极大, 既有南北极的极严寒地区, 也有象赤道地
区的酷热气候, 因此, 要求传感器具有极强的适应性, 能在- 40～
车可能工作在极度恶劣的气候条件下, 有时尘土弥漫, 有时风雨交加, 所以传感器应具有很好的密封性,
耐潮湿、抗腐蚀能力强。
1. 2 抗干扰能力强
传感器除了能够适应外界恶劣环境之外, 也要能够抵抗来自发动机内部的各种干扰。传感器都安装
在发动机舱中, 除了能够承受发动机工作时的高温、高压、燃烧废气腐蚀之外, 还要求有良好的抗震性
能, 抵抗发动机工作时的强烈震动, 另外, 发动机工作时会产生电磁波, 因此要求传感器具有抗干扰能
力。汽车电源(发电机、蓄电池等) 电压可在6～ 16V 变化, 有时甚至迭加超过100V 的正负高电压脉冲,
故还应具有抗电涌能力等。
1. 3 稳定性和可靠性高
汽车的各种零部件一般要求能运行10×
标。因此, 传感器必须具有高稳定性和高可靠性。
1. 4 价格低廉, 适应大批量生产
这要求传感器的一致性好, 不需要复杂调整, 适合自动化生产。
2 传感器在汽车行业的应用
2. 1 压力传感器
在汽车传感器实用化方面, 最早使用的是汽车压力传感器。能够用于压力检测的方法很多, 如电阻
应变片、电容式传感器、电感式传感器、压电传感器等等。目前汽车所使用的压力传感器主要有以下几
种: 歧管负压传感器(用于汽车电子点火提前角控制和燃料喷射系统) ; 狄塞尔内燃机油压传感器; 变速
箱油压传感器; 制动器油压传感器; 减震器油压传感器; 轮胎内压传感器等。
由于汽车压力传感器在汽车系统中应用范围广, 因此, 它越来越受到有关方面的重视, 同时, 各种新
型的压力传感器不断出现。例如, 国外使用的高速档转换指示器是通过发光二极管显示高速档转换的最
佳时间, 它是利用燃油总管压力传感器和发动机转速传感器来实现的。
近年来, 随着微机在汽车系统使用的普及, 各种高性能的新型压力传感器开始大量用于汽车中。发
展较快的是压阻式半导体压力传感器和谐振式水晶压力传感器。
半导体压力传感器的优点是可以利用集成电路工艺大量生产, 使半导体压力传感器集成化, 这样就
可以大幅度降低压力传感器的成本。此外, 汽车半导体压力传感器的另一个特点就是可以实现传感器的
智能化, 这种传感器能进行本机处理, 并使微机和负载之间所需的接口最小, 同时, 由于具有零点、满度、
温度补偿和自检功能, 所以不仅提高了压力传感器的精度, 同时也改善了传感器的可靠性。
谐振式水晶压力传感器主要作为汽车吸气负压传感器。其显著特点是可以在高温时仍稳定工作, 随
着将来薄膜介电体性能的提高, 传感器的性能还会出现较大的飞跃。
此外, 采用将有源压电和热释电薄膜与集成电路制作在一起的相容技术, 还可以制作多功能的汽车
传感器, 而且还可以解决压电传感器难以集成化的难题。
2. 2 空气流量传感器
发动机电子控制系统中很重要的一项控制内容就是最佳空燃控制, 为达到这个目的, 必须对发动机进气空气流量进行精确的测量。常用的空气流量传感器有风门式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、
热线式空气流量计、热膜式空气流量计。
风门式空气流量计结构简单、可靠性高, 但进气阻力大, 响应较慢且体积大; 而热线式空气流量计由
于无运动部件, 不但工作可靠, 而且响应快, 缺点是在流速分布不均时误差较大。虽然热膜式空气流量计
的工作原理和热线式空气流量计类似, 但由于热膜式传感器不使用白金线作为热线, 而是将热线电阻、
补偿电阻等用厚膜工艺制作, 在同一陶瓷基片上, 使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力, 从而
增加了发热体的强度, 不但使空气流量计的可靠性进一步提高, 也使误差减小, 性能更好。
2. 3 节气门传感器
用于把节气门开度转换成电压信号, 通过ECU 控制喷油量。常用的有开关式节气门位置传感器和
线形节气门传感器两种, 其中开关式节气门位置传感器虽然结构比较简单, 但其输出是非连续的。
除了上述三种, 用于汽车发动机电子控制的传感器还有氧气传感器、温度传感器、爆震传感器、曲轴
位置传感器、转速传感器等。
现代汽车凡是采用电子控制的系统或装置, 都离不开传感器, 如自动变速器、汽车制动防抱死系统、
驱动防滑系统等。尤其是近几年, 车用电子装置越来越多, 如安全报警装置、通信装置、娱乐装置以及为
提高舒适、减轻疲劳采用的辅助驾驶装置等等。当然, 国产汽车在电子控制技术方面才刚刚起步, 主要集
中在发动机的电子控制, 正因为如此, 汽车传感器在我国才会有更为广阔的发展空间。
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